[0001] La présente invention est relative à un procédé de fabrication d'une boîte de montre
faite en un matériau comportant en poids au moins 95% de cuivre.
[0002] Une boîte de montre portant un aussi important pourcentage de cuivre a déjà été proposée
dans le document CH-A-543 764. Dans ce document, le procédé de fabrication d'éléments
constitutifs d'une boîte de montre est caractérisé par le fait qu'on utilise un alliage
cupro-béryllium apte à un durcissement structurel par traitement thermique, usine
lesdits éléments, puis dépose extérieurement une couche de matériau métallique inoxydable.
Le document indique aussi que l'alliage cupro-béryllium comporte au moins 1,8% et
au plus 2,05% de béryllium et que le traitement thermique permettant un durcissement
structural est un revenu s'effectuant à 320° durant au moins deux heures. Toujours
d'après le même document, le procédé proposé permet aussi d'obtenir par des moyens
connus et éprouvés, tels qu'étampage, tournage, filetage, perçage, fraisage ainsi
qu'usinage, à l'aide d'outils diamants et par un traitement thermique simple, une
boîte de montre résistante dont tous les éléments constitutifs pourront recevoir un
traitement de surface dure, permettant à la montre de garder intact, pendant un temps
pratiquement illimité, même si elle est portée dans des conditions très sévères,
un aspect esthétique et pratiquement inaltérable.
[0003] De la description qui vient d'être donnée, on peut deviner que l'usinage de la boîte,
utilisant le matériau de base décrit, n'est pas simple en ce sens qu'il nécessite
plusieurs opérations successives pour parvenir à la boîte en son état final. Cela
est probablement dû à l'utilisation du béryllium qui rend le cuivre cassant et peu
malléable, ce qui nécessite donc d'opérer par étape avant l'obtention du produit terminé.
[0004] Le béryllium, allié au cuivre ou au bronze, trouve son application en électricité
où il a été très utilisé comme contacts électriques à ressort. Il présente cependant
un grave inconvénient qui est celui d'être toxique. Le béryllium et ses sels doivent
être manipulés avec la plus grande précaution. Ils ne doivent pas être tâtés pour
vérifier l'effet de douceur qu'ils présentent. Il est donc nécessaire d'observer une
certaine discipline de travail, quand on sait qu'une concentration dans l'air dépassant
deux milligrammes par mètre cube est dangereuse. Ces raisons font qu'actuellement
le béryllium et ses alliages sont d'un approvisionnement difficile, comme est difficile
également le problème posé par le retraitements des déchets.
[0005] Le document SU 154 669 décrit pour sa part un alliage électroconducteur à base d'au
moins 95% de cuivre, le reste comportant entre autre du cadmium. On sait que le cadmium
est toxique et qu'il faut l'éviter à tout prix.
[0006] L'utilisation du cuivre a l'état pur présente cependant un grand intérêt qui est
celui d'être très facilement déformable à froid et de ne nécessiter souvent qu'une
seule opération pour parvenir à l'objet recherché. Le cuivre pur cependant présente
une résistance mécanique insuffisante pour certains usages, comme ici la réalisation
d'une boîte de montre. On remarquera aussi que la déformation à froid du cuivre pur
peut entraîner des fissures. Il est donc nécessaire d'améliorer cette résistance
mécanique en ajoutant au cuivre certains éléments qui permettront d'accroître sa rigidité
et sa dureté et ceci en évitant d'utiliser les éléments toxiques que sont le béryllium
et le cadmium.
[0007] Ainsi pour éviter les inconvénients mentionnés au sujet des documents cités plus
haut, le procédé de fabrication de la boîte de montre selon l'invention met en oeuvre
les étapes qui apparaissent dans la revendication 1.
[0008] L'invention sera décrite maintenant dans le détail en explicitant plusieurs procédés
de fabrication donnés à titre d'exemple pour réaliser une boîte de montre.
[0009] Pour réaliser sa boîte de montre, le titulaire de la présente invention s'est servi
d'un matériau utilisé, à sa connaissance, dans l'industrie électrique seulement, comme
conducteurs ou contacts élastiques. Très généralement, au moins une des parties constitutives
de la boîte de montre est faite en un matériau comportant au moins 95% en poids de
cuivre, le reste étant composé d'éléments aptes à accroître la résistance mécanique
du cuivre à l'exclusion du béryllium et du cadmium. De plus, ce matériau est recouvert
d'une couche servant à la protection et à la décoration de la boîte.
[0010] De nombreux essais ont permis de montrer que le matériau défini ci-dessus, jamais
proposé pour la fabrication d'une boîte de montre, répond en tous points aux objectifs
qu'on s'est fixé : très haute teneur en cuivre, ce qui permet une déformation à froid
très aisée du matériau ; présence par exemple, de nickel, de plomb et de phosphore,
ce qui améliore les caractéristiques mécaniques du matériau, sans recourir au béryllium
ou au cadmium, tout en rendant possible un traitement thermique subséquent.
[0011] En particulier la composition suivante présente d'excellents résultats et peut constituer
une composition préférentielle : Cuivre : 98,2%, nickel : 1%, plomb : 0,55% et phosphore
: 0,22%. En additionnant ces chiffres, on voit qu'il reste un pourcentage de 0,03%
qui est généralement comblé par des impuretés résiduelles inhérentes aux alliages
cuivreux. On mentionnera que les éléments restants ne sont pas limités au nickel,
au plomb et au phosphore mais peuvent inclure par exemple du manganèse ou de l'étain.
[0012] Le matériau indiqué peut être utilisé pour fabriquer la seule carrure de la boîte,
cette carrure pouvant comporter une lunette intégrée ou rapportée. S'il s'agit d'une
boîte de montre-bracelet la carrure pourra porter en outre des cornes servant à attacher
le bracelet à la boîte. Carrure et cornes peuvent alors être faites en une seule pièce
avec le matériau indiqué. Il va de soi que le fond de la boîte peut aussi être constitué
du même matériau.
[0013] Pour fabriquer la boîte de montre, on procède selon l'invention, de la manière suivante
:
[0014] On commence par fournir le matériau décrit ci-dessus, ce matériau comportant au
moins 95% de cuivre, le reste étant composé d'éléments aptes à accroître la résistance
du cuivre d'exclusion du béryllium et du cadmium. Ce matériau peut se présenter en
bande pour faciliter la production en séries. La composition préférentielle indiquée
plus haut peut être choisie pour les excellents résultats qu'elle présente.
[0015] Le matériau est ensuite déformé à froid en une seule opération. Cette déformation
est réalisée au moyen d'un outil susceptible à la fois de découper puis d'emboutir
la matière choisie pour donner à la boîte sa forme finale qui peut être celle de sa
carrure munie de ses cornes. La déformation à froid en une seule opération (ou en
un seul coup) est très avantageuse par l'économie d'outillage et de temps qu'elle
présente.
[0016] On comprendra que la matière, ou du moins les zones superficielles de cette matière,
sera écrouie lors de l'opération d'emboutissage ou de matriçage de la matière, ce
qui contribuera à la durcir et donc à la rendre mécaniquement plus résistante.
[0017] La présence d'éléments tels que le nickel par exemple permet en outre de durcir thermiquement
le matériau et ceci entre l'opération de déformation à froid et l'opération de recouvrement.
Pour cela on introduit le produit obtenu dans un four chauffé à environ 400°.
[0018] La pièce ainsi obtenue présente un aspect rougeâtre inesthétique et peu résistante
à la corrosion. On va donc la revêtir d'une couche servant à la décorer et à la protéger.
Ce revêtement peut être fait de diverses façons par exemple par voie galvanique ou
par déposition physique en phase vapeur (PVD). On peut déposer par voie galvanique
par exemple du chrome, du nickel ou encore de l'or, ce dépôt étant facilité par le
fait que le substrat est en cuivre. On peut déposer par PVD des mêmes éléments, mais
aussi des couches très dures comme du nitrure de titane ou du carbure de tungstène,
couches beaucoup plus résistantes aux rayures.
[0019] Pour améliorer l'état de surface de l'objet avant revêtement, on peut procéder à
un polissage électrochimique ou électrolytique. Ce type de polissage, impossible avec
du laiton, remplace avantageusement le polissage mécanique couramment utilisé mais
dispendieux en temps.
[0020] Le dépôt PVD sur alliages cuivreux appele ici un important commentaire. On remarquera
tout d'abord que l'alliage cuivreux le plus utilisé pour fabriquer une boîte de montre
est le laiton. Le laiton contient un important pourcentage de zinc ce qui le rend
impropre à recevoir une couche de protection par voie PVD. En effet, le dépôt PVD
se faisant sous vide (entre 10⁻² et 10⁻⁴ mbar) et à une température relativement élevée
(entre 200 et 400°C), le zinc devient volatil et s'évapore lors du traitment et cela
du fait que sa pression de vapeur n'est pas négligeable dans les conditions précitées.
Cette évaporation entraîne un dépôt irrégulier et peu résistant de la couche qu'on
veut appliquer et finalement un aspect inadmissible pour la pièce terminée. Pour obvier
à cet inconvénient on a proposé de revêtir le laiton d'une sous-couche galvanique
(par exemple du cuivre et/ou du nickel) sur laquelle le dépôt PVD peut être effectué
sans difficulté. Pour éviter cette opération supplémentaire, on choisira de préférence
un matériau ne contenant pas de zinc et plus généralement un matériau comportant des
éléments (en plus du cuivre) dont la pression de vapeur est sensiblement nulle dans
les conditions de contraintes nécessaires à l'application d'une couche par procédé
PVD. C'est le cas pour le cuivre, le nickel et le plomb. Ce n'est pas le cas pour
le phosphore, mais sa présence est si infime (0,22%) qu'elle peut être considérée
comme n'ayant pas d'influence sur la bienfacture du dépôt.
[0021] Le dépôt par procédé PVD présente encore un autre avantage qui est celui de faire
l'économie de l'opération de durcissement thermique, ce durcissement se faisant en
même temps que le dépôt puisque la température de dépôt (entre 200 et 400°C) se trouve
être sensiblement la même que la température de durcissement.
1. Procédé de fabrication d'une boîte de montre, caractérisé par le fait qu'il comprend
la succession des étapes suivantes :
- on fournit un matériau comportant au moins 95% en poids de cuivre, le reste étant
composé d'éléments aptes à accroître la résistance mécanique du cuivre à l'exclusion
du béryllium et du cadmium,
- on déforme à froid en une seule opération ledit matériau pour former au moins une
partie constitutive de la boîte, ladite opération provoquant simultanément un écrouissage
dudit matériau tendant à augmenter sa dureté,
- on recouvre ladite partie constitutive d'une couche de protection et de décoration.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments restants
sont du nickel, du plomb et du phosphore.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit matériau comporte
en poids 98,2% de cuivre, le reste étant composé de 1% de nickel, de 0,55% de plomb
et de 0,22% de phosphore.
4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, lors de l'opération
de déformation à froid, on forme la carrure de la boîte.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que, lors de l'opération
de déformation à froid, on forme simultanément des cornes faites d'une pièce avec
la carrure.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'après l'opération
de déformation à froid et avant l'opération de recouvrement, on chauffe la partie
constitutive pour la durcir thermiquement.
7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche servant
à la protection et à la décoration est déposée par voie galvanique.
8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la couche servant
de protection et de décoration est apposée par déposition physique en phase vapeur
(PVD), le matériau fourni comportant des éléments restans dont la pression de vapeur
est sensiblement nulle quand ledit matériau est soumis à une pression comprise entre
10⁻² et 10⁻⁴ mbar et à une température comprise entre 200 et 400°C.