專利名稱：表殼和將管件固定于表殼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表殼以及將一管件固定于表殼的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種鈦制或不銹鋼制的表殼和將一管件固定于該殼體的方法，并涉及一種具有簡化結(jié)構(gòu)的表殼和將一管件固定于該殼體的方法，這種表殼能呈現(xiàn)長期的管件固定性能、耐腐蝕性和防水可靠性。
背景技術(shù)：
鈦或不銹鋼是用來制造表殼的主要材料。特別是近年來，將鈦和鈦合金用于手表的外側(cè)部件的情況越來越多，這種材料在耐腐蝕、強(qiáng)度、輕巧性和生物適應(yīng)性方面呈現(xiàn)出極佳的特性。
例如，可以將上述的鈦或不銹鋼用作制造表殼或固定裝配于表殼的柄軸(stem)管件的材料。目前，具有鈦或不銹鋼管件的表殼以及將管件固定于表殼的方法已經(jīng)成為主流，這從手表長期使用的角度來看是非常重要的。
具體地說，當(dāng)要把一管件固定于一表殼時(shí)，通常需要這樣一個(gè)步驟，即，在表殼一側(cè)的所需位置上制造一通孔，使其作為供一柄軸通過的制備孔。就這一柄軸孔而言，例如在把配備有O形圈的柄軸設(shè)定和固定時(shí)，在O形圈與表殼的交界處需要達(dá)到并維持理想的空氣密封度。
當(dāng)把鈦、鈦合金或不銹鋼作為表殼材料時(shí)，可借助例如鉆頭之類的工具在由這種材料制成的表殼上形成一通孔，但這樣經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致圓整度惡化，而且由于材料的可機(jī)加工性能較差，不能獲得平滑的鍛壓面。
因此，為了防止由于圓整度惡化和鍛壓面的平滑度惡化而導(dǎo)致密封性下降以及管件的固定強(qiáng)度下降，需要提供這樣一種方法，其能提供一種精度高于表殼上的通孔的管件，并通過某些手段將該管件固定于殼體。
例如，為了提高尺寸精度，對(duì)鈦表殼而言，通常把例如Ti-6Al-4V之類的鈦合金來用作高強(qiáng)度易切削的管件材料，對(duì)不銹鋼表殼而言，通常把例如含有微量硫成分的易切削不銹鋼用作高強(qiáng)度易切削材料的管件材料。
另外，當(dāng)要把一分開制造的管件固定于表殼通孔時(shí)，通常是采用這樣一種方法，即，使管件的外徑大于表殼通孔的直徑，并將管件壓配在所述通孔內(nèi)從而獲得固定。例如，參見

圖16，通孔41a系借助鉆頭形成在鈦制表殼41的一所需位置上。該通孔可供插入一柄軸，該柄軸聯(lián)接于手表主體(即已知的表芯)。一般通孔的直徑為大約2mm。該通孔形成在表殼側(cè)部的3點(diǎn)鐘位置。隨后，制造一外徑略大于通孔直徑的鈦合金管件42，并將其壓配進(jìn)入所述通孔。
然而，即使將上述的鈦合金或易切削不銹鋼用作表殼材料，對(duì)制造通孔的材料進(jìn)行鉆削加工也通常會(huì)伴隨著由于焊接或類似原因而造成的加工精度極端惡化，并進(jìn)一步伴隨由于表殼的非必要扁平結(jié)構(gòu)而造成的通孔圓整度的下降。
如上所述，由于管件圓周和表殼通孔圓周的圓整度以及它們的表面粗糙度的緣故，在該方法中，管件的固定僅通過上述的壓配工藝來進(jìn)行，由于按照表殼41的通孔41a與管件42外徑的組合會(huì)造成尺寸精度偏差的影響，因而在表殼41與管件42之間存在一界面。另外，在通過壓配壓入的界面處，即使在發(fā)生了局部塑性變形之后，也會(huì)有一微小的間隙。于是會(huì)導(dǎo)致這樣的問題，即，不能獲得一穩(wěn)定的管件固定強(qiáng)度，并且防水密封性能較差。
因此，在這種現(xiàn)有技術(shù)中，要通過圍繞間隙施加粘合劑43來確保防水性，在施加了粘合劑之后，在特定溫度下加熱以使其干燥和固定。
然而，粘合劑經(jīng)常是由有機(jī)材料構(gòu)成，很可能在長期使用之后變得惡化。因此，不能在長時(shí)期內(nèi)穩(wěn)定地保持一定的管件固定強(qiáng)度，并且很難在長時(shí)期內(nèi)確保防水性。此外，借助粘合劑進(jìn)行的密封會(huì)呈現(xiàn)很高的蒸汽滲透性，因而使防水汽的性能變差。
在其它將管件固定于表殼的方法中，已有人嘗試過利用焊接的固定方法。在此方法中，在管件的圓周上設(shè)置一凸起，并有選擇地使其熔化并結(jié)合于表殼。
然而，這種方法會(huì)導(dǎo)致這樣的問題，即，由于要在管件上提供一凸起，因而會(huì)增加管件的尺寸，于是在普通尺寸的手表中一般不能采用該方法，而且必然會(huì)使成本升高。此外，當(dāng)不能使管件上的凸起均勻地沿其圓周與表殼接觸時(shí)，會(huì)導(dǎo)致焊接用電流不能均勻地流動(dòng)，從而使焊接作業(yè)變得困難。
還有，在其它管件固定方法中，已有人嘗試過用釬焊來進(jìn)行。在此固定方法中，首先在表殼側(cè)面的一個(gè)所需的位置上形成一個(gè)用于插入柄軸的通孔。另外分開制造一個(gè)精度高于該通孔的管件。例如，將一銀焊材料(日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)BAg-8(熔點(diǎn)780℃)或類似物)施加在通孔的內(nèi)表面上或管件的外表面上，將管件裝配到通孔中。隨后，在一電爐或真空爐內(nèi)進(jìn)行加熱，加熱的溫度高于釬焊材料的熔點(diǎn)，藉以使釬焊材料熔化而實(shí)施通孔與管件的釬焊結(jié)合。在該方法中，熔化的釬焊材料流入通孔與管件之間的空隙，并冷卻和凝固。因此，可以在確保氣密性的都實(shí)現(xiàn)管件的固定。也就是說，釬焊材料在被加熱時(shí)是液態(tài)的，只要確保有理想的潤濕性，就可以很理想地滲入通孔與管件之間的空隙，從而實(shí)現(xiàn)良好的防水密封性。
然而，該方法會(huì)導(dǎo)致這樣的問題當(dāng)例如采用銀釬焊材料時(shí)，銀釬焊材料通常是由含有高比例的銅的材料構(gòu)成，這樣就會(huì)在對(duì)手表進(jìn)行耐腐蝕測試(例如人造汗液測試)時(shí)不能獲得理想的結(jié)果。
此外，近年來，采用Ti-Cu-Ni來作為鈦構(gòu)件的釬焊材料，其中銅的成分被減少。這種釬焊材料的熔點(diǎn)是在鈦的臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)附近，因而其缺陷在于，例如對(duì)在釬焊之前已進(jìn)行鏡面加工的鈦表殼而言，在釬焊時(shí)會(huì)使表面狀況發(fā)生變化。特別是，鈦晶體在常溫下具有六邊形最密堆積結(jié)構(gòu)，但在臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)882℃或更高溫度時(shí)會(huì)呈現(xiàn)體心立方結(jié)構(gòu)。因此，在臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)或更高溫度進(jìn)行加熱會(huì)導(dǎo)致鈦晶體變得粗大。因此，當(dāng)在制造表殼的過程中包括一個(gè)在超過臨界轉(zhuǎn)變點(diǎn)的溫度上進(jìn)行操作(例如將一管件固定于表殼)的步驟時(shí)，會(huì)由于這種晶體變換而導(dǎo)致表面狀況發(fā)生變化。
手表還具有裝飾功能，因而對(duì)表面狀況而言有各種各樣的要求，例如鏡面、細(xì)紋(hairline)、金屬表面磨光和無光澤加工(毛面加工)。因此，在制造手表的過程中，不希望在固定管件時(shí)改變表面狀況。若要對(duì)表殼重新拋光會(huì)招致這樣的問題，即，使加工工藝變得復(fù)雜，從而失去實(shí)用性。
另一方面，對(duì)不銹鋼而言，通常是在450-805℃，特別是在600-850℃的范圍內(nèi)進(jìn)行加熱，這樣會(huì)在晶粒間界上造成碳化鉻沉淀。在已經(jīng)形成碳化鉻的各部分上，具有高耐腐蝕性的氧化鉻會(huì)處于無效狀態(tài)。因此，已經(jīng)知道，所述的這些部分會(huì)局部呈現(xiàn)很差的耐腐蝕性，從而容易造成腐蝕。這就是已知的敏化(sensitization)現(xiàn)象。因此，當(dāng)要采用不銹鋼時(shí)，必須避免在落入上述溫度范圍內(nèi)的溫度進(jìn)行加熱。
本發(fā)明正是為解決上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題而作出的。本發(fā)明的主要目的在于，提供一種表殼和用于將管件固定于這種表殼的方法，所述表殼具有極佳的防水性能和耐腐蝕性，并對(duì)管件固定呈現(xiàn)長期的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)的發(fā)明人為解決上述問題而作了廣泛而深入細(xì)致的研究。于是發(fā)現(xiàn)，可以通過這樣一種表殼和將管件固定于表殼的方法來獲得一種具有極佳防水性能和耐腐蝕性并具有長期可靠性的表殼，即，其中管件結(jié)合并固定于表殼的一個(gè)所需位置，并且消除了表殼與管件之間的連接界面。本發(fā)明(本發(fā)明的第一方面)正是基于這種發(fā)現(xiàn)而作出的。
本申請(qǐng)的發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，可以通過這樣一種表殼和將管件固定于表殼的方法來獲得一種具有極佳防水性能和耐腐蝕性并具有長期可靠性的表殼，即，其中管件通過一特別的擴(kuò)散層結(jié)合到表殼。本發(fā)明(本發(fā)明的第二方面)正是基于這種發(fā)現(xiàn)而作出的。
特別是，本發(fā)明具有如下特性。
(本發(fā)明的第一方面)按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種表殼，其具有一與其相結(jié)合和固定的管件，所述表殼和管件基本上沒有連接界面。
較佳的是，所述表殼包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料。還有較佳的是，所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料。
所述表殼和管件可以都包括不銹鋼。
根據(jù)本發(fā)明的將管件固定于表殼的方法包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即管件外徑減去通孔直徑)大于0mm；以及在壓配之后對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
所述壓配重合寬度是在0.01-0.05mm的范圍內(nèi)，較佳的是在0.015-0.03mm的范圍內(nèi)。
較佳的是，所述通孔的直徑和所述管件的外徑均呈現(xiàn)0.01mm或更小的圓整度。
較佳的是，所述通孔內(nèi)表面的最大表面粗糙度(Rmax1)為5μm或更小，和/或管件的外徑部分的最大表面粗糙度(Rmax2)為5μm或更小。
當(dāng)表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，而管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料時(shí)，較佳的是，在加熱步驟中，是在600-850℃，特別是在700-800℃的溫度下進(jìn)行加熱。
在加熱步驟中，加熱的時(shí)間是5分鐘或更長，特別可以是30分鐘-1小時(shí)。
當(dāng)所述表殼和管件都包括不銹鋼時(shí)，在所述加熱步驟中，在600-900℃的溫度下進(jìn)行加熱。在此加熱步驟中，加熱的時(shí)間為10分鐘-1小時(shí)。
采用上述的根據(jù)本發(fā)明第一方面的將一管件固定于一表殼的方法可以實(shí)現(xiàn)鈦、鈦合金或不銹鋼的固相結(jié)合。在固相結(jié)合時(shí)，會(huì)使鈦、鈦合金或不銹鋼中的天然氧化膜(氧)固溶，從而消除插入的界面，實(shí)現(xiàn)理想的結(jié)合。
當(dāng)鈦和不銹鋼處于空氣中時(shí)，其表面的活性元素會(huì)與空氣中的氧相結(jié)合而形成一個(gè)從表面起有大約10埃的薄氧化膜。這就是所謂的“天然氧化膜”。雖然出現(xiàn)這樣的氧化膜可能會(huì)妨礙所需的結(jié)合，但在采用鈦或不銹鋼的情況下，按照金屬的類型，在固相結(jié)合時(shí)，氧會(huì)固溶在金屬中，特別是鈦，這樣就可以實(shí)現(xiàn)所需的固相結(jié)合。
由于管件和表殼結(jié)合成一體，因而不再需要常見的用來補(bǔ)強(qiáng)的粘合劑。因此，不會(huì)隨時(shí)間的流逝而發(fā)生任何變化，可以確保管件固定的長期可靠。還有，可以顯著地加強(qiáng)防水密封性。另外，在表殼和管件之間沒有介入物質(zhì)，因而在耐腐蝕性方面也不會(huì)有問題。
在本發(fā)明的第一方面中，壓配重合寬度是指管件外徑減去通孔直徑(管件外徑—通孔直徑)所獲的數(shù)值。
另外，在本發(fā)明的第一方面中，針對(duì)通孔直徑所用的術(shù)語“圓整度”是指，在通孔的一個(gè)截面上，沿任意一個(gè)X方向測得的直徑與沿垂直于此的一個(gè)Y方向測得的直徑之差。同樣的，針對(duì)管件直徑所用的術(shù)語“圓整度”是指，在管件的一個(gè)截面上，沿任意一個(gè)X方向測得的管件外徑與沿垂直于此的一個(gè)Y方向測得的管件外徑之差。作為本發(fā)明的一個(gè)特性，上述的圓整度是針對(duì)通孔或管件的任選圓整度值中的最大值。
還有，在本發(fā)明的第一方面中，通孔內(nèi)表面上的最大表面粗糙度(Rmax1)或管件外周部分上的最大表面粗糙度(Rmax2)是指表面不平整高度的最大值。
上述的圓整度可以借助一投影器(projector)或通過一測量顯微鏡來測量。還有，通孔內(nèi)表面上的最大表面粗糙度和管件外周部分上的最大表面粗糙度可以借助一粗糙度測量儀來測量。
(本發(fā)明的第二方面)按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種具有一管件的表殼，所述表殼和所述管件通過一擴(kuò)散層相互結(jié)合和固定。
較佳的是，所述表殼包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料，所述擴(kuò)散層包括一通過固相擴(kuò)散形成的層，所述擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種金屬。還有較佳的是，所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，所述擴(kuò)散層包括一通過固相擴(kuò)散形成的層，所述擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種金屬。
所述表殼和管件可以都包括不銹鋼，所述擴(kuò)散層包括一通過固相擴(kuò)散形成的層，所述擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種金屬。
較佳的是，所述擴(kuò)散層的厚度為1-100μm。
按照本發(fā)明第二方面的一種將管件固定于表殼的方法包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一在其表面具有一金屬涂層的管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即在其表面具有一金屬涂層的管件外徑減去通孔直徑)不小于0mm；以及在壓配之后在真空或還原氣氛中對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
按照本發(fā)明第二方面的一種將管件固定于表殼的方法包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一在其表面具有一金屬涂層的管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即在其表面具有一金屬涂層的管件外徑減去通孔直徑)不小于0mm；在所述管件表面的除了那些使表殼與涂敷金屬的管件相接觸的部分以外的部分上，去除金屬涂層；以及在壓配之后在真空或還原氣氛中對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
在本發(fā)明的第二方面中，所述壓配重合寬度是在0-0.05mm的范圍內(nèi)，特別是可以在0.01-0.03mm的范圍內(nèi)。
較佳的是，所述通孔的直徑和所述在其表面具有一金屬涂層的管件的外徑均呈現(xiàn)0.01mm或更小的圓整度。
另外，較佳的是，所述通孔內(nèi)表面的最大表面粗糙度(Rmax3)為5μm或更小，和/或在其表面具有一金屬涂層的管件的外徑部分的最大表面粗糙度(Rmax4)為5μm或更小。
當(dāng)所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料時(shí)，在加熱步驟中，是在600-850℃的溫度下進(jìn)行加熱，特別是可以在700-800℃的溫度下進(jìn)行加熱。
當(dāng)所述表殼和管件都包括不銹鋼時(shí)，較佳的是，在所述加熱步驟中，在600-900℃的溫度下進(jìn)行加熱。還有，在加熱步驟中，較佳的是，加熱的時(shí)間是10分鐘-1小時(shí)。
較佳的是，所述金屬涂層包括選自于Cu、Ni、Al、Au、Pt、Pd和Ag中的一種金屬，或它們組合而成的一種合金，并具有0.1-20μm的厚度。
在上述按照本發(fā)明第二方面的將一管件固定于一表殼的方法中，通過將鍍敷有金屬涂層的管件壓配到設(shè)置在表殼中的通孔內(nèi)，可以使鍍敷的涂層在表殼與管件的連接界面上呈塑性流動(dòng)，從而能將各種縫隙填滿到一定的程度。另外，金屬涂層能以一種被壓低的狀態(tài)設(shè)置于其間。隨后，通過在一給定溫度下在真空或其它條件下進(jìn)行加熱，就可以在表殼、金屬涂層和管件之間實(shí)現(xiàn)元素級(jí)別的固相擴(kuò)散，從而使表殼和管件通過一擴(kuò)散層相互結(jié)合。也就是說，在連接界面上形成有一個(gè)擴(kuò)散層，該擴(kuò)散層包含構(gòu)成表殼、管件和金屬涂層的元素。該擴(kuò)散層可填滿周圍的微小間隙，因此，通過固相擴(kuò)散，不但可以在連接界面處呈現(xiàn)極佳的防水性能，而且可以抑制隨時(shí)間流逝而造成的結(jié)合方面的變化，從而能確保管件固定的長期可靠性。
如上所述，在本發(fā)明的第二方面中，壓配重合寬度是指表面涂覆有金屬涂層的管件的外徑減去通孔直徑(表面涂覆有金屬涂層的管件的外徑—通孔直徑)所獲的數(shù)值。
另外，在本發(fā)明的第二方面中，針對(duì)通孔所用的術(shù)語“圓整度”是指，在通孔的一個(gè)截面上，沿任意一個(gè)X方向測得的直徑與沿垂直于此的一個(gè)Y方向測得的直徑之差。同樣的，針對(duì)表面涂覆有金屬涂層的管件外徑所用的術(shù)語“圓整度”是指，在管件的一個(gè)截面上，沿任意一個(gè)X方向測得的表面涂覆有金屬涂層的管件外徑與沿垂直于此的一個(gè)Y方向測得的表面涂覆有金屬涂層的管件外徑之差。作為本發(fā)明的一個(gè)特性，上述的圓整度是針對(duì)通孔或管件的任選圓整度值中的最大值。
還有，在本發(fā)明的第二方面中，通孔內(nèi)表面上的最大表面粗糙度(Rmax3)或管件外周部分上的最大表面粗糙度(Rmax4)是指表面不平整高度的最大值。
圖6是表殼的管件壓配部分的橫截面的SEM成像照片(壓配重合寬度0.03mm)，示出了根據(jù)本發(fā)明第一方面的一種加工模式；圖7是圖6中所指出的A部分的放大部分的SEM成像照片；圖8是一曲線圖，示出了按照本發(fā)明第一方面制造出來的表殼在壓配重合寬度、管件固定強(qiáng)度、防水密封性能之間的相互關(guān)系；圖9是一曲線圖，示出了按照本發(fā)明第一方面制造出來的表殼在熱處理溫度和管件固定強(qiáng)度之間的關(guān)系；圖10是一曲線圖，示出了按照本發(fā)明第一方面制造出來的表殼在熱處理時(shí)間和管件固定強(qiáng)度之間的關(guān)系；圖11是借助按照本發(fā)明第二方面的一種加工模式將管件固定于表殼的方法制造出來的一管件固定部分的剖視圖；圖12是借助按照本發(fā)明的另一種加工模式的將管件固定于表殼的方法制造出來的一管件固定部分的剖視圖；圖13是按照本發(fā)明一種加工模式的一部分鈦|鈦銅(TiCu)擴(kuò)散層|鈦合金的界面結(jié)合部分的SEM成像照片；圖14是一曲線圖，示出了壓配重合寬度、管件固定強(qiáng)度、進(jìn)行或不進(jìn)行真空熱處理以及防水性測試的各項(xiàng)結(jié)果之間的相互關(guān)系；
圖15是一曲線圖，示出了Cu涂層的厚度、管件強(qiáng)度、以及由于固相結(jié)合而形成的擴(kuò)散層的厚度之間的相互關(guān)系；圖16是按照現(xiàn)有技術(shù)的表殼的剖視圖。
用于本發(fā)明的表殼和管件可以包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼的材料。用于表殼的材料和用于管件的材料可以獨(dú)立地選擇，這兩種材料可以相同也可以不相同。然而，較佳的是，表殼和管件由相同類型的金屬構(gòu)成，例如都是由鈦金屬(如純鈦或鈦合金)或不銹鋼構(gòu)成。在采用鈦金屬時(shí)，特別有利的是，表殼和管件都是由純鈦或一種鈦合金構(gòu)成。然而，可以采用不同類型金屬的組合，例如，可以采用鈦與不銹鋼的組合，或者是鈦合金與不銹鋼的組合。
下面將描述按照本發(fā)明第一方面的將管件固定于表殼的方法的各步驟。
按照本發(fā)明第一方面的將管件固定于表殼的方法包括如下步驟提供一具有一通孔的表殼；將一管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件在所述通孔中所呈現(xiàn)的通孔/管件的壓配重合寬度(即，管件的外徑減去通孔的直徑)大于0mm；以及在壓配之后對(duì)表殼進(jìn)行加熱。
下面將結(jié)合圖1來詳細(xì)描述該方法。表殼11的側(cè)面鉆設(shè)有一個(gè)供插入管件15的通孔13。在鉆孔之后需進(jìn)行擴(kuò)孔(reaming)以去除毛刺。管件15是單獨(dú)切削而成的。管件15是這樣制造的，即，管件15的外徑略大于表殼11的通孔13的直徑，從而獲得一個(gè)大于0mm的壓配重合寬度。將這樣制造的管件15壓入通孔13即可實(shí)現(xiàn)裝配。
較佳的是，上述的壓配重合寬度是在0.01-0.05mm之間，特別是在0.015-0.03mm之間。
當(dāng)壓配重合寬度落在上述范圍內(nèi)時(shí)，通孔和管件可以通過固相結(jié)合的方式相互結(jié)合，不會(huì)留下任何連接界面。因此，不但可以確保極佳的防水密封性能，而且可以獲得極佳的管件固定強(qiáng)度。另外，可以呈現(xiàn)極佳的對(duì)人造汗液等的耐腐蝕性。特別是，當(dāng)壓配重合寬度落在0.015-0.03mm中時(shí)，可以有效地抑制通孔和管件的尺寸偏差的影響，有利于進(jìn)行壓配。
另一方面，當(dāng)壓配重合寬度小于0.01mm時(shí)，即使在管件和表殼固相結(jié)合之后，也會(huì)在表殼通孔與管件之間形成一連接界面，但由此不能獲得理想的防水性能和管件固定強(qiáng)度。另外，當(dāng)壓配寬度大于0.05mm時(shí)，管件可能會(huì)由于壓配而變形，管件內(nèi)徑的尺寸變化相當(dāng)大。
通常是在于表殼上鉆設(shè)通孔之后進(jìn)行擴(kuò)孔修邊。較佳的是，通過擴(kuò)孔獲得的通孔直徑的圓整度為0.01mm或更小，特別是0.005mm或更小。就此而言，一個(gè)整圓的圓整度為0mm。
就管件的外徑而言，其(圓整度)偏差也最好是比較小的。因此，較佳的是，管件外徑的圓整度為0.01mm或更小，特別是0.005mm或更小。就此而言，一個(gè)整圓的圓整度為0mm。
較佳的是，在通孔內(nèi)表面上的表面粗糙度的最大值(Rmax1)為5μm或更小，較佳的是3μm或更小，和/或管件外徑部分的表面粗糙度的最大值(Rmax2)為5μm或更小，較佳的是3μm或更小。
當(dāng)通孔內(nèi)表面或管件外徑的圓整度大于0.01mm時(shí)，或者當(dāng)通孔的表面粗糙度的最大值(Rmax1)和/或管件外徑部分的表面粗糙度的最大值大于5μm時(shí)，即使在固相擴(kuò)散結(jié)合之后，表殼與管件之間的連接界面也不會(huì)消失，但由此不能獲得很高的防水性能和管件固定強(qiáng)度。
當(dāng)表殼由選自于純鈦和鈦合金的材料構(gòu)成，并且管件由選自于純鈦和鈦合金的材料構(gòu)成時(shí)，較佳的是，在加熱步驟中，在600-850℃特別是700-800℃的溫度下進(jìn)行加熱。另外，在加熱步驟中，較佳的是，加熱進(jìn)行5分鐘或更長，特別是進(jìn)行30分鐘-1小時(shí)。
當(dāng)加熱溫度低于600℃時(shí)，不能獲得較高的管件固定強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)加熱溫度高于850℃時(shí)，表殼可能在鏡面拋光之后發(fā)生霧化。特別是在超過鈦的臨界轉(zhuǎn)變溫度(即882℃)的情況下，這種趨勢(shì)會(huì)加強(qiáng)。
通過在上述的溫度范圍內(nèi)加熱5分鐘或更長時(shí)間，可以獲得極佳的管件固定強(qiáng)度。
另一方面，當(dāng)表殼和管件都是由不銹鋼構(gòu)成時(shí)，較佳的是，在加熱步驟中，在600-900℃特別是700-850℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。
在采用不銹鋼的情況下，當(dāng)加熱溫度落入上述范圍時(shí)，可以維持表殼的表面狀況。另外，可以獲得具有極佳的管件固定強(qiáng)度、防水密封性能和耐腐蝕性的表殼。
當(dāng)加熱溫度低于600℃時(shí)，固相擴(kuò)散不能理想地進(jìn)行，從而會(huì)導(dǎo)致較差的管件固定強(qiáng)度和較差的防水密封性能。另一方面，當(dāng)加熱溫度超過900℃時(shí)，表殼可能在鏡面拋光之后發(fā)生霧化。雖然這個(gè)較佳的加熱溫度范圍600-900℃包括一與前述不銹鋼敏化溫度范圍相重合的溫度區(qū)域，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中，當(dāng)加熱時(shí)間為1小時(shí)或更短些時(shí)，不會(huì)發(fā)生敏化，特別是不會(huì)發(fā)生會(huì)使耐腐蝕性惡化的敏化現(xiàn)象。可以認(rèn)為這是由于非常短的加熱時(shí)間所造成的。然而，當(dāng)加熱進(jìn)行了很長一段時(shí)間之后，上述情況就不適用了。因此，較佳的是，在上述加熱溫度上進(jìn)行10分鐘-1小時(shí)的加熱。
以下將描述利用鈦或鈦合金(加工模式A1)進(jìn)行管件結(jié)合的情況，以及利用不銹鋼(加工模式A2)進(jìn)行管件結(jié)合的情況。
(加工模式A1)將一個(gè)鈦或鈦合金的管件壓入一鈦或鈦合金的表殼內(nèi)。將壓配有管件的表殼放入一真空爐并在真空氣氛中加熱，加熱溫度低于鈦的臨界轉(zhuǎn)變溫度，即882℃。加熱持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間。結(jié)果是，在表殼通孔與管件之間發(fā)生了原子間擴(kuò)散，從而使連接界面消失，這樣就可以實(shí)現(xiàn)表殼與管件的相互結(jié)合。
(加工模式A2)將一個(gè)不銹鋼管件壓入一不銹鋼表殼內(nèi)。將壓配有管件的表殼放入一真空爐或一具有還原性氣氛的爐子，并在真空或還原性氣氛中加熱，加熱溫度不同于前述的碳化鉻的沉淀溫度。加熱持續(xù)進(jìn)行一段時(shí)間。結(jié)果是，在表殼通孔與管件之間發(fā)生了原子間擴(kuò)散，從而使連接界面消失，這樣就可以實(shí)現(xiàn)表殼與管件的相互結(jié)合。
(本發(fā)明的第二方面)按照本發(fā)明的第二方面，表殼具有一通過一擴(kuò)散層固定于其上的管件。
用于本發(fā)明第二方面的表殼和管件可以由選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼的材料構(gòu)成。用于表殼的材料和用于管件的材料可以獨(dú)立地選擇，兩者的材料可以相同也可以不相同。然而，較佳的是，表殼和管件由相同類型的金屬構(gòu)成，例如都是由鈦金屬(如純鈦或鈦合金)或不銹鋼構(gòu)成。在采用鈦金屬時(shí)，特別有利的是，表殼和管件都是由純鈦或一種鈦合金構(gòu)成。然而，也可以采用不同類型金屬的組合，例如，可以采用鈦與不銹鋼的組合，或者是鈦合金與不銹鋼的組合。
使由上述材料構(gòu)成的表殼和管件相互結(jié)合的擴(kuò)散層包括一由固相擴(kuò)散材料形成的層，該擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種材料。
較佳的擴(kuò)散層材料視表殼材料和管件材料組合的不同而變化。例如，當(dāng)表殼和管件都是由鈦或鈦合金構(gòu)成時(shí)，擴(kuò)散層較佳地包含選自于Ti、Cu、Ni、Au和Pd中的至少兩種材料，還較佳地包含選自于Ti、Cu、Ni和Au中的至少兩種材料。當(dāng)表殼和管件都由不銹鋼構(gòu)成時(shí)，擴(kuò)散層較佳地包含選自于Fe、Cr、Ni、Pt、Pd和Ge中的至少兩種材料，還較佳地包含選自于Fe、Cr、Ni、Pt和Pd中的至少兩種材料。
較佳的是，上述擴(kuò)散層的厚度為1-100μm，特別是2-10μm。
該擴(kuò)散層可以這樣來形成，即，在把涂覆有金屬的管件壓配進(jìn)入表殼通孔之后，在真空或其它條件下對(duì)它們進(jìn)行加熱，從而在表殼、金屬涂層和管件之間形成一個(gè)元素級(jí)別(element-level)的固相擴(kuò)散。表殼和管件可以通過這樣形成的擴(kuò)散層相互結(jié)合。另外，在壓配管件時(shí)，金屬涂層可能會(huì)在設(shè)有金屬涂層的管件和表殼通孔之間發(fā)生塑性變形，從而填滿任何間隙，且在其間處于壓低的狀態(tài)。這樣會(huì)進(jìn)一步提高防水性能。
設(shè)置在管件表面上的金屬涂層具有與擴(kuò)散層相同的成分，包括選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種材料。
較佳的是，上述金屬涂層的厚度為0.1-20μm，特別是0.5-3μm。
金屬涂層可以例如通過電鍍、汽相沉積、離子電鍍或化學(xué)汽相沉積(CVD)等手段形成在管件表面上。
擴(kuò)散層的厚度取決于設(shè)置在管件表面上的上述各種成分的金屬涂層的厚度。例如，當(dāng)金屬涂層的厚度為0.1μm時(shí)，擴(kuò)散層的厚度為1μm。當(dāng)金屬涂層的厚度為20μm時(shí)，擴(kuò)散層的厚度約為100μm。
當(dāng)金屬涂層的厚度小于0.1μm，即當(dāng)擴(kuò)散層的厚度小于1μm時(shí)，金屬涂層在壓配管件時(shí)的塑性變形度可能是不理想的，因而使防水性能惡化。當(dāng)金屬涂層的厚度大于20μm，即當(dāng)擴(kuò)散層的厚度大于100μm時(shí)，管件與表殼通孔連接處的界面的結(jié)構(gòu)就會(huì)變得復(fù)雜，因而形成脆弱的金屬間化合物，從而趨向于降低管件的固定強(qiáng)度。
下面將描述按照本發(fā)明第二方面的將管件固定于表殼的方法的各步驟。
按照本發(fā)明第二方面的將管件固定于表殼的方法包括如下步驟提供一具有一通孔的表殼；將一在其表面具有金屬涂層的管件壓配進(jìn)入所述通孔，在所述通孔中所呈現(xiàn)的通孔/管件的壓配重合寬度(即，涂覆有金屬層的管件的外徑減去通孔的直徑)不小于0mm；以及在壓配之后在真空或還原氣氛中對(duì)表殼進(jìn)行加熱。
另外，除了上述的三個(gè)步驟之外，按照本發(fā)明第二方面的將管件固定于表殼的方法還包括這樣一個(gè)步驟，即，除了表殼與涂覆金屬的管件相互接觸的那些部分之外，將管件表面其余部分的金屬涂層去除。當(dāng)采用按照本發(fā)明第二方面的將管件固定于表殼的方法時(shí)，在管件固定之后，管件上的除了表殼與涂覆金屬的管件相互接觸的那些部分之外的其余部分暴露于管件表面。當(dāng)金屬涂層中包含例如Cu的成分時(shí)，通過在暴露的金屬涂層部分處加熱而進(jìn)行固相擴(kuò)散所形成的擴(kuò)散層可以導(dǎo)致表面變色。因此，可以添加這樣一個(gè)步驟。當(dāng)添加一個(gè)從管件表面去除金屬涂層的步驟時(shí)，較佳的是，從管件表面去除暴露的金屬涂層的工作是在前述的熱處理步驟之前進(jìn)行。
對(duì)于將管件表面上的除了表殼與涂覆金屬涂層的管件相互接觸的部分以外的那些部分上的金屬涂層去除的方法而言，例如，僅從有選擇地去除金屬涂層的能力來看，較佳的可采用侵蝕的方法。
在本發(fā)明的第二方面中，較佳的是，壓配重合寬度(即，外表面涂覆有金屬涂層的管件的外徑減去通孔的直徑)是在0-0.05mm的范圍的，特別是在0.01-0.03mm。
當(dāng)壓配重合寬度落在上述范圍內(nèi)時(shí)，不但可以在壓配管件使金屬涂層發(fā)生適當(dāng)?shù)乃苄宰冃螐亩顫M表殼與管件之間的間隙，而且使通過在表殼、金屬涂層和管件之間進(jìn)行固相擴(kuò)散而形成的擴(kuò)散層可以填滿表殼通孔與管件之間的間隙。因此，可以獲得極佳的防水性能和管件固定強(qiáng)度。另外，可以確保對(duì)人造汗液等具有極佳的耐腐蝕性。
當(dāng)壓配重合寬度小于0時(shí)，很難發(fā)生有效的塑性變形，因而不能填滿表殼通孔與管件之間的微小間隙。因此，不能獲得理想的防水性能和管件固定強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)壓配寬度大于0.05mm時(shí)，管件的壓配可能會(huì)導(dǎo)致管件變形，從而可能使對(duì)管件內(nèi)徑尺寸變化的影響不利地變大。
通常，當(dāng)在表殼上鉆設(shè)通孔之后進(jìn)行擴(kuò)孔修邊。較佳的是，擴(kuò)孔修邊后的通孔的直徑的圓整度為0.01mm或更小，特別是0.005mm或更小。就此而言，一個(gè)整圓的圓整度為0mm。
同樣地，對(duì)表面涂覆有金屬涂層的管件的外徑而言，其偏差最好是比較小的。因此，較佳的是，管件外徑的圓整度為0.01mm或更小，特別是0.005mm或更小。就此而言，一個(gè)整圓的圓整度為0mm。
較佳的是，在通孔內(nèi)表面上的表面粗糙度的最大值(Rmax3)為5μm或更小，較佳的是3μm或更小，和/或表面涂覆有金屬涂層的管件(涂覆有金屬涂層的管件)的外徑部分的表面粗糙度的最大值(Rmax4)為5μm或更小，較佳的是3μm或更小。
當(dāng)通孔內(nèi)表面或涂覆有金屬涂層的管件外徑的圓整度大于0.01mm時(shí)，或者當(dāng)通孔的表面粗糙度的最大值(Rmax3)和/或涂覆有金屬涂層的管件外徑部分的表面粗糙度的最大值大于5μm時(shí)，即使在金屬涂層塑性變形或熱處理之后，表殼與涂覆有金屬涂層的管件之間的間隙也不會(huì)被完全填滿，從而不能獲得很高的防水性能和管件固定強(qiáng)度。
按照本發(fā)明的第二方面，當(dāng)表殼由選自于純鈦和鈦合金的材料構(gòu)成，并且管件由選自于純鈦和鈦合金的材料構(gòu)成時(shí)，較佳的是，在加熱步驟中，在600-850℃特別是700-800℃的溫度下進(jìn)行加熱。另外，在加熱步驟中，較佳的是，加熱進(jìn)行5分鐘或更長，特別是進(jìn)行30分鐘-1小時(shí)。
當(dāng)加熱溫度低于600℃時(shí)，不能理想地進(jìn)行固相擴(kuò)散反應(yīng)，從而不能獲得較高的管件固定強(qiáng)度，或者是會(huì)遭受較差的防水性能。另外，在結(jié)合時(shí)需要較長的時(shí)間，因而顯得不實(shí)用。
另一方面，當(dāng)加熱溫度高于850℃時(shí)，由于已經(jīng)接近鈦的臨界轉(zhuǎn)變溫度，因而會(huì)使晶體結(jié)構(gòu)粗大，從而發(fā)生這樣一種部分的轉(zhuǎn)變，即，使表面變得粗糙，進(jìn)而會(huì)在表殼被鏡面拋光之后發(fā)生霧化現(xiàn)象。因此，可能必須在短時(shí)間內(nèi)完成熱處理。特別是，在超過鈦的臨界轉(zhuǎn)變溫度(即882℃)的情況下，這種趨勢(shì)會(huì)加強(qiáng)。雖然即使表面變得粗糙，也可以通過例如重新拋光而使其恢復(fù)原來狀態(tài)，但這樣不僅會(huì)使操作變得復(fù)雜，而且會(huì)提高成本。因此，這樣并不實(shí)用。
通過在上述的溫度范圍內(nèi)加熱5分鐘或更長時(shí)間，可以獲得極佳的管件固定強(qiáng)度。
另一方面，當(dāng)表殼和管件都是不銹鋼構(gòu)成時(shí)，較佳的是，在加熱步驟中，在600-900℃，特別是700-850℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行加熱。
在采用不銹鋼的情況下，當(dāng)加熱溫度落入上述范圍時(shí)，可以維持表殼的表面狀況。另外，可以獲得具有極佳的管件固定強(qiáng)度、防水密封性能和耐腐蝕性的表殼。
當(dāng)加熱溫度低于600℃時(shí)，固相擴(kuò)散不能理想地進(jìn)行，從而會(huì)導(dǎo)致較差的管件固定強(qiáng)度和較差的防水密封性能。另一方面，當(dāng)加熱溫度超過900℃時(shí)，表殼可能在鏡面拋光之后發(fā)生霧化。雖然這個(gè)較佳的加熱溫度范圍600-900℃包括一與前述不銹鋼敏化溫度范圍相重合的溫度區(qū)域，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中，當(dāng)加熱時(shí)間為1小時(shí)或更短些時(shí)，不會(huì)發(fā)生敏化，特別是不會(huì)發(fā)生會(huì)使耐腐蝕性惡化的敏化現(xiàn)象。可以認(rèn)為這是由于非常短的加熱時(shí)間所造成的。然而，當(dāng)加熱進(jìn)行了很長一段時(shí)間之后，上述情況就不適用了。因此，較佳的是，在上述加熱溫度上進(jìn)行10分鐘-1小時(shí)的加熱。
以下將描述按照本發(fā)明的第二方面，利用鈦或鈦合金(加工模式B1)進(jìn)行管件結(jié)合的情況，以及將金屬涂層去除(加工模式B2)的管件結(jié)合情況。
(加工模式B1)下面將結(jié)合圖11來描述按照本發(fā)明第二方面的加工模式。
在加工模式B1中，首先在表殼41的一個(gè)所需的位置上形成通孔41a。該通孔可供插入一柄軸，柄軸聯(lián)接于手表主體(即已知的表芯)。在加工模式B1中，通孔的直徑為大約2mm。在鉆設(shè)通孔之后，需進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。
隨后，制造一外徑略大于通孔直徑的鈦合金管件42a，該管件的表面完全被一金屬涂層所覆蓋，在加工模式B1中，所述金屬涂層是Pd電鍍層，在涂覆有pd電鍍層的情況下，管件在壓配部分的外徑為2.02mm。將該管件壓入一表殼的通孔內(nèi)。壓配重合寬度為0.02mm(2.02-2＝0.02)。由于在管件制造過程中采用切割作業(yè)的緣故，管件的外徑不是一個(gè)完美的圓，而是略有偏心。沿任意的X方向測量到的外徑與垂直于此沿Y方向測量到的外徑之差，即圓整度為大約0.01mm。
將壓配后的表殼放在溫度為800℃、真空度為10-6乇的氣氛下加熱大約30分鐘。在加熱時(shí)，在表殼壓配部分45處，會(huì)在表殼的鈦材料與管件的鈦合金材料的相互接觸的界面上出現(xiàn)Pt涂層，并且在該界面上會(huì)發(fā)生固相擴(kuò)散反應(yīng)?？梢哉J(rèn)為，在壓配時(shí)，由于塑性變形的緣故，出現(xiàn)在鈦或鈦合金表面上的鈦氧化層會(huì)被去除，新的表面將會(huì)暴露出來，并相互接觸。另外，可以認(rèn)識(shí)到的是，當(dāng)加熱進(jìn)行到大約800℃時(shí)，會(huì)在鈦與Pd界面處發(fā)生金屬的反擴(kuò)散，從而形成擴(kuò)散層44。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，鈦和Pd是相對(duì)比較容易發(fā)生反擴(kuò)散的金屬，這種有利的擴(kuò)散會(huì)在低于金屬熔點(diǎn)的溫度下發(fā)生?？梢哉J(rèn)為，這涉及這樣一個(gè)事實(shí)，即，鈦和Pd的相位圖示出了在一個(gè)很寬組份范圍范圍內(nèi)的金屬間化合物。
參見圖11，在管件涂覆有Pd的狀態(tài)下，在真空條件下對(duì)管件的除了壓配部分以外的外表面進(jìn)行加熱，從而在外表面發(fā)生固相擴(kuò)散。因此，使管件42a的整個(gè)外表面都涂覆了含有鈦和Pd的擴(kuò)散層44(金屬間化合物或固溶體)，該擴(kuò)散層是通過鈦在表面層中的擴(kuò)散而形成的。然而，該擴(kuò)散層具有一種金屬色澤，并具有極佳的耐腐蝕性，因而從手表的實(shí)際實(shí)用角度來說，改變表面層不會(huì)有任何問題。
(加工模式B2)下面將結(jié)合圖12來描述按照本發(fā)明第二方面的加工模式B2。首先，在表殼41的一個(gè)所需的位置上形成通孔41a。該通孔可供插入一柄軸，柄軸聯(lián)接于手表主體(即已知的表芯)。在加工模式B2中，通孔的直徑為大約2mm。在鉆設(shè)通孔之后，需進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。
隨后，制造一外徑略大于通孔直徑的鈦合金管件42b并將其壓入表殼通孔內(nèi)，該管件的表面完全被一金屬涂層所覆蓋，在加工模式B2中，所述金屬涂層是Cu電鍍層。在涂覆有Cu電鍍層的情況下，管件在壓配部分的外徑為2.02mm。由于在管件制造過程中采用切割作業(yè)的緣故，管件的外徑不是一個(gè)完美的圓，而是略有偏心。沿任意的X方向測量到的外徑與垂直于此沿Y方向測量到的外徑之差，即圓整度為大約0.01mm。壓配重合寬度是0.02cm(2.02-2＝0.02)。
另外，進(jìn)行這樣一個(gè)步驟，即去除除壓配部分以外的其余部分上的金屬涂層。在加工模式B2中，在壓配作業(yè)之后，利用硝酸鹽侵蝕劑去除管件表面上的不必要的Cu涂層，所述侵蝕劑能有選擇地只侵蝕掉Cu涂層，而不會(huì)腐蝕鈦。暴露在管件表面上的除壓配部分以外的各部分上的Cu涂層可以這樣來侵蝕，即，在管件壓配之后，將表殼浸入侵蝕劑。
隨后，將所得的表殼放在溫度為溫度為800℃、真空度為10-6乇的氣氛下加熱大約30分鐘。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在加熱時(shí)，會(huì)在鈦與Cu界面處發(fā)生金屬的反擴(kuò)散，從而形成一鈦和Cu的擴(kuò)散層。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，鈦和Cu是相對(duì)比較容易發(fā)生反擴(kuò)散的金屬，這種有利的擴(kuò)散會(huì)在低于金屬熔點(diǎn)的溫度下發(fā)生。可以認(rèn)為，這涉及這樣一個(gè)事實(shí)，即，鈦和Cu的相位圖示出了多種金屬間化合物和固溶體。在壓配時(shí)，由于塑性變形的緣故，不但是鈦或鈦合金表面上的很大一部分鈦氧化層會(huì)被去除而使新的表面暴露出來，而且這些氧化物會(huì)在加熱期間溶解在鈦中。因此，將會(huì)在界面處形成擴(kuò)散層，不會(huì)留下氧化物。
當(dāng)Cu涂層保留在除壓配部分45的其余表面部分上時(shí)，會(huì)在那里發(fā)生固相擴(kuò)散，結(jié)果將會(huì)形成含有鈦和Cu的擴(kuò)散層。因此，表面會(huì)呈現(xiàn)稍黑的變色。對(duì)手表而言，從外觀的角度看，在暴露部分的變色是不利的。因此，當(dāng)形成這樣的金屬間化合物從而導(dǎo)致表面變色時(shí)，希望能在熱處理之前將不需要的金屬涂層去除。
加工模式B2與加工模式B1的不同之處在于，擴(kuò)散層44只形成在壓配部分45處以將表殼和管件相互結(jié)合，而在管件的暴露表面上不形成任何擴(kuò)散層。
圖13示出了按照加工模式B2的管件固定方法將管件固定于表殼的連接界面處的掃描式電子顯微照片。在該顯微照片中，左側(cè)是作為表殼材料的鈦，右側(cè)是作為管件材料的鈦合金。在中間，一Cu電鍍層先是在壓配時(shí)以被壓低的形式(depressed form)設(shè)置，當(dāng)在真空中加熱之后，可通過鈦與Cu的固相擴(kuò)散反應(yīng)形成一個(gè)主要包括鈦和Cu的擴(kuò)散層。可以認(rèn)識(shí)到，轂件通過該擴(kuò)散層結(jié)合并固定于表殼。
(評(píng)估B1)下面將針對(duì)按照本發(fā)明第二方面的加工模式B1制造的表殼，對(duì)壓配重合寬度(具有金屬涂層的管件的外徑減去通孔的直徑)、管件固定強(qiáng)度和防水密封性能三者關(guān)系進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估的結(jié)果如圖14所示。圖14中的橫坐標(biāo)表示壓配重合寬度，縱坐標(biāo)表示管件固定強(qiáng)度。壓配重合寬度越大，管件變形度就越大。自然地，管件的固定強(qiáng)度也相應(yīng)升高。可以看到，與僅通過壓配的那些樣品相比，即使在相同的壓配寬度下，包括了這種連接頭(即，在真空中加熱以在界面處進(jìn)行固相擴(kuò)散的連接處)的樣品也會(huì)呈現(xiàn)出高得多的管件固定強(qiáng)度。這樣的結(jié)果暗示，當(dāng)僅通過壓配來固定管件時(shí)，要確保10kgf的所需固定強(qiáng)度，必須有0.01mm或更高的壓配重合寬度。
借助本發(fā)明第二方面的在真空中加熱的方法而獲得的固相結(jié)合，可以大大提高管件固定強(qiáng)度。
(評(píng)估B2)圖14示出了防水性測試結(jié)果的相互關(guān)系。防水性測試是以下列方式進(jìn)行的。將表殼的后蓋卸下，將處于打開狀態(tài)的表殼放在一塊熱扳上。使表殼內(nèi)部的水分完全被去除。緊接這之后，用后蓋將表殼密封和固定起來，將這樣獲得的表殼在10個(gè)大氣壓下的水中浸沒一段時(shí)間。將表殼取出，將表面的水完全去除。重新將表殼在熱扳上放一段時(shí)間。對(duì)表殼的玻璃表面施加冷水以使表殼快速冷卻。當(dāng)表殼內(nèi)出現(xiàn)水分時(shí)，有水分凝結(jié)在玻璃表面上，可以觀察到玻璃霧化現(xiàn)象。在該測試中，將出現(xiàn)霧化的樣品評(píng)估為防水性失效，而將沒有出現(xiàn)霧化的樣品評(píng)估為防水性合格。
下面將對(duì)上述的防水性測試作討論。即使當(dāng)壓配重合寬度足夠大時(shí)，通過壓配而成的表殼也只會(huì)遭到防水性失效的命運(yùn)。這涉及到在其表面上有金屬涂層的管件或表殼通孔的圓整度和表面粗糙度，并暗示界面處的微小凸起不會(huì)通過壓配而消除。因此，當(dāng)只進(jìn)行壓配時(shí)，必須涂敷粘合劑來確保防水性能。
相反，在本發(fā)明的第二方面中，只要壓配重合寬度不小于0mm，就可以避免防水性失效，并獲得極佳的防水密封性能。可以認(rèn)為，在壓配時(shí)，相對(duì)較軟并且易于變形的金屬涂層可填充在微小的間隙內(nèi)，當(dāng)在真空中進(jìn)行熱處理時(shí)，鈦和金屬涂層(在該加工模式中是Cu)會(huì)經(jīng)歷元素級(jí)別的擴(kuò)散從而形成擴(kuò)散層，這樣就可以完全填滿各處間隙。然而，當(dāng)壓配重合寬度小于0mm時(shí)，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，不能完全填滿各處的微小間隙，從而會(huì)導(dǎo)致防水性失效。因此，已經(jīng)確定，作為本發(fā)明第二方面的一個(gè)重要參數(shù)的壓配重合寬度必須是0mm或更大。
在上述的加工模式B1和B2中，采用Pd和Cu來作為電鍍?cè)诠芗砻嫔系慕饘偻繉拥慕饘?。然而，可用于形成該金屬涂層的金屬并不限于此，可以通過Al、Au、Pt、Pd和Ag中的任何電鍍層來實(shí)現(xiàn)類似的效果，這些金屬都可以在不高于鈦的臨界轉(zhuǎn)變溫度的情況下與鈦實(shí)現(xiàn)固相擴(kuò)散從而形成一金屬間化合物，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)面間結(jié)合。
此外，雖然在上述各種加工模式中提到了采用鈦和Pd的組合以及鈦和Cu的組合來作為通過固相擴(kuò)散在表殼/管件界面形成擴(kuò)散層的元素的實(shí)例，當(dāng)采用選自于鈦；作為不銹鋼主要成分的Fe、Cr和Ni；以及構(gòu)成電鍍金屬涂層的Cu、Ni、Al、Au、Pt、Pd和Ag中的至少兩種元素時(shí)，也可以獲得類似的結(jié)果。
(評(píng)估B3)在按照本發(fā)明第二方面的加工模式B2中，將進(jìn)行如下研究，即，作為金屬涂層的銅電鍍層的厚度差異對(duì)管件固定強(qiáng)度的影響以及對(duì)形成在連接界面的擴(kuò)散層的厚度的影響。圖15示出了這些數(shù)據(jù)。
銅涂層越薄，所呈現(xiàn)的管件固定強(qiáng)度越高。這與形成在界面處的Ti和Cu的金屬間化合物的強(qiáng)度有關(guān)。通過一掃描電子顯微鏡進(jìn)行觀察，可以確定面間擴(kuò)散層內(nèi)的多個(gè)層是逐步形成的。因此，涂覆有相對(duì)較厚的Cu涂層的樣品內(nèi)所形成的低強(qiáng)度層將會(huì)導(dǎo)致固定強(qiáng)度下降。然而，即使在該水平的強(qiáng)度上，管件固定強(qiáng)度還是能理想地呈現(xiàn)10kgf的技術(shù)規(guī)范值或更大的值。然而，當(dāng)金屬涂層為20μm或更大時(shí)，連接界面的構(gòu)成就會(huì)變得非常復(fù)雜，趨向于形成脆弱的金屬間化合物，并且趨向于降低管件的固定強(qiáng)度。另一方面，當(dāng)金屬涂層小于0.1μm時(shí)，存在著這樣的危險(xiǎn)，即，金屬涂層在壓配時(shí)的塑性變形過低，導(dǎo)致防水性失效。為此，考慮到可靠性，已經(jīng)確定設(shè)置在管件上的金屬涂層的厚度最好落在0.1-20μm的范圍內(nèi)。
此外，當(dāng)初始的金屬涂層為0.1μm時(shí)，形成在界面處的擴(kuò)散層的厚度為1μm，而當(dāng)初始金屬涂層厚度為20μm時(shí)，形成在界面處的擴(kuò)散層的厚度為100μm。因此，已經(jīng)確定，擴(kuò)散層的范圍最好是落在1-100μm之間。
實(shí)例(實(shí)例A1)在每個(gè)鈦表殼上均鉆設(shè)一通孔。對(duì)鉆設(shè)后的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。另外通過切削單獨(dú)制造一個(gè)鈦合金Ti-6Al-4V管件，其外徑比通孔的直徑小0.02-0mm，也就是說壓配重合寬度為-0.02-0mm。另外，通過切削制造一個(gè)鈦合金Ti-6Al-4V管件，其外徑比通孔直徑大0-0.055mm，也就是說壓配重合寬度為0-0.055mm。隨后，僅通過將每個(gè)管件壓入通孔而形成一最終的表殼，并通過壓配以及在真空度為6×10-6乇、溫度為700℃的真空氣氛中熱處理30分鐘以進(jìn)行固相結(jié)合而制造出另一個(gè)最終的表殼。
(評(píng)估A1)對(duì)如上述實(shí)例A1制造的表殼進(jìn)行防水性測試。防水性測試是以下列方式進(jìn)行的。將表殼的后蓋卸下，將處于打開狀態(tài)的表殼放在一塊熱扳上。使表殼內(nèi)部的水分完全被去除。緊接這之后，又將后蓋組裝在表殼上，將這樣獲得的表殼在10個(gè)大氣壓的水中浸沒一段時(shí)間。將表殼取出，將表面的水完全去除。重新將表殼無干擾地在熱扳上放一段時(shí)間。對(duì)表殼的玻璃表面施加冷水以使表殼快速冷卻。當(dāng)表殼內(nèi)出現(xiàn)水分時(shí)，有水分凝結(jié)在玻璃表面上，可以觀察到玻璃霧化現(xiàn)象。在該測試中，將出現(xiàn)霧化的樣品評(píng)估為防水性失效，而將沒有出現(xiàn)霧化的樣品評(píng)估為防水性合格。
對(duì)于上述的防水性測試的結(jié)果，如圖8所示，無論壓配重合寬度如何，只有僅通過壓配的表殼被評(píng)估為防水性失效。圖2示出了只是受到壓配(壓配重合寬度0.03mm)的表殼的管件壓配部分的縱截面掃描電子顯微照片。當(dāng)只進(jìn)行過壓配時(shí)，外觀是一致的，但是從圖2的截面顯微照片來看，通孔與管件之間存在界面21。可以認(rèn)為，水的滲漏正是由于該界面21所導(dǎo)致的。
另一方面，參見圖8，當(dāng)壓配重合寬度為0.01mm時(shí)，通過固相結(jié)合的表殼被評(píng)估為防水性失效。當(dāng)壓配重合寬度為0.01mm或更大時(shí)，防水性測試合格。其原因是，由于管件內(nèi)部是空的，因而其在壓配時(shí)會(huì)發(fā)生變形，這樣就會(huì)在通孔與管件之間產(chǎn)生應(yīng)力，從而使管件的整個(gè)外周與通孔接觸，結(jié)果實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合從而確保具有一定的防水性能。
圖3是一已經(jīng)受到固相結(jié)合(壓配重合寬度0.01mm)的表殼的管件壓配部分的縱截面的掃描電子顯微照片。很顯然，通孔與管件之間的界面消失，從而證明已形成結(jié)合和一體化?？梢哉J(rèn)為，這時(shí)，前述的位于界面上的氧化膜(氧)會(huì)固溶于表殼和管件內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)所需的結(jié)合。因此，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，當(dāng)壓配重合寬度為0.01mm或更大時(shí)，可以確保極佳的防水密封性能，不會(huì)出現(xiàn)防水失效的現(xiàn)象。對(duì)于壓配重合寬度為0.055mm或更大的表殼而言，壓配重合寬度太大，以致于不但會(huì)使管件變形，而且會(huì)使管件內(nèi)徑變化的影響不利地變大。因此，業(yè)已確定將壓配重合寬度限制在0.05mm以內(nèi)。
在這個(gè)防水性測試中，沒有采用常見的用于補(bǔ)強(qiáng)的粘合劑。顯然，受到過固相結(jié)合的表殼可確保防水性能，無需采用這樣的粘合劑。
(評(píng)估A2)對(duì)上述實(shí)例A1中的每個(gè)表殼的管件固定強(qiáng)度進(jìn)行測試。在測試中，借助一夾具來對(duì)通孔內(nèi)壓配有管件的表殼加以固定，并對(duì)管件施加一載荷。管件從表殼上脫落的載荷即被評(píng)估為管件固定強(qiáng)度。
對(duì)于僅僅通過壓配的表殼而言，參見圖8，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，壓配重合寬度越大，管件固定強(qiáng)度就越大。
另一方面，還是參見圖8，在壓配重合寬度相同的情況下，與只受到過壓配的表殼相比，已經(jīng)受過固相結(jié)合的表殼所呈現(xiàn)的管件固定強(qiáng)度要大得多。因此，很顯然，固相結(jié)合會(huì)使管件固定強(qiáng)度大大提高。在進(jìn)行本次管件固定強(qiáng)度測試時(shí)，沒有涂敷常見的用于補(bǔ)強(qiáng)的粘合劑。然而，由于傳統(tǒng)的在通孔內(nèi)裝配管件然后再涂敷粘合劑的傳統(tǒng)表殼的管件固定強(qiáng)度是在20-60kgf，因而發(fā)現(xiàn)已經(jīng)經(jīng)受過固相結(jié)合的表殼可呈現(xiàn)比傳統(tǒng)表殼高的管件固定強(qiáng)度。另外，已經(jīng)經(jīng)受過固相結(jié)合的表殼在通過人造汗液和噴灑鹽溶液進(jìn)行耐腐蝕性測試時(shí)也能獲得極佳的結(jié)果。
當(dāng)壓配重合寬度小于0.01mm時(shí)，即使進(jìn)行了固相結(jié)合也會(huì)呈現(xiàn)一個(gè)較低的管件固定強(qiáng)度，這是因?yàn)樵谕缀凸芗庸ぶ袝?huì)有尺寸精度偏差，因而在通孔與管件之間會(huì)存在一界面，從而不能使管件的整個(gè)外周與通孔接觸。圖4是一個(gè)已經(jīng)經(jīng)受過固相結(jié)合(壓配重合寬度0.001mm)的表殼的管件壓配部分的橫截面的掃描電子顯微照片。圖5是圖4中的B部分的放大顯微照片。該圖表明，當(dāng)壓配重合寬度小于0.01mm時(shí)，會(huì)在通孔與管件之間產(chǎn)生一界面31。對(duì)于壓配重合寬度為0.01mm或更大的表殼而言，可以認(rèn)為，由于在通孔和管件之間沒有界面，可以使管件的整個(gè)圓周與通孔接觸，因而管件固定強(qiáng)度將會(huì)升高。圖6是一已經(jīng)經(jīng)受過固相結(jié)合的表殼(壓配重合寬度0.03mm)的管件壓配部分的橫截面掃描電子顯微照片。圖7是圖6中所示的A部分的放大視圖。從這兩個(gè)圖中表明，當(dāng)壓配重合寬度落在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)時(shí)，通孔與管件之間的界面消失?？梢哉J(rèn)為，前述的位于界面上的氧化膜(氧)會(huì)固溶在表殼和管件中，從而實(shí)現(xiàn)所述的結(jié)合。
總之，對(duì)壓配重合寬度而言，已經(jīng)確定，當(dāng)其小于0.01mm時(shí)，在壓配時(shí)于通孔和管件之間存在一界面，這樣就不能獲得理想的防水性能和管件固定強(qiáng)度。當(dāng)壓配重合寬度為0.055mm或更大時(shí)，業(yè)已確定，管件的變形，進(jìn)而是其對(duì)管件內(nèi)徑尺寸變化的影響會(huì)不利地變大。因此，已經(jīng)確定，最好是使壓配重合寬度落在0.01mm-0.05mm之間，特別是考慮到通孔和管件尺寸的偏差以及在大批量生產(chǎn)時(shí)易于進(jìn)行壓配，可以使該值落在0.015mm-0.03mm之間。
(實(shí)例A2)在鏡面拋光之后的每個(gè)表殼上鉆設(shè)一通孔。對(duì)鉆設(shè)后的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。另外通過切削單獨(dú)制造一個(gè)鈦合金Ti-6Al-4V管件，其外徑比通孔的直徑大0.025mm，也就是說壓配重合寬度為0.025mm。隨后，通過將該管件壓入通孔而形成一最終的表殼，并在真空度為6×10-6乇、溫度為500-900℃的真空爐中熱處理30分鐘以進(jìn)行固相結(jié)合。
(評(píng)估A3)對(duì)上述實(shí)例A2中的表殼的管件固定強(qiáng)度進(jìn)行測試，獲得如圖9所示的結(jié)果。另外，對(duì)表殼的表面狀況進(jìn)行檢查。
參見圖9，在550℃或更低溫度不能獲得較高的管件固定強(qiáng)度。顯然，通過在600℃或更高的熱處理溫度下進(jìn)行固相結(jié)合，可以顯著地提高管件固定強(qiáng)度。當(dāng)在900℃的熱處理溫度下進(jìn)行固相結(jié)合時(shí)，雖然管件固定強(qiáng)度很高，但鏡面拋光后的表殼會(huì)發(fā)生霧化。其原因是，在高于鈦的臨界轉(zhuǎn)變溫度882℃的溫度下進(jìn)行熱處理會(huì)導(dǎo)致鈦的晶體結(jié)構(gòu)變得粗大。雖然可以通過再拋光的手段來去除變得粗大的晶體結(jié)構(gòu)，但這將導(dǎo)致操作復(fù)雜化，并且會(huì)帶來其它缺陷。因此，已經(jīng)考慮的是，為了獲得較高的管件固定強(qiáng)度并避免由于熱處理而使表面狀況發(fā)生變化，最好是在600-850℃的溫度下進(jìn)行熱處理，特別是，考慮到大批量生產(chǎn)時(shí)在加熱爐中的溫度分布等因素，最好是采取700-800℃的溫度。
(實(shí)例A3)在鏡面拋光之后的每個(gè)表殼上鉆設(shè)一通孔。對(duì)鉆設(shè)后的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。另外通過切削單獨(dú)制造一個(gè)鈦合金Ti-6Al-4V管件，其外徑比通孔的直徑大0.025mm，也就是說壓配重合寬度為0.025mm。隨后，通過將該管件壓入通孔而形成一最終的表殼，并在真空度為6×10-6乇、溫度固定為700℃的真空爐中分別熱處理1分鐘、5分鐘、30分鐘、60分鐘、90分鐘、120分鐘、150分鐘和180分鐘以進(jìn)行固相結(jié)合。
(評(píng)估A4)對(duì)上述實(shí)例A3中的表殼的管件固定強(qiáng)度進(jìn)行測試，獲得如圖10所示的結(jié)果。另外，對(duì)表殼的表面狀況進(jìn)行檢查。
參見圖10，雖然與采用其它熱處理時(shí)間相比熱處理時(shí)間為1分鐘時(shí)所獲的管件固定強(qiáng)度較低，但采用其它的熱處理時(shí)間還是可以獲得理想的管件固定強(qiáng)度。另外，盡管進(jìn)行了熱處理，但表殼的表面狀況毫無例外都保持不變。因此，雖然可以通過進(jìn)行5分鐘或更長時(shí)間的熱處理獲得所需的表殼，但從真空爐升溫后的溫度穩(wěn)定性以及大批量生產(chǎn)的角度來考慮，最好是進(jìn)行30分鐘-1小時(shí)的熱處理。
(實(shí)例A4)在鏡面拋光之后的每個(gè)表殼上鉆設(shè)一通孔。對(duì)鉆設(shè)后的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。接著，分別選用通孔圓整度和最大表面粗糙度為0.005-0.02mm和0.003-0.01mm的表殼。另外通過切削單獨(dú)制造一個(gè)管件，其外徑比通孔直徑大0.025mm，也就是說壓配重合寬度為0.025mm。分別選用圓整度和最大表面粗糙度為0.005-0.02mm和0.003-0.01mm的管件。隨后，通過將各管件壓入通孔而形成各種最終的表殼，并在真空度為6×10-6乇、溫度固定為700℃的真空爐中熱處理30分鐘以進(jìn)行固相結(jié)合。
(評(píng)估A5)對(duì)上述實(shí)例A4中的表殼進(jìn)行如上述評(píng)估A1和A2相同的測試。
結(jié)果是，在通孔和管件圓整度以及最大表面粗糙度的值分別大于0.01mm和0.005mm的表殼中，盡管進(jìn)行了固相結(jié)合，但仍有一些界面沒有消失，并存在在表殼與管件之間，它們?cè)诜浪詼y試中被評(píng)估為防水性失效。因此，已經(jīng)確定，對(duì)于通孔直徑和管件外徑而言，圓整度最好是0.01mm或更小，最大表面粗糙度為0.005或更小。
總之，可以這樣來獲得極佳的防水性能和很高的管件固定強(qiáng)度，即，先提供分別具有0.01mm或更小的圓整度以及0.005mm或更小的表面粗糙度的鈦或鈦合金表殼和管件，隨后將管件壓入通孔，使壓配重疊寬度為0.01-0.05mm，較佳的是0.015-0.03mm，而后在真空度為10-6乇、溫度為600-850℃(較佳的是700-800℃)的條件下進(jìn)行熱處理，時(shí)間是5分鐘或更長，較佳的是30分鐘-1小時(shí)。
(實(shí)例A5)在鏡面拋光之后的每個(gè)SUS304表殼上鉆設(shè)一通孔。對(duì)鉆設(shè)后的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。另外通過切削單獨(dú)制造一個(gè)SUS316F管件，其外徑比通孔的直徑其外徑比通孔直徑大0.02mm，也就是說壓配重合寬度為0.02mm。隨后，通過將該管件壓入通孔，并在真空度為7×10-6乇、溫度為800℃的真空氣氛中熱處理30分鐘，從而獲得最終的表殼。
(實(shí)例A6)在鏡面拋光之后的每個(gè)SUS304表殼上鉆設(shè)一通孔。對(duì)鉆設(shè)后的通孔進(jìn)行擴(kuò)孔以去除毛刺。另外通過切削單獨(dú)制造一個(gè)SUS316F管件，其外徑比通孔的直徑大0.02mm，也就是說壓配重合寬度為0.02mm。隨后，通過將該管件壓入通孔，并在750℃的溫度下的還原氣氛中熱處理1小時(shí)，從而獲得最終的表殼。
(評(píng)估A6)對(duì)實(shí)例A5和A6中制備的表殼進(jìn)行與上述評(píng)估A1和A2相同的測試。
結(jié)果是，在采用不銹鋼的情況下，當(dāng)呈現(xiàn)與鈦和鈦合金相同的壓配重合寬度、圓整度和表面粗糙度時(shí)，以及當(dāng)熱處理的溫度是在600-900℃時(shí)，可以維持一定的表面狀況，并且管件固定強(qiáng)度和防水密封性能極佳。另外，在利用人造汗液并噴灑鹽溶液進(jìn)行的耐腐蝕測試中，也可以獲得極佳的效果。
雖然在上述實(shí)例中是將每個(gè)管件壓入表殼通孔內(nèi)，并在真空中加熱，從而實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合，但該過程也可以用這樣一個(gè)過程來代替，即，提供一個(gè)錐形孔形式的通孔，并在管件的外周部分上設(shè)置螺紋，將管件螺旋擰入通孔，并在真空條件下加熱以實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合。該過程還可以包括，在管件的外周部分上設(shè)置螺紋，使管件外周部分上的螺紋與非錐形的通孔的內(nèi)表面接觸，并在真空條件下進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合。另外，該過程可以包括，將通孔形成為螺紋孔，使管件與螺紋孔接觸，并在真空條件下進(jìn)行加熱，從而實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合。
此外，雖然在上述實(shí)例中，每個(gè)管件都是被壓配到表殼的通孔中，但通過鍛壓的壓力粘結(jié)也是適用的。在此方法中，即使當(dāng)壓配重合寬度接近0mm時(shí)，在管件壓配之后，通過向管件的內(nèi)中空部分壓入一剛性球(其直徑略大于通孔的內(nèi)徑減去管件厚度)從而使管件向外膨脹和變形，也可以消除微小的間隙。在上述狀態(tài)下，通過進(jìn)行真空熱處理就可以實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合。
(實(shí)例B1)雖然在前述的加工模式B1和B2中，是在800℃的溫度下對(duì)鈦進(jìn)行熱處理，但這種熱處理也可以在低于600℃(570℃)的條件下進(jìn)行。結(jié)合不會(huì)以期望的速率進(jìn)行，而是需要相當(dāng)長的時(shí)間(24小時(shí))。另外，有這樣一個(gè)危險(xiǎn)性，即，不能理想地進(jìn)行固相擴(kuò)散反應(yīng)，從而使防水性失效。
另一方面，在高于850℃的溫度(900℃)進(jìn)行加熱會(huì)帶來這樣的問題，即，會(huì)發(fā)生局部的轉(zhuǎn)變，從而導(dǎo)致表面變得粗糙。
(實(shí)例B2)雖然在前述加工模式B1和B2中選用圓整度為0.01mm或更小、最大表面粗糙度(Rmax)為5μm或更小的樣品，但也可以選用大于0.01mm的圓整度或大于5μm的最大粗糙度。但這樣做會(huì)造成如下趨勢(shì)，即，由于壓配而在界面處形成的間隙不能借助電鍍層在壓配時(shí)的變形以及通過真空熱處理的結(jié)合而被完全填滿，從而使防水密封性能惡化。因此，已經(jīng)確定，對(duì)于表殼以及壓配于其中的管件的外周部分而言，圓整度最好是0.01mm或更小，表面粗糙度最好是5μm或更小。
如上述評(píng)估B2所指出的那樣，當(dāng)壓配重合寬度小于0mm時(shí)，在壓配時(shí)趨向于在界面處形成微小的間隙，從而使防水密封性能惡化。另一方面，當(dāng)壓配重合寬度超過0.05mm時(shí)，壓配就會(huì)變得困難。在不利的場合，管件會(huì)發(fā)生變形。壓配重合寬度越大，管件內(nèi)徑的變化就越大。這樣，尺寸的控制就會(huì)變得困難。因此，已經(jīng)確定，較佳的是將壓配重合寬度設(shè)定在0-0.05mm的范圍內(nèi)。另外，已經(jīng)確定，從尺寸的精度以及對(duì)大批量生產(chǎn)的控制等的角度來說，還希望將壓配重合寬度設(shè)定在0.01-0.03mm的范圍內(nèi)。
(實(shí)例B3)本發(fā)明的表殼可以用不銹鋼構(gòu)成。在實(shí)例B3中，描述了一種用SUS304來制作表殼，并用易切削不銹鋼SUS316F來制作管件的加工實(shí)例。
首先，在不銹鋼表殼的一個(gè)所需位置上設(shè)置一通孔。將一具有厚度為2μm的金屬涂層(在該實(shí)例中為Pt)的管件壓入表殼通孔。使壓配有管件的表殼通過串聯(lián)式(in-line)氫流氣氛的加熱爐，在750℃的溫度下加熱10分鐘。在此加熱過程中，不銹鋼中所包含的Fe、Cr和Pt發(fā)生反擴(kuò)散，從而在界面處形成一擴(kuò)散層，進(jìn)而借助該擴(kuò)散層實(shí)現(xiàn)結(jié)合。因此，已經(jīng)確定，管件固定強(qiáng)度和防水密封性能極佳。
較佳的是，用于實(shí)現(xiàn)結(jié)合以及將不銹鋼管件固定于不銹鋼表殼的加熱最好在600-900℃的范圍內(nèi)進(jìn)行。
當(dāng)加熱溫度低于600℃時(shí)，不能很理想地進(jìn)行固相擴(kuò)散，從而導(dǎo)致管件固定強(qiáng)度和防水密封性能不能讓人滿意。另一方面，當(dāng)加熱溫度超過900℃時(shí)，鏡面拋光后的表殼會(huì)霧化。雖然這個(gè)較佳的加熱溫度范圍600-900℃包括一與前述不銹鋼敏化溫度范圍相重合的溫度區(qū)域，但業(yè)已發(fā)現(xiàn)，在本發(fā)明中，當(dāng)加熱時(shí)間為1小時(shí)或更短些時(shí)，不會(huì)發(fā)生敏化，特別是不會(huì)發(fā)生會(huì)使耐腐蝕性惡化的敏化現(xiàn)象?？梢哉J(rèn)為這是由于非常短的加熱時(shí)間所造成的。然而，當(dāng)加熱進(jìn)行了很長一段時(shí)間之后，上述情況就不適用了。因此，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，較佳的是，在上述加熱溫度上進(jìn)行10分鐘-1小時(shí)的加熱。
對(duì)于這樣制造的表殼(即，通過將管件結(jié)合于表殼并在界面處形成一擴(kuò)散層而制造出來的表殼)而言，按照本發(fā)明第二方面的構(gòu)成以及管件固定方法，可以進(jìn)行例如人造汗液測試和CASS測試之類的耐腐蝕測試。在所有測試中，都可以獲得極佳的結(jié)果。因此，已經(jīng)確定，對(duì)耐腐蝕性不會(huì)有任何問題。
(其它加工模式)雖然在上述的根據(jù)本發(fā)明第二方面的各種加工模式和實(shí)例中，描述了包括將一管件壓配在表殼通孔中并在真空中加熱的管件固定方法，但也可以采用下述的方法來代替。在替代型方法中，通孔設(shè)置有一雌螺紋孔，而管件外周部分設(shè)置有一能與前述雌螺紋孔嚙合的雄螺紋孔。在管件外表面上形成有一金屬涂層，管件被螺旋擰轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)動(dòng))而實(shí)現(xiàn)嚙合。隨后，在真空中進(jìn)行加熱，以實(shí)現(xiàn)管件與表殼的結(jié)合。
此外，在另一種加工實(shí)例中，除了用管件壓配來使鈦和金屬涂層壓力下相互結(jié)合之外，通過鍛壓的壓力粘結(jié)也是適用的。在該方法中，即使當(dāng)壓配重合寬度小于0時(shí)，在管件壓配之后，通過向管件的內(nèi)中空部分壓入一剛性球(其直徑略大于通孔的內(nèi)徑減去管件厚度)從而使管件向外膨脹和變形，也可以消除各種微小的間隙。在上述狀態(tài)下，通過進(jìn)行真空熱處理就可以實(shí)現(xiàn)固相結(jié)合。
對(duì)于柄軸管件的壁厚而言，只要它大約是0.1mm或更大，就能在壓配變形之后在界面處產(chǎn)生理想的應(yīng)力，從而確保固相結(jié)合。
工業(yè)應(yīng)用在本發(fā)明的第一方面中，可以獲得一個(gè)固相結(jié)合有管件并且與管件之間沒有連接界面的表殼，不會(huì)由于相互結(jié)合而使表殼的表面狀況惡化。這是通過將一管件壓配進(jìn)入一表殼上的通孔，并在真空或還原氣氛下進(jìn)行加熱而獲得的。因此，不但可以獲得很好的防水可靠性，而且能獲得極佳的耐腐蝕性和理想的結(jié)合強(qiáng)度(即管件固定強(qiáng)度)。另外，不必再使用傳統(tǒng)的用來補(bǔ)強(qiáng)的粘合劑。
在本發(fā)明的第二方面中，表殼和管件通過一特別的擴(kuò)散層相互結(jié)合和固定。因此可以獲得一種不但具有極佳的防水性能和耐腐蝕性，而且確保有長期可靠的管件固定效果。另外，由于構(gòu)造簡單，本發(fā)明在產(chǎn)量和成本方面很有利。還有，管件固定的實(shí)現(xiàn)不會(huì)對(duì)鈦和不銹鋼的表面構(gòu)造造成不利的影響。
然而，根據(jù)本發(fā)明的將管件固定于表殼的方法并不僅限于將手表柄軸用的管件固定于表殼通孔，該方法同樣適用于例如供潛水手表使用的按鈕、傳感器等的聯(lián)接部分。
權(quán)利要求
1.一種表殼，具有一與其相結(jié)合和固定的管件，所述表殼和所述管件基本上沒有連接界面。
2.如權(quán)利要求1所述的表殼，其特征在于，所述表殼包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的表殼，其特征在于，所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料。
4.如權(quán)利要求1或2所述的表殼，其特征在于，所述表殼和所述管件都包括不銹鋼。
5.一種將一管件固定于一表殼的方法，包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即管件外徑減去通孔直徑)大于0mm；以及在壓配之后對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述壓配重合寬度是在0.01-0.05mm的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述壓配重合寬度是在0.015-0.03mm的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求5-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述通孔的直徑和所述管件的外徑均呈現(xiàn)0.01mm或更小的圓整度。
9.如權(quán)利要求5-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述通孔內(nèi)表面的最大表面粗糙度(Rmax1)為5μm或更小，和/或管件的外徑部分的最大表面粗糙度(Rmax2)為5μm或更小。
10.如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，在加熱步驟中，是在600-850℃的溫度下進(jìn)行加熱。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，是在700-800℃的溫度下進(jìn)行加熱。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，加熱的時(shí)間是5分鐘或更長。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，加熱的時(shí)間是30分鐘-1小時(shí)。
14.如權(quán)利要求5-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述表殼和所述管件都包括不銹鋼，在所述加熱步驟中，在600-900℃的溫度下進(jìn)行加熱。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，加熱的時(shí)間為10分鐘-1小時(shí)。
16.一種具有一管件的表殼，所述表殼和所述管件通過一擴(kuò)散層相互結(jié)合和固定。
17.如權(quán)利要求16所述的表殼，其特征在于，所述表殼包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦、鈦合金和不銹鋼中的一種材料，所述擴(kuò)散層包括一通過固相擴(kuò)散形成的層，所述擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種金屬。
18.如權(quán)利要求16或17所述的表殼，其特征在于，所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，而所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，所述擴(kuò)散層包括一通過固相擴(kuò)散形成的層，所述擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種金屬。
19.如權(quán)利要求16或17所述的表殼，其特征在于，所述表殼和所述管件都包括不銹鋼，所述擴(kuò)散層包括一通過固相擴(kuò)散形成的層，所述擴(kuò)散層包含選自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少兩種金屬。
20.如權(quán)利要求16-19中任一項(xiàng)所述的表殼，其特征在于，所述擴(kuò)散層的厚度為1-100μm。
21.一種將一管件固定于一表殼的方法，包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一在其表面具有一金屬涂層的管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即管件外徑減去通孔直徑)不小于0mm；以及在壓配之后在真空或還原氣氛中對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
22.一種將一管件固定于一表殼的方法，包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一在其表面具有一金屬涂層的管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即管件外徑減去通孔直徑)不小于0mm；在所述管件表面的除了那些使表殼與涂敷金屬的管件相接觸的部分以外的部分上，去除金屬涂層；以及在壓配之后在真空或還原氣氛中對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
23.如權(quán)利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述壓配重合寬度是在0-0.05mm的范圍內(nèi)。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其特征在于，所述壓配重合寬度是在0.01-0.03mm的范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求21-24中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述通孔的直徑和所述在其表面具有金屬涂層的管件的外徑均呈現(xiàn)0.01mm或更小的圓整度。
26.如權(quán)利要求21-25中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述通孔內(nèi)表面的最大表面粗糙度(Rmax3)為5μm或更小，和/或在其表面具有金屬涂層的管件的外徑部分的最大表面粗糙度(Rmax4)為5μm或更小。
27.如權(quán)利要求21-26中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述表殼包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，所述管件包括選自于純鈦和鈦合金中的一種材料，在加熱步驟中，是在600-850℃的溫度下進(jìn)行加熱。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，是在700-800℃的溫度下進(jìn)行加熱。
29.如權(quán)利要求21或26所述的方法，其特征在于，所述表殼和所述管件都包括不銹鋼，在所述加熱步驟中，在600-900℃的溫度下進(jìn)行加熱。
30.如權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，在所述加熱步驟中，加熱的時(shí)間是10分鐘-1小時(shí)。
31.如權(quán)利要求21-30中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述金屬涂層包括選自于Cu、Ni、Al、Au、Pt、Pd和Ag中的一種金屬，或它們組合而成的一種合金，并具有0.1-20μm的厚度。
全文摘要
在本發(fā)明的第一方面中，提供了一種表殼，其具有一與其相結(jié)合和固定的管件，所述表殼和管件基本上沒有連接界面。為了獲得該結(jié)構(gòu)的將管件固定于表殼的方法包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即管件外徑減去通孔直徑)大于0mm；以及在壓配之后對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。在本發(fā)明的第二方面中，提供了一種具有一管件的表殼，所述表殼和所述管件通過一擴(kuò)散層相互結(jié)合和固定。為獲得該結(jié)構(gòu)的將管件固定于表殼的方法包括如下步驟在一表殼上設(shè)置一通孔；將一在其表面具有一金屬涂層的管件壓配進(jìn)入所述通孔，所述管件所呈現(xiàn)的通孔/管件壓配重合寬度(即管件外徑減去通孔直徑)不小于0mm；以及在壓配之后在真空或還原氣氛中對(duì)所述表殼進(jìn)行加熱。
文檔編號(hào)G04B37/22GK1394302SQ01803170
公開日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2001年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月13日
發(fā)明者內(nèi)田仁史, 藤井浩司, 佐藤惇司 申請(qǐng)人:西鐵城鐘表股份有限公司