游丝恐怕还是合金的好

名表新闻 15天前 (19-05-22) 1350 次浏览 7 次评论

游丝就是机械表的心脏,而这个看似简单的钟表零件,世界上却仅有屈指可算的数间厂商有能力打造。从1675年惠更斯发明游丝以来,随着科技进步,现代游丝已发展出合金游丝 硅游丝 碳纤维游丝等多种材质,但仔细研究下来,我觉得还是合金游丝更好!

合金游丝前史

钟表工艺技术上对于游丝的基本要求为:具有稳定的弹性特性。较少的弹性迟滞现象。较小的温度系数(热弹性系数)。良好的防磁性能和抗蚀性能。螺距相等。游丝的重心应尽量与几何中心一致。

钢游丝

早期的游丝因为受限于科技与制作技术,大多以钢材打造而成,容易锈蚀与受磁。钢具有相对大的弹性模量热系数。也就是说,它的“弹性”随温度而变化,其杨氏模量随之减小(弹性)。温度升高对钢游丝的总效应会降低手表的速度(每日速度较慢)。钢也受到磁场的强烈影响,导致失真和磁化,从而严重影响精度。

Charles Edouard Guillaume

1896年法国物理学家Charles Edouard Guillaume发现了一种奇妙的合金,在室温附近很宽的温度范围内,获得接近零的膨胀系数,这种合金的组成是64%的Fe和36%的Ni,名字叫因瓦合金(invar),意思是体积不变---神奇的一点是到现在为止,因瓦合金的物理原理仍无定论。

Charles Guillaume继续研究,于1919年发明埃林瓦(elinvar)合金,不单单不膨胀,其热弹性系数为零(即在很宽的温度范围内杨氏模量恒定),“埃林瓦合金”的成分为33-35%镍,53-61%铁,4-5%铬,1-3%钨,0.5-2%锰,0.5-2%硅,0.5-2%碳。

这个卓越的合金对科学进步的贡献如此之大,致使Guilaume为此获得1920年的诺贝尔奖。在历史上他是第一位也是唯一的冶金科学家获此殊荣。

Elinvar合金中铬减少了其他两种(铁)金属对磁化的敏感性,合金的弹性随温度变化很小。这使得精确的手表成为可能,并首次为手表提供“抗磁”特性。

尽管有其所有技术优势,但Elinvar材料有一个主要缺点:与钢制游丝相比,Elinvar合金游丝缺乏硬度。

绝对垄断的NIVAROX游丝

Straumann博士

改良合金Nivarox于1933年左右出现,由HC Reinhard Straumann博士发明,由约45%钴,20%镍,20%铬,5%铁和较小百分比的钛和铍组成。Nivarox具有温度稳定性(温度系数0.5秒/°C,24小时内),高弹性,优于Elinvar合金的防磁性和防锈性能。顺便说一句,Nivarox这个名字的意思是“不可变,非氧化”,在这种材料的基础上,Straumann博士于1934年在St. Imier镇创办了Nivarox SA游丝工厂。

Nivarox-FAR

1950 年起,Nivarox 游丝开始取代以往的以Invar、Elinvar 合金游丝,作为天文台机芯或是高级机芯的游丝材质。

上世纪八十年代,经历过石英危机后,瑞士制表业大整合,Nivarox SA跟另一家机芯微型零件合并为Nivarox-FAR,成为斯沃琪集团的核心企业;

Nivarox合金冶炼

在石英危机之前,瑞士制表业社会大分工,没有一家垂直整合的企业,所以,直到斯沃琪集团成立时,Nivarox-FAR都是采购西德某冶金公司的Nivarox合金,老海耶克整合了斯沃琪集团,拥有了ETA机芯厂,Nivarox游丝厂,等于拥有了整个瑞士制表业的基础设施,他当然不愿被人扼住喉咙,下令要求Nivarox-FAR一定要能自己冶炼出Nivarox合金给自家使用,幸而达到了目标,现在Nivarox自己炼钢,自己盘游丝,然后出售给全行业客户。

Nivarox拉丝

时至今日,90%以上的瑞士手表都采用Nivarox-FAR出品的Nivarox合金游丝,不过依然有等级之分,Nivarox 的型号共分为Nivarox 1 到Nivarox 5,而Nivarox 1 自然是最优等级,用于天文台等级的表款。

创新劳力士Parachrom Blu蓝铌游丝

80年代瑞士钟表业复兴以来,劳力士就开始逐步整合生产,提高自身供应链水平,而此时,斯沃琪集团的Nivarox游丝居于绝对垄断地位,劳力士的机芯都装着Nivarox游丝,这绝对是一个大隐患,另外Nivarox合金游丝总归都是铁磁性元素组成,你拿个磁铁靠近,游丝就会磁化,这也是技术上的bug;

师可忍,劳叔不能忍!

记得看电影【闻香识女人】,上校说到‘现在我已经经历过无数的人生十字路口,而且我一向知道哪条是正途。没有一个例外,我都知道,但是我从来不走,你知道为什么吗?它太他妈难了。

突破行业用惯的Nivarox合金弊病,研发新的合金游丝这条道路,无疑是正途,也是最艰难的正途,这行业只有劳力士有勇气去探索这条道路,这也是我越来越佩服劳力士的原因之一。

几十年来苏联也好,中国也好,法国也好,日本也好,都独立研发出了自家的因瓦合金,但都是基于铁镍系合金,只是添加的微量元素各家有各家的高招;江湖传言,劳力士直接挖了Nivarox厂一位冶金专家,从顺磁性有色金属材料入手,选择了铌系合金!

了解冶金的人都知道,没有完善理论支持的合金,就知道想要的性质,去研发配制就跟炼金术差不多,铌锆合金是60年代发明的,主要用于高温核反应堆包套材料,常规配比都是99%铌+1%锆,而劳力士对外宣传的PR稿声称新游丝由85%铌和15%锆制成,这种配比也是以前冶金行业没有的标号,实际上还有V Ta Ti Hf以及极其微量的O元素,7个元素变量组合,你就今天增加1%的某个元素烧一炉,然后全套测试各种性能是否符合,明天再调整一下,再烧一炉-----嗯,你还得琢磨生产工艺呢,电化学氧化一下呢,还是加热充点氧?并不是所有元素配比合适了一起烧就行了,补充一下,铌金属60万元/吨,想想天文数字般的实验次数,是不是很玄?

经过多年测试,Rolex于2000年发明了独特配比的铌锆合金“Parachrom”,具有极低膨胀系数,杨氏模量不随温度变化,极强的耐腐蚀性,当然啦,顺磁性元素组成,自然天然就具有抗磁性能!另外具有更大的柔韧性,导致游丝的抗冲击性提高十倍。

Parachrom游丝经过处理增加一层氧化物后,其稳定性会更好,2005年,Parachrom游丝变成了蓝色,变成了著名的Parachrom Blu蓝铌游丝。这里我要揭发一下劳力士的小心思,这种阳极处理氧化层厚度可控,厚度不同,颜色就不同,可以做成黄色,也可以做成红色的,鉴于传统钟表行业对所谓矢车菊蓝的迷恋,Rolex选择做成了蓝色!

Parachrom游丝给整个行业打开了思路,大家恍然大悟:原来除了铁镍系合金,铌系合金也有因瓦效应啊!

Sistem51

Nivachron合金游丝

新闻稿中宣称是斯沃琪集团和爱彼合作研发的新型合金游丝,其实不关爱彼啥事,爱彼没有冶金人才储备,就是Nivarox-FAR厂自己研发的铌钛合金游丝,铌大概55%,钛为45.0%,还有O,H,C,Fe,Ta,N,Ni,Si,Cu,Al等组分。

因为劳力士把斯沃琪集团当宝贝捧得硅游丝用在Rolex女表和帝舵表上,斯沃琪集团这回对着干,把劳力士至宝的铌合金游丝用在新发布的最低端品牌斯沃琪上---第一款使用Nivachron游丝的将会是SWATCH的Sistem51腕表!据说2019年2月就会登场。

Moser的PE5000合金游丝

2016年,Precision Engineering AG联手兄弟公司亨利慕时,推出全新合金 :PE5000。这种以铌和钛共同制成的PE5000合金,材质同时具有抗震性和顺磁特性,作为 Precision Engineering 公司的首个客户,亨利慕时率先应用了其铌-钛合金游丝。这里我只补充一句,Nivarox发明人的孙子在Precision Engineering AG上班!

至于其他家所谓能自产合金游丝的品牌,你就当他们能拉丝就成。比如朗格,据说是找了西德原来的Nivarox合金供应商高价买了点合金,回来在积家帮助下拉出来一些游丝,能用,但是贵,比如斯沃琪集团Nivarox游丝卖10美金,朗格自产游丝要100美金,所以朗格现在基本还是采购斯沃琪的游丝。

硅游丝

瑞士钟表行业在70年代石英危机时,团结起来共同研发了石英机芯,虽说这个机芯不长命,但是品牌联合研发共同体却延续下来了,这就是现在的瑞士电子和微技术中心(CSEM),制表行业中,斯沃琪集团,劳力士集团,百达翡丽为其董事会成员。上世纪九十年代起,三大巨头共同开始研发硅材质游丝。

1. 顺磁性;硅游丝腕表天然防磁;

这也是为啥欧米茄换成硅游丝没多久后,就升级成至臻防磁机芯,全线能抵抗15000高斯的磁场。主要功劳在于硅游丝;

2. 易于大规模批量制造;

硅游丝的生产加工工艺全是微电子那一套,就是硅片上直接掩模光刻,工艺都是现成的,也不用多先进的制程,就能达到很高产量,这一点比合金游丝强百倍。

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