Domaine technique de l’invention

[0001] La présente invention se rapporte à une pièce pour mouvement d'horlogerie et notamment à un axe de pivotement amagnétique pour un mouvement d’horlogerie mécanique et plus particulièrement à un axe de balancier, une tige d’ancre et un pignon d’échappement amagnétiques.

Arrière-plan technologique

[0002] La fabrication d’un axe de pivotement horloger consiste, à partir d’une barre en acier trempable, à réaliser des opérations de décolletage pour définir différentes surfaces actives (portée, épaulement, pivots etc.) puis à soumettre l’axe décolleté à des opérations de traitement thermique comprenant au moins une trempe pour améliorer la dureté de l’axe et un ou plusieurs revenus pour en améliorer la ténacité. Les opérations de traitements thermiques sont suivies d’une opération de roulage des pivots des axes, opération consistant à polir les pivots pour les amener aux dimensions requises. Au cours de l’opération de roulage la dureté ainsi que la rugosité des pivots sont encore améliorées.

[0003] Les axes de pivotement, par exemple les axes de balancier, utilisés classiquement dans les mouvements d’horlogerie mécaniques sont réalisés dans des nuances d’aciers de décolletage qui sont généralement des aciers martensitiques au carbone incluant du plomb et des sulfures de manganèse pour améliorer leur usinabilité. Un acier de ce type désigné 20AP est typiquement utilisé pour ces applications.

[0004] Ce type de matériau a l’avantage d’être facilement usinable, en particulier d’être apte au décolletage et présente, après des traitements de trempe et de revenu, des propriétés mécaniques élevées très intéressantes pour la réalisation d’axes de pivotement horlogers. Ces aciers présentent en particulier après traitement thermique une dureté élevée, permettant d’obtenir une très bonne tenue aux chocs. Typiquement la dureté des pivots d’un axe réalisé en acier 20 AP peut atteindre une valeur dépassant les 700 HV après traitement thermique et roulage.

[0005] Bien que fournissant des propriétés mécaniques satisfaisantes pour les applications horlogères décrites ci-dessus, ce type de matériau présente l’inconvénient d’être magnétique et de pouvoir perturber la marche d’une montre après avoir été soumis à un champ magnétique, et ce notamment lorsque ce matériau est utilisé pour la réalisation d’un axe de balancier coopérant avec un balancier spiral en matériau ferromagnétique. Ce phénomène est bien connu de l’homme du métier. On notera également que ces aciers martensitiques sont également sensibles à la corrosion.

[0006] Des essais pour tenter de remédier à ces inconvénients ont été menés avec des aciers inoxydables austénitiques qui présentent la particularité d’être amagnétiques, c’est-à-dire du type paramagnétique ou diamagnétique ou antiferromagnétique. Toutefois, ces aciers austénitiques présentent une structure cristallographique ne permettant pas de les tremper et d’atteindre des duretés et donc des résistances aux chocs compatibles avec les exigences requises pour la réalisation d’axes de pivotement horlogers. Les axes obtenus présentent alors des marques ou des endommagements sévères en cas de chocs qui vont avoir ensuite une influence négative sur la chronométrie du mouvement. Un moyen d’augmenter la dureté de ces aciers est l’écrouissage, toutefois cette opération de durcissement ne permet pas d’obtenir des duretés supérieures à 500 HV. Par conséquent, dans le cadre de pièces nécessitant des pivots présentant une grande résistance aux chocs, l’utilisation de ce type d’aciers reste limitée.

Résumé de l’invention

[0007] L’invention a pour objet de pallier aux inconvénients précités en proposant un axe de pivotement permettant à la fois de limiter la sensibilité aux champs magnétiques et d’obtenir des propriétés mécaniques permettant de répondre aux exigences de résistance aux chocs dans le domaine horloger.

[0008] A cet effet, l’invention se rapporte à un axe de pivotement pour mouvement horloger réalisé au moins en partie dans du tungstène ou dans un alliage de tungstène. De préférence, les alliages de tungstène sont des alliages comprenant soit de l’oxyde de lanthane, soit du cuivre, soit du nickel additionné d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le Fe, Cu, Co et Mo. En particulier, l’oxyde de lanthane joue le rôle de brise-copeaux, ce qui améliore l’usinabilité de l’alliage de tungstène.

[0009] Le tungstène et ses alliages combinent une dureté élevée avec des valeurs supérieures ou égales à 500 HV0.5, une très bonne résistance à la corrosion et une susceptibilité magnétique très faible.

[0010] Ce matériau est réputé très difficile à usiner, ce qui a freiné son utilisation dans le domaine horloger jusqu’à ce jour.

[0011] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés.

Brève description des fiqures

[0012] La figure 1 représente un axe de pivotement selon l'invention.

[0013] La figure 2 représente en coupe partielle un pivot d’un axe de pivotement selon l’invention comportant un revêtement sur sa surface externe.

[0014] La figure 3 représente le comportement paramagnétique du tungstène présentant une susceptibilité magnétique de 6.8x10 ^-5 . détaillée de l’invention

[0015] Dans la présente description, le terme matériau « amagnétique » signifie un matériau paramagnétique ou diamagnétique ou antiferromagnétique, dont la perméabilité magnétique est comprise entre 0.99 et 1.01.

[0016] Un alliage d’un élément est un alliage contenant au moins 50% en poids dudit élément.

[0017] L’invention se rapporte à une pièce pour mouvement d'horlogerie et notamment à un axe de pivotement amagnétique pour un mouvement d’horlogerie mécanique. L’invention sera décrite ci-après dans le cadre d’une application à un axe de balancier amagnétique 1 . Bien évidemment, d’autres types d’axes de pivotement horlogers sont envisageables comme par exemple des axes de mobiles horlogers, typiquement des pignons d’échappement, ou encore des tiges d’ancre. Les pièces de ce type présentent au niveau du corps des diamètres inférieurs de préférence à 2 mm, et des pivots de diamètre inférieur de préférence à 0.2 mm, avec une précision de quelques microns.

[0018] En se référant à la figure 1 , on peut voir un axe de balancier 1 selon l'invention qui comporte une pluralité de sections 2 de diamètres différents, formées de préférence par décolletage ou toute autre technique d’usinage par enlèvement de copeaux, et définissant classiquement des portées 2a et des épaulements 2b arrangés entre deux portions d’extrémité définissant deux pivots 3. Ces pivots sont destinés à venir chacun pivoter dans un palier, typiquement dans un orifice d’une pierre ou d’un rubis.

[0019] Avec le magnétisme induit par les objets rencontrés au quotidien, il est important de limiter la sensibilité de l’axe de balancier 1 sous peine d’influencer la marche de la pièce d'horlogerie dans laquelle il est incorporé.

[0020] Ainsi, au moins une partie de l’axe de balancier 1 , à savoir le pivot 3, est réalisé dans un matériau métallique amagnétique afin de limiter de manière avantageuse sa sensibilité aux champs magnétiques. Selon l’invention, ledit matériau est du tungstène pur ou un alliage de tungstène.

[0021] On entend par tungstène pur un matériau comprenant du tungstène dans un pourcentage en poids supérieur ou égal à 99.5%, de préférence supérieur ou égal à 99.7%. Il peut comporter des impuretés éventuelles telles que du Mo, C, Fe et O, citées à titre d’exemple.

[0022] Les alliages de tungstène sont des alliages comprenant soit de l’oxyde de lanthane, soit du cuivre, soit du nickel additionné d’un ou plusieurs éléments choisis parmi le Fe, Cu, Co et Mo.

[0023] Plus précisément, l’alliage de tungstène avec de l’oxyde de lanthane, à savoir du La20s, comporte ce dernier dans un pourcentage en poids compris entre 0.2 et 5%, de préférence entre 0.3 et 3%, plus préférentiellement entre 0.5 et 2%. Avantageusement, l’alliage est constitué de tungstène, d’oxyde de lanthane dans un pourcentage en poids compris entre 0.2 et 5%, de préférence entre 0.3 et 3%, plus préférentiellement entre 0.5 et 2%, et d’impuretés éventuelles avec une teneur totale pour ces dernières inférieure ou égale à 1.5% en poids.

[0024] Plus précisément, l’alliage de tungstène avec du cuivre comporte ce dernier dans un pourcentage en poids compris 2 et 49%, de préférence entre 3 et 45%, plus préférentiellement entre 5 et 40%. Avantageusement, l’alliage est constitué de tungstène, de cuivre dans un pourcentage en poids compris 2 et 49%, de préférence entre 3 et 45%, plus préférentiellement entre 5 et 40% et d’impuretés éventuelles avec une teneur totale pour ces dernières inférieure ou égale à 1 .5% en poids.

[0025] Plus précisément, l’alliage de tungstène avec du nickel comporte ce dernier avec une teneur en poids comprise entre 0.5 et 20%, de préférence entre 1 et 15%, plus préférentiellement entre 1.5 et 10%, et comporte un ou plusieurs des éléments choisis parmi le Fe, Cu, Co et Mo avec une teneur totale pour le ou lesdits éléments comprise entre 0.2 et 10%, de préférence entre 0.5 et 5%. Avantageusement, l’alliage est constitué de tungstène, de nickel dans un pourcentage en poids compris entre 0.5 et 20%, de préférence entre 1 et 15%, plus préférentiellement entre 1.5 et 10% et d’impuretés éventuelles avec une teneur totale pour ces dernières inférieure ou égale à 1 .5% en poids.

[0026] Le tungstène et les alliages de tungstène selon l’invention ont une dureté supérieure ou égale à 500 HV0.5. Ils ont une susceptibilité magnétique faible avec typiquement des valeurs inférieures à 8x10 ^-5 , de préférence à 7x10’ ⁵ .

[0027] Selon une variante, au moins une partie de l’axe de balancier 1 , à savoir le pivot 3, est réalisé dans le matériau amagnétique 4 précité qui est recouvert au moins sur une partie de sa surface externe d’une couche 5 assurant la résistance à l’usure du pivot. Cette variante est représentée à la figure 2. Préférentiellement, la couche est réalisée en Ni ou en NiP. Le taux de phosphore peut être compris, de préférence, entre 0% (on a alors du Ni pur) et 15% en poids. De préférence, le taux de phosphore dans le NiP peut être un taux moyen compris entre 6% et 9%, ou un taux élevé compris entre 9% et 12%. Il est bien évident toutefois que le NiP peut comprendre un taux bas de phosphore.

[0028] En outre, lorsque la couche est du NiP à taux moyen ou élevé de phosphore, elle peut être durcie par traitement thermique. Typiquement, le traitement thermique est réalisé entre 200°C et 400°C pendant un temps compris entre 20 minutes et 24 heures.

[0029] La couche de Ni ou NiP présente une dureté de préférence supérieure à 400 HV0.5, plus préférentiellement supérieure à 500 HV0.5. D’une manière particulièrement avantageuse, la couche en Ni ou NiP non durcie présente une dureté de préférence supérieure à 500 HV0.5, mais inférieure à 600 HV0.5, c’est-à-dire de préférence comprise entre 500 HV0.5 et 550 HV0.5. Lorsqu’elle est durcie par traitement thermique, la couche en NiP peut présenter une dureté comprise entre 900 HV0.5 et 1000 HV0.5. [0030] D’une manière avantageuse, la couche de Ni ou NiP peut présenter une épaisseur comprise entre 0,5 pm et 10 pm, de préférence entre 1 pm et 5 pm, et plus préférentiellement entre 1 pm et 2 pm.

[0031] De préférence, la couche est une couche de NiP, et plus particulièrement une couche de NiP chimique, c’est-à-dire déposée par voie chimique.

[0032] Afin d’améliorer la tenue de la couche de Ni ou NiP, le pivot peut comprendre au moins une sous-couche d’adhésion déposée entre le matériau amagnétique et la couche de Ni ou NiP. Par exemple, une sous- couche d’or et/ou une sous-couche de nickel galvanique peu(ven)t être prévue(s) sous la couche de Ni ou NiP.

[0033] Selon l’invention, la couche de Ni ou NiP est déposée selon un procédé choisi parmi le groupe comprenant les dépôts PVD, CVD, ALD, galvanique et chimique, et de préférence chimique.

[0034] On précisera que seule la surface externe des pivots ou même seule une partie de la surface externe des pivots peut être recouverte de la couche de Ni ou NiP. En variante, toute la surface externe de l’axe de balancier comprenant les pivots peut être recouverte de la couche de Ni ou NiP.

[0035] Des mesures de dureté et de susceptibilité magnétique ont été réalisées sur plusieurs échantillons non revêtus.

[0036] Pour les propriétés magnétiques, la courbe d’hystérèse M(H) a été caractérisée à température ambiante en faisant varier le champ appliqué sur les échantillons avec un magnétomètre à échantillon vibrant (VSM) de type MicroSense EZ9. La figure 3 représente la courbe pour du tungstène pur. La susceptibilité magnétique (/m) est égale à 6.8x10 ^-5 . Des valeurs similaires ont été obtenues pour les alliages de tungstène selon l’invention.

[0037] Les duretés mesurées sont des duretés HV0.5. Une valeur de 540 HV0.5 est obtenue pour l’alliage de tungstène avec 1 % en poids d’oxyde de lanthane. Des valeurs dans la fourchette 500-600 HV0.5 ont été obtenues pour les autres alliages de tungstène et le tungstène pur.