COMPOSANT HORLOGER COMPORTANT UN ALLIAGE HAUTE ENTROPIE

Abstract

 Composant horloger comportant un alliage haute entropie, l'alliage haute entropie comportant entre 4 et 13 éléments principaux formant une unique solution solide, l'alliage haute entropie présentant une concentration en chaque élément principal comprise entre 1 et 55 % atomique.

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention concerne un composant horloger comportant un alliage haute entropie, ainsi qu'un procédé de fabrication d'un tel composant horloger. L'invention concerne également l'utilisation d'un alliage haute entropie pour fabriquer un composant horloger.

ART ANTERIEUR

[0002] Les composants horlogers, et particulièrement les ressorts de barillet, sont soumis à de fortes contraintes, notamment au cours de leurs procédés de fabrication, mais aussi pendant leur utilisation.

[0003] Ils doivent notamment présenter une résistance mécanique élevée et une grande ductilité. Or actuellement, les composants horlogers présentent rarement simultanément ces caractéristiques antagonistes.

RESUME DE L'INVENTION

[0004] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un composant horloger présentant une résistance mécanique plus élevée et une plus grande ductilité.

[0005] Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention, un composant horloger comportant un alliage haute entropie, l'alliage haute entropie comportant entre 4 et 13 éléments principaux formant une unique solution solide, l'alliage haute entropie présentant une concentration en chaque élément principal comprise entre 1 et 55 % atomique. En effet, un tel composant présente une plus grande résistance mécanique et une plus grande ductilité que ceux de l'art antérieur.

[0006] Avantageusement, la concentration en chaque élément principal est comprise entre 10 et 55 % atomique.

[0007] Selon différents modes de réalisation préférentiels:

• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante : Fe_aMn_bCo_cCr_d dans laquelle a, b, c et d sont compris entre 1 et 55 % atomique;
• l'alliage haute entropie peut présenter la formule suivante : Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀ ;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante: Fe₈₀-_xMn_xCo₁₀Cr₁₀, avec x compris entre 25 et 79% atomique, et de préférence x compris entre 25 et 45% atomique;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante : Fe_aMn_bNi_eCo_cCr_d dans laquelle a, b, c, d et e sont compris entre 1 et 55 % atomique ;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante Fe₂₀Mn₂₀Ni₂₀Co₂₀Cr₂₀ ;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante Fe₄₀Mn₂₇Ni₂₆Co₅Cr₂ ;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante : Ta_aNb_bHf_cZr_dCr_e dans laquelle a, b, c, d et e sont compris entre 1 et 55 % atomique;
• l'alliage haute entropie peut en particulier répondre à la formule suivante Ta₂₀Nb₂₀Hf₂₀Zr₂₀Ti₂₀ ;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante : Al_aLi_bMg_cSc_dTi_e dans laquelle a, b, c, d et e sont compris entre 1 et 55 % atomique ;
• l'alliage haute entropie peut en particulier répondre à la formule suivante Al₂₀Li₂₀Mg₁₀Sc₂₀Ti₃₀ ;
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante : Al_aCo_bCr_cCu_dFe_eNi_f dans laquelle a, b, c, d, e et f sont compris entre 1 et 55 % atomique.
• l'alliage haute entropie peut répondre à la formule suivante Cr_18.2Fe_18.2Co_18.2Ni_18.2Cu_18.2Al_9.0

[0008] Avantageusement, l'alliage haute entropie peut comporter un ou plusieurs éléments interstitiels parmi les suivants : C, N, B. Ces éléments interstitiels permettent d'augmenter encore la résistance mécanique de l'alliage.

[0009] Avantageusement, l'alliage haute entropie peut comporter un ou plusieurs éléments de durcissement structural parmi les suivants :Ti, Al, Be, Nb, de préférence dans une concentration massique comprise entre 0.1 et 3%.

[0010] Selon différents modes de réalisation, le composant horloger peut être un des suivants: un ressort, un ressort de barillet, un ressort sautoir, une cheville, un plateau, une ancre, une tige, une baguette d'ancre, une fourchette d'ancre, une roue, une roue d'échappement, un arbre, un pignon, une masse oscillante, une tige de remontoir, une couronne, une boite de montre, un maillon de bracelet, une lunette de montre, un fermoir de bracelet.

[0011] Un deuxième aspect de l'invention concerne également l'utilisation d'un alliage haute entropie pour fabriquer un composant horloger, l'alliage haute entropie comportant entre 4 et 13 éléments principaux formant une unique solution solide, l'alliage présentant une concentration en chaque élément principal comprise entre 1 et 55 % atomique.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0012] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée suivante des modes de réalisation préférés, présentés à titre d'exemple non limitatifs en référence aux figures annexées, parmi lesquelles:

• la figure 1 représente schématiquement un ressort de barillet selon un mode de réalisation de l'invention ;
• la figure 2 représente schématiquement les étapes d'un procédé de fabrication d'un ressort de barillet selon un mode de réalisation de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0013] La figure 1 représente un ressort de barillet 1 selon un mode de réalisation. Ce ressort de barillet 1 est réalisé dans un alliage haute entropie.

[0014] Dans un tel alliage haute entropie, l'entropie de mélange est élevée et elle rend thermodynamiquement plus stable la phase unique que le mélange de plusieurs phases.

[0015] Le ressort de barillet est de préférence réalisé dans l'alliage haute entropie décrit dans la publication "Metastable high-entropy dual-phase alloys overcome the strength-ductility trade-off", Zhiming Li et al, Nature 534, 227-230 (09 June 2016). Cet alliage haute entropie présente la formule suivante: Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀. x est de préférence compris entre 25 et 79% atomique.

[0016] Plus précisément, selon un premier mode de réalisation, le ressort de barillet peut être réalisé dans un alliage Fe₃₅Mn₄₅Co₁₀Cr₁₀. Le ressort de barillet ainsi réalisé présente l'avantage de combiner une haute limite à la rupture et une grande ductilité.

[0017] Selon un deuxième mode de réalisation, le ressort de barillet peut être réalisé dans un alliage Fe₄₀Mn₄₀Co₁₀Cr₁₀. Le ressort ainsi réalisé présente l'avantage d'avoir une grande résistance à la rupture et une grande ductilité. Il fonctionne en outre suivant un mécanisme TWIP (« twinning induced plasticity »).

[0018] Selon un troisième mode de réalisation, le ressort de barillet peut être réalisé dans un alliage Fe₄₅Mn₃₅Co₁₀Cr₁₀. Le ressort de barillet ainsi réalisé présente l'avantage d'avoir encore une plus grande résistance à la rupture et une plus grande ductilité. Il fonctionne en outre suivant un mécanisme TRIP (« transformation induced plasticity »).

[0019] Selon un quatrième mode de réalisation, le ressort de barillet peut être réalisé dans un alliage Fe₅₀Mn₃₀Co₁₀Cr₁₀. Le ressort de barillet ainsi réalisé présente l'avantage d'avoir encore une plus grande résistance à la rupture et une plus grande ductilité. Il fonctionne selon un mécanisme TRIP avec l'apparition de deux phases, cfc et hc, par un mécanisme de mâclage.

[0020] L'invention n'est pas limitée à la fabrication d'un ressort de barillet. En effet, d'autres composants horlogers pourraient être fabriqués dans l'alliage haute entropie Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀, comme un ressort, une tige, une cheville, un balancier, un axe, un plateau, une ancre, une baguette d'ancre, une fourchette d'ancre, une roue d'échappement, un arbre, un pignon, une masse oscillante, une tige de remontoir, une couronne, un ressort sautoir, une boite de montre, un maillon de bracelet, une lunette de montre, un fermoir de bracelet...

[0021] La figure 2 représente schématiquement les étapes d'un procédé de fabrication du ressort de barillet de la figure 1.

[0022] Ce procédé comporte une première étape 101 de fabrication d'un lingot en alliage haute entropie. Pour ce faire, on mélange les éléments sous forme pure ou en préalliage, puis ils sont fusionnés et l'ensemble est coulé pour former un lingot.

[0023] Le procédé comporte ensuite une étape 102 de forgeage à chaud du lingot.

[0024] Le procédé comporte ensuite une étape 103 de laminage à chaud.

[0025] Le procédé comporte ensuite une étape 104 de laminage à froid.

[0026] Le procédé comporte ensuite une étape 105 de tréfilage.

[0027] Le procédé comporte ensuite une étape 106 de laminage à froid.

[0028] Naturellement l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.

[0029] Ainsi, dans les exemples précédents, l'alliage Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀ a été utilisé. Toutefois, d'autres alliages haute entropie pourraient être utilisés, comme par exemple :

• Fe₂Mn₂₀Ni₂₀Co₂₀Cr₂₀,
• Fe₄₀Mn₂₇Ni₂₆Co₅Cr₂,
• Ta₂₀Nb₂₀Hf₂₀Zr₂₀Ti₂₀,
• Al₂₀Li₂₀Mg₁₀Sc₂₀Ti₃₀,
• Cr_18.2Fe_18.2Co_18.2Ni_18.2Cu_18.2Al_9.0.

Revendications

1. Composant horloger comportant un alliage haute entropie, l'alliage haute entropie comportant entre 4 et 13 éléments principaux formant une unique solution solide, l'alliage haute entropie présentant une concentration en chaque élément principal comprise entre 1 et 55 % atomique.

2. Composant horloger selon la revendication précédente, dans lequel l'alliage haute entropie répond à la formule suivante : Fe_aMn_bCo_cCr_d avec a, b, c et d compris entre 1 et 55 % atomique.

3. Composant horloger selon la revendication 1, dans lequel l'alliage haute entropie répond à la formule suivante: Fe_80-xMn_xCo₁₀Cr₁₀, avec x compris entre 25 et 79% atomique, et de préférence x compris entre 25 et 45% atomique.

4. Composant horloger selon la revendication 1, dans lequel l'alliage haute entropie répond à la formule suivante: Fe_aMn_bNi_eCo_cCr_d dans laquelle a, b, c, d et e sont compris entre 1 et 55 % atomique.

5. Composant horloger selon la revendication 1, dans lequel l'alliage haute entropie répond à la formule suivante: Ta_aNb_bHf_cZr_dCr_e dans laquelle a, b, c, d et e sont compris entre 1 et 55 % atomique.

6. Composant horloger selon la revendication 1, dans lequel l'alliage haute entropie répond à la formule suivante : Al_aLi_bMg_cSc_dTi_e dans laquelle a, b, c, d et e sont compris entre 1 et 55 % atomique.

7. Composant horloger selon la revendication 1, dans lequel l'alliage haute entropie répond à la formule suivante : Al_aCo_bCr_cCu_dFe_eNi_f dans laquelle a, b, c, d, e et f sont compris entre 1 et 55 % atomique.

8. Composant horloger selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'alliage haute entropie comporte un ou plusieurs éléments interstitiels parmi les suivants : C, N, B.

9. Composant horloger selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'alliage haute entropie comporte un ou plusieurs éléments de durcissement structural parmi les suivants :Ti, Al, Be, Nb.

10. Utilisation d'un alliage haute entropie pour fabriquer un composant horloger, l'alliage haute entropie comportant entre 4 et 13 éléments principaux formant une unique solution solide, l'alliage présentant une concentration en chaque élément principal comprise entre 1 et 55 % atomique.

Dessins