表壳和将管件固定于表壳的方法

专利名称：表壳和将管件固定于表壳的方法
技术领域：
本发明涉及一种表壳以及将一管件固定于表壳的方法。更具体地说，本发明涉及一种钛制或不锈钢制的表壳和将一管件固定于该壳体的方法，并涉及一种具有简化结构的表壳和将一管件固定于该壳体的方法，这种表壳能呈现长期的管件固定性能、耐腐蚀性和防水可靠性。
背景技术：
钛或不锈钢是用来制造表壳的主要材料。特别是近年来，将钛和钛合金用于手表的外侧部件的情况越来越多，这种材料在耐腐蚀、强度、轻巧性和生物适应性方面呈现出极佳的特性。
例如，可以将上述的钛或不锈钢用作制造表壳或固定装配于表壳的柄轴(stem)管件的材料。目前，具有钛或不锈钢管件的表壳以及将管件固定于表壳的方法已经成为主流，这从手表长期使用的角度来看是非常重要的。
具体地说，当要把一管件固定于一表壳时，通常需要这样一个步骤，即，在表壳一侧的所需位置上制造一通孔，使其作为供一柄轴通过的制备孔。就这一柄轴孔而言，例如在把配备有O形圈的柄轴设定和固定时，在O形圈与表壳的交界处需要达到并维持理想的空气密封度。
当把钛、钛合金或不锈钢作为表壳材料时，可借助例如钻头之类的工具在由这种材料制成的表壳上形成一通孔，但这样经常会导致圆整度恶化，而且由于材料的可机加工性能较差，不能获得平滑的锻压面。
因此，为了防止由于圆整度恶化和锻压面的平滑度恶化而导致密封性下降以及管件的固定强度下降，需要提供这样一种方法，其能提供一种精度高于表壳上的通孔的管件，并通过某些手段将该管件固定于壳体。
例如，为了提高尺寸精度，对钛表壳而言，通常把例如Ti-6Al-4V之类的钛合金来用作高强度易切削的管件材料，对不锈钢表壳而言，通常把例如含有微量硫成分的易切削不锈钢用作高强度易切削材料的管件材料。
另外，当要把一分开制造的管件固定于表壳通孔时，通常是采用这样一种方法，即，使管件的外径大于表壳通孔的直径，并将管件压配在所述通孔内从而获得固定。例如，参见

图16，通孔41a系借助钻头形成在钛制表壳41的一所需位置上。该通孔可供插入一柄轴，该柄轴联接于手表主体(即已知的表芯)。一般通孔的直径为大约2mm。该通孔形成在表壳侧部的3点钟位置。随后，制造一外径略大于通孔直径的钛合金管件42，并将其压配进入所述通孔。
然而，即使将上述的钛合金或易切削不锈钢用作表壳材料，对制造通孔的材料进行钻削加工也通常会伴随着由于焊接或类似原因而造成的加工精度极端恶化，并进一步伴随由于表壳的非必要扁平结构而造成的通孔圆整度的下降。
如上所述，由于管件圆周和表壳通孔圆周的圆整度以及它们的表面粗糙度的缘故，在该方法中，管件的固定仅通过上述的压配工艺来进行，由于按照表壳41的通孔41a与管件42外径的组合会造成尺寸精度偏差的影响，因而在表壳41与管件42之间存在一界面。另外，在通过压配压入的界面处，即使在发生了局部塑性变形之后，也会有一微小的间隙。于是会导致这样的问题，即，不能获得一稳定的管件固定强度，并且防水密封性能较差。
因此，在这种现有技术中，要通过围绕间隙施加粘合剂43来确保防水性，在施加了粘合剂之后，在特定温度下加热以使其干燥和固定。
然而，粘合剂经常是由有机材料构成，很可能在长期使用之后变得恶化。因此，不能在长时期内稳定地保持一定的管件固定强度，并且很难在长时期内确保防水性。此外，借助粘合剂进行的密封会呈现很高的蒸汽渗透性，因而使防水汽的性能变差。
在其它将管件固定于表壳的方法中，已有人尝试过利用焊接的固定方法。在此方法中，在管件的圆周上设置一凸起，并有选择地使其熔化并结合于表壳。
然而，这种方法会导致这样的问题，即，由于要在管件上提供一凸起，因而会增加管件的尺寸，于是在普通尺寸的手表中一般不能采用该方法，而且必然会使成本升高。此外，当不能使管件上的凸起均匀地沿其圆周与表壳接触时，会导致焊接用电流不能均匀地流动，从而使焊接作业变得困难。
还有，在其它管件固定方法中，已有人尝试过用钎焊来进行。在此固定方法中，首先在表壳侧面的一个所需的位置上形成一个用于插入柄轴的通孔。另外分开制造一个精度高于该通孔的管件。例如，将一银焊材料(日本工业标准(JIS)BAg-8(熔点780℃)或类似物)施加在通孔的内表面上或管件的外表面上，将管件装配到通孔中。随后，在一电炉或真空炉内进行加热，加热的温度高于钎焊材料的熔点，藉以使钎焊材料熔化而实施通孔与管件的钎焊结合。在该方法中，熔化的钎焊材料流入通孔与管件之间的空隙，并冷却和凝固。因此，可以在确保气密性的都实现管件的固定。也就是说，钎焊材料在被加热时是液态的，只要确保有理想的润湿性，就可以很理想地渗入通孔与管件之间的空隙，从而实现良好的防水密封性。
然而，该方法会导致这样的问题当例如采用银钎焊材料时，银钎焊材料通常是由含有高比例的铜的材料构成，这样就会在对手表进行耐腐蚀测试(例如人造汗液测试)时不能获得理想的结果。
此外，近年来，采用Ti-Cu-Ni来作为钛构件的钎焊材料，其中铜的成分被减少。这种钎焊材料的熔点是在钛的临界转变点附近，因而其缺陷在于，例如对在钎焊之前已进行镜面加工的钛表壳而言，在钎焊时会使表面状况发生变化。特别是，钛晶体在常温下具有六边形最密堆积结构，但在临界转变点882℃或更高温度时会呈现体心立方结构。因此，在临界转变点或更高温度进行加热会导致钛晶体变得粗大。因此，当在制造表壳的过程中包括一个在超过临界转变点的温度上进行操作(例如将一管件固定于表壳)的步骤时，会由于这种晶体变换而导致表面状况发生变化。
手表还具有装饰功能，因而对表面状况而言有各种各样的要求，例如镜面、细纹(hairline)、金属表面磨光和无光泽加工(毛面加工)。因此，在制造手表的过程中，不希望在固定管件时改变表面状况。若要对表壳重新抛光会招致这样的问题，即，使加工工艺变得复杂，从而失去实用性。
另一方面，对不锈钢而言，通常是在450-805℃，特别是在600-850℃的范围内进行加热，这样会在晶粒间界上造成碳化铬沉淀。在已经形成碳化铬的各部分上，具有高耐腐蚀性的氧化铬会处于无效状态。因此，已经知道，所述的这些部分会局部呈现很差的耐腐蚀性，从而容易造成腐蚀。这就是已知的敏化(sensitization)现象。因此，当要采用不锈钢时，必须避免在落入上述温度范围内的温度进行加热。
本发明正是为解决上述现有技术所存在的问题而作出的。本发明的主要目的在于，提供一种表壳和用于将管件固定于这种表壳的方法，所述表壳具有极佳的防水性能和耐腐蚀性，并对管件固定呈现长期的可靠性。

发明内容
本申请的发明人为解决上述问题而作了广泛而深入细致的研究。于是发现，可以通过这样一种表壳和将管件固定于表壳的方法来获得一种具有极佳防水性能和耐腐蚀性并具有长期可靠性的表壳，即，其中管件结合并固定于表壳的一个所需位置，并且消除了表壳与管件之间的连接界面。本发明(本发明的第一方面)正是基于这种发现而作出的。
本申请的发明人还发现，可以通过这样一种表壳和将管件固定于表壳的方法来获得一种具有极佳防水性能和耐腐蚀性并具有长期可靠性的表壳，即，其中管件通过一特别的扩散层结合到表壳。本发明(本发明的第二方面)正是基于这种发现而作出的。
特别是，本发明具有如下特性。
(本发明的第一方面)按照本发明的第一方面，提供了一种表壳，其具有一与其相结合和固定的管件，所述表壳和管件基本上没有连接界面。
较佳的是，所述表壳包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料。还有较佳的是，所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料。
所述表壳和管件可以都包括不锈钢。
根据本发明的将管件固定于表壳的方法包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即管件外径减去通孔直径)大于0mm；以及在压配之后对所述表壳进行加热。
所述压配重合宽度是在0.01-0.05mm的范围内，较佳的是在0.015-0.03mm的范围内。
较佳的是，所述通孔的直径和所述管件的外径均呈现0.01mm或更小的圆整度。
较佳的是，所述通孔内表面的最大表面粗糙度(Rmax1)为5μm或更小，和/或管件的外径部分的最大表面粗糙度(Rmax2)为5μm或更小。
当表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，而管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料时，较佳的是，在加热步骤中，是在600-850℃，特别是在700-800℃的温度下进行加热。
在加热步骤中，加热的时间是5分钟或更长，特别可以是30分钟-1小时。
当所述表壳和管件都包括不锈钢时，在所述加热步骤中，在600-900℃的温度下进行加热。在此加热步骤中，加热的时间为10分钟-1小时。
采用上述的根据本发明第一方面的将一管件固定于一表壳的方法可以实现钛、钛合金或不锈钢的固相结合。在固相结合时，会使钛、钛合金或不锈钢中的天然氧化膜(氧)固溶，从而消除插入的界面，实现理想的结合。
当钛和不锈钢处于空气中时，其表面的活性元素会与空气中的氧相结合而形成一个从表面起有大约10埃的薄氧化膜。这就是所谓的“天然氧化膜”。虽然出现这样的氧化膜可能会妨碍所需的结合，但在采用钛或不锈钢的情况下，按照金属的类型，在固相结合时，氧会固溶在金属中，特别是钛，这样就可以实现所需的固相结合。
由于管件和表壳结合成一体，因而不再需要常见的用来补强的粘合剂。因此，不会随时间的流逝而发生任何变化，可以确保管件固定的长期可靠。还有，可以显著地加强防水密封性。另外，在表壳和管件之间没有介入物质，因而在耐腐蚀性方面也不会有问题。
在本发明的第一方面中，压配重合宽度是指管件外径减去通孔直径(管件外径—通孔直径)所获的数值。
另外，在本发明的第一方面中，针对通孔直径所用的术语“圆整度”是指，在通孔的一个截面上，沿任意一个X方向测得的直径与沿垂直于此的一个Y方向测得的直径之差。同样的，针对管件直径所用的术语“圆整度”是指，在管件的一个截面上，沿任意一个X方向测得的管件外径与沿垂直于此的一个Y方向测得的管件外径之差。作为本发明的一个特性，上述的圆整度是针对通孔或管件的任选圆整度值中的最大值。
还有，在本发明的第一方面中，通孔内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。
上述的圆整度可以借助一投影器(projector)或通过一测量显微镜来测量。还有，通孔内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测量仪来测量。
(本发明的第二方面)按照本发明的第二方面，提供了一种具有一管件的表壳，所述表壳和所述管件通过一扩散层相互结合和固定。
较佳的是，所述表壳包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料，所述扩散层包括一通过固相扩散形成的层，所述扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种金属。还有较佳的是，所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，所述扩散层包括一通过固相扩散形成的层，所述扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种金属。
所述表壳和管件可以都包括不锈钢，所述扩散层包括一通过固相扩散形成的层，所述扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种金属。
较佳的是，所述扩散层的厚度为1-100μm。
按照本发明第二方面的一种将管件固定于表壳的方法包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一在其表面具有一金属涂层的管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即在其表面具有一金属涂层的管件外径减去通孔直径)不小于0mm；以及在压配之后在真空或还原气氛中对所述表壳进行加热。
按照本发明第二方面的一种将管件固定于表壳的方法包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一在其表面具有一金属涂层的管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即在其表面具有一金属涂层的管件外径减去通孔直径)不小于0mm；在所述管件表面的除了那些使表壳与涂敷金属的管件相接触的部分以外的部分上，去除金属涂层；以及在压配之后在真空或还原气氛中对所述表壳进行加热。
在本发明的第二方面中，所述压配重合宽度是在0-0.05mm的范围内，特别是可以在0.01-0.03mm的范围内。
较佳的是，所述通孔的直径和所述在其表面具有一金属涂层的管件的外径均呈现0.01mm或更小的圆整度。
另外，较佳的是，所述通孔内表面的最大表面粗糙度(Rmax3)为5μm或更小，和/或在其表面具有一金属涂层的管件的外径部分的最大表面粗糙度(Rmax4)为5μm或更小。
当所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料时，在加热步骤中，是在600-850℃的温度下进行加热，特别是可以在700-800℃的温度下进行加热。
当所述表壳和管件都包括不锈钢时，较佳的是，在所述加热步骤中，在600-900℃的温度下进行加热。还有，在加热步骤中，较佳的是，加热的时间是10分钟-1小时。
较佳的是，所述金属涂层包括选自于Cu、Ni、Al、Au、Pt、Pd和Ag中的一种金属，或它们组合而成的一种合金，并具有0.1-20μm的厚度。
在上述按照本发明第二方面的将一管件固定于一表壳的方法中，通过将镀敷有金属涂层的管件压配到设置在表壳中的通孔内，可以使镀敷的涂层在表壳与管件的连接界面上呈塑性流动，从而能将各种缝隙填满到一定的程度。另外，金属涂层能以一种被压低的状态设置于其间。随后，通过在一给定温度下在真空或其它条件下进行加热，就可以在表壳、金属涂层和管件之间实现元素级别的固相扩散，从而使表壳和管件通过一扩散层相互结合。也就是说，在连接界面上形成有一个扩散层，该扩散层包含构成表壳、管件和金属涂层的元素。该扩散层可填满周围的微小间隙，因此，通过固相扩散，不但可以在连接界面处呈现极佳的防水性能，而且可以抑制随时间流逝而造成的结合方面的变化，从而能确保管件固定的长期可靠性。
如上所述，在本发明的第二方面中，压配重合宽度是指表面涂覆有金属涂层的管件的外径减去通孔直径(表面涂覆有金属涂层的管件的外径—通孔直径)所获的数值。
另外，在本发明的第二方面中，针对通孔所用的术语“圆整度”是指，在通孔的一个截面上，沿任意一个X方向测得的直径与沿垂直于此的一个Y方向测得的直径之差。同样的，针对表面涂覆有金属涂层的管件外径所用的术语“圆整度”是指，在管件的一个截面上，沿任意一个X方向测得的表面涂覆有金属涂层的管件外径与沿垂直于此的一个Y方向测得的表面涂覆有金属涂层的管件外径之差。作为本发明的一个特性，上述的圆整度是针对通孔或管件的任选圆整度值中的最大值。
还有，在本发明的第二方面中，通孔内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。
图6是表壳的管件压配部分的横截面的SEM成像照片(压配重合宽度0.03mm)，示出了根据本发明第一方面的一种加工模式；图7是图6中所指出的A部分的放大部分的SEM成像照片；图8是一曲线图，示出了按照本发明第一方面制造出来的表壳在压配重合宽度、管件固定强度、防水密封性能之间的相互关系；图9是一曲线图，示出了按照本发明第一方面制造出来的表壳在热处理温度和管件固定强度之间的关系；图10是一曲线图，示出了按照本发明第一方面制造出来的表壳在热处理时间和管件固定强度之间的关系；图11是借助按照本发明第二方面的一种加工模式将管件固定于表壳的方法制造出来的一管件固定部分的剖视图；图12是借助按照本发明的另一种加工模式的将管件固定于表壳的方法制造出来的一管件固定部分的剖视图；图13是按照本发明一种加工模式的一部分钛|钛铜(TiCu)扩散层|钛合金的界面结合部分的SEM成像照片；图14是一曲线图，示出了压配重合宽度、管件固定强度、进行或不进行真空热处理以及防水性测试的各项结果之间的相互关系；
图15是一曲线图，示出了Cu涂层的厚度、管件强度、以及由于固相结合而形成的扩散层的厚度之间的相互关系；图16是按照现有技术的表壳的剖视图。
用于本发明的表壳和管件可以包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢的材料。用于表壳的材料和用于管件的材料可以独立地选择，这两种材料可以相同也可以不相同。然而，较佳的是，表壳和管件由相同类型的金属构成，例如都是由钛金属(如纯钛或钛合金)或不锈钢构成。在采用钛金属时，特别有利的是，表壳和管件都是由纯钛或一种钛合金构成。然而，可以采用不同类型金属的组合，例如，可以采用钛与不锈钢的组合，或者是钛合金与不锈钢的组合。
下面将描述按照本发明第一方面的将管件固定于表壳的方法的各步骤。
按照本发明第一方面的将管件固定于表壳的方法包括如下步骤提供一具有一通孔的表壳；将一管件压配进入所述通孔，所述管件在所述通孔中所呈现的通孔/管件的压配重合宽度(即，管件的外径减去通孔的直径)大于0mm；以及在压配之后对表壳进行加热。
下面将结合图1来详细描述该方法。表壳11的侧面钻设有一个供插入管件15的通孔13。在钻孔之后需进行扩孔(reaming)以去除毛刺。管件15是单独切削而成的。管件15是这样制造的，即，管件15的外径略大于表壳11的通孔13的直径，从而获得一个大于0mm的压配重合宽度。将这样制造的管件15压入通孔13即可实现装配。
较佳的是，上述的压配重合宽度是在0.01-0.05mm之间，特别是在0.015-0.03mm之间。
当压配重合宽度落在上述范围内时，通孔和管件可以通过固相结合的方式相互结合，不会留下任何连接界面。因此，不但可以确保极佳的防水密封性能，而且可以获得极佳的管件固定强度。另外，可以呈现极佳的对人造汗液等的耐腐蚀性。特别是，当压配重合宽度落在0.015-0.03mm中时，可以有效地抑制通孔和管件的尺寸偏差的影响，有利于进行压配。
另一方面，当压配重合宽度小于0.01mm时，即使在管件和表壳固相结合之后，也会在表壳通孔与管件之间形成一连接界面，但由此不能获得理想的防水性能和管件固定强度。另外，当压配宽度大于0.05mm时，管件可能会由于压配而变形，管件内径的尺寸变化相当大。
通常是在于表壳上钻设通孔之后进行扩孔修边。较佳的是，通过扩孔获得的通孔直径的圆整度为0.01mm或更小，特别是0.005mm或更小。就此而言，一个整圆的圆整度为0mm。
就管件的外径而言，其(圆整度)偏差也最好是比较小的。因此，较佳的是，管件外径的圆整度为0.01mm或更小，特别是0.005mm或更小。就此而言，一个整圆的圆整度为0mm。
较佳的是，在通孔内表面上的表面粗糙度的最大值(Rmax1)为5μm或更小，较佳的是3μm或更小，和/或管件外径部分的表面粗糙度的最大值(Rmax2)为5μm或更小，较佳的是3μm或更小。
当通孔内表面或管件外径的圆整度大于0.01mm时，或者当通孔的表面粗糙度的最大值(Rmax1)和/或管件外径部分的表面粗糙度的最大值大于5μm时，即使在固相扩散结合之后，表壳与管件之间的连接界面也不会消失，但由此不能获得很高的防水性能和管件固定强度。
当表壳由选自于纯钛和钛合金的材料构成，并且管件由选自于纯钛和钛合金的材料构成时，较佳的是，在加热步骤中，在600-850℃特别是700-800℃的温度下进行加热。另外，在加热步骤中，较佳的是，加热进行5分钟或更长，特别是进行30分钟-1小时。
当加热温度低于600℃时，不能获得较高的管件固定强度。另一方面，当加热温度高于850℃时，表壳可能在镜面抛光之后发生雾化。特别是在超过钛的临界转变温度(即882℃)的情况下，这种趋势会加强。
通过在上述的温度范围内加热5分钟或更长时间，可以获得极佳的管件固定强度。
另一方面，当表壳和管件都是由不锈钢构成时，较佳的是，在加热步骤中，在600-900℃特别是700-850℃的温度范围内进行加热。
在采用不锈钢的情况下，当加热温度落入上述范围时，可以维持表壳的表面状况。另外，可以获得具有极佳的管件固定强度、防水密封性能和耐腐蚀性的表壳。
当加热温度低于600℃时，固相扩散不能理想地进行，从而会导致较差的管件固定强度和较差的防水密封性能。另一方面，当加热温度超过900℃时，表壳可能在镜面抛光之后发生雾化。虽然这个较佳的加热温度范围600-900℃包括一与前述不锈钢敏化温度范围相重合的温度区域，但业已发现，在本发明中，当加热时间为1小时或更短些时，不会发生敏化，特别是不会发生会使耐腐蚀性恶化的敏化现象。可以认为这是由于非常短的加热时间所造成的。然而，当加热进行了很长一段时间之后，上述情况就不适用了。因此，较佳的是，在上述加热温度上进行10分钟-1小时的加热。
以下将描述利用钛或钛合金(加工模式A1)进行管件结合的情况，以及利用不锈钢(加工模式A2)进行管件结合的情况。
(加工模式A1)将一个钛或钛合金的管件压入一钛或钛合金的表壳内。将压配有管件的表壳放入一真空炉并在真空气氛中加热，加热温度低于钛的临界转变温度，即882℃。加热持续进行一段时间。结果是，在表壳通孔与管件之间发生了原子间扩散，从而使连接界面消失，这样就可以实现表壳与管件的相互结合。
(加工模式A2)将一个不锈钢管件压入一不锈钢表壳内。将压配有管件的表壳放入一真空炉或一具有还原性气氛的炉子，并在真空或还原性气氛中加热，加热温度不同于前述的碳化铬的沉淀温度。加热持续进行一段时间。结果是，在表壳通孔与管件之间发生了原子间扩散，从而使连接界面消失，这样就可以实现表壳与管件的相互结合。
(本发明的第二方面)按照本发明的第二方面，表壳具有一通过一扩散层固定于其上的管件。
用于本发明第二方面的表壳和管件可以由选自于纯钛、钛合金和不锈钢的材料构成。用于表壳的材料和用于管件的材料可以独立地选择，两者的材料可以相同也可以不相同。然而，较佳的是，表壳和管件由相同类型的金属构成，例如都是由钛金属(如纯钛或钛合金)或不锈钢构成。在采用钛金属时，特别有利的是，表壳和管件都是由纯钛或一种钛合金构成。然而，也可以采用不同类型金属的组合，例如，可以采用钛与不锈钢的组合，或者是钛合金与不锈钢的组合。
使由上述材料构成的表壳和管件相互结合的扩散层包括一由固相扩散材料形成的层，该扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种材料。
较佳的扩散层材料视表壳材料和管件材料组合的不同而变化。例如，当表壳和管件都是由钛或钛合金构成时，扩散层较佳地包含选自于Ti、Cu、Ni、Au和Pd中的至少两种材料，还较佳地包含选自于Ti、Cu、Ni和Au中的至少两种材料。当表壳和管件都由不锈钢构成时，扩散层较佳地包含选自于Fe、Cr、Ni、Pt、Pd和Ge中的至少两种材料，还较佳地包含选自于Fe、Cr、Ni、Pt和Pd中的至少两种材料。
较佳的是，上述扩散层的厚度为1-100μm，特别是2-10μm。
该扩散层可以这样来形成，即，在把涂覆有金属的管件压配进入表壳通孔之后，在真空或其它条件下对它们进行加热，从而在表壳、金属涂层和管件之间形成一个元素级别(element-level)的固相扩散。表壳和管件可以通过这样形成的扩散层相互结合。另外，在压配管件时，金属涂层可能会在设有金属涂层的管件和表壳通孔之间发生塑性变形，从而填满任何间隙，且在其间处于压低的状态。这样会进一步提高防水性能。
设置在管件表面上的金属涂层具有与扩散层相同的成分，包括选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种材料。
较佳的是，上述金属涂层的厚度为0.1-20μm，特别是0.5-3μm。
金属涂层可以例如通过电镀、汽相沉积、离子电镀或化学汽相沉积(CVD)等手段形成在管件表面上。
扩散层的厚度取决于设置在管件表面上的上述各种成分的金属涂层的厚度。例如，当金属涂层的厚度为0.1μm时，扩散层的厚度为1μm。当金属涂层的厚度为20μm时，扩散层的厚度约为100μm。
当金属涂层的厚度小于0.1μm，即当扩散层的厚度小于1μm时，金属涂层在压配管件时的塑性变形度可能是不理想的，因而使防水性能恶化。当金属涂层的厚度大于20μm，即当扩散层的厚度大于100μm时，管件与表壳通孔连接处的界面的结构就会变得复杂，因而形成脆弱的金属间化合物，从而趋向于降低管件的固定强度。
下面将描述按照本发明第二方面的将管件固定于表壳的方法的各步骤。
按照本发明第二方面的将管件固定于表壳的方法包括如下步骤提供一具有一通孔的表壳；将一在其表面具有金属涂层的管件压配进入所述通孔，在所述通孔中所呈现的通孔/管件的压配重合宽度(即，涂覆有金属层的管件的外径减去通孔的直径)不小于0mm；以及在压配之后在真空或还原气氛中对表壳进行加热。
另外，除了上述的三个步骤之外，按照本发明第二方面的将管件固定于表壳的方法还包括这样一个步骤，即，除了表壳与涂覆金属的管件相互接触的那些部分之外，将管件表面其余部分的金属涂层去除。当采用按照本发明第二方面的将管件固定于表壳的方法时，在管件固定之后，管件上的除了表壳与涂覆金属的管件相互接触的那些部分之外的其余部分暴露于管件表面。当金属涂层中包含例如Cu的成分时，通过在暴露的金属涂层部分处加热而进行固相扩散所形成的扩散层可以导致表面变色。因此，可以添加这样一个步骤。当添加一个从管件表面去除金属涂层的步骤时，较佳的是，从管件表面去除暴露的金属涂层的工作是在前述的热处理步骤之前进行。
对于将管件表面上的除了表壳与涂覆金属涂层的管件相互接触的部分以外的那些部分上的金属涂层去除的方法而言，例如，仅从有选择地去除金属涂层的能力来看，较佳的可采用侵蚀的方法。
在本发明的第二方面中，较佳的是，压配重合宽度(即，外表面涂覆有金属涂层的管件的外径减去通孔的直径)是在0-0.05mm的范围的，特别是在0.01-0.03mm。
当压配重合宽度落在上述范围内时，不但可以在压配管件使金属涂层发生适当的塑性变形从而填满表壳与管件之间的间隙，而且使通过在表壳、金属涂层和管件之间进行固相扩散而形成的扩散层可以填满表壳通孔与管件之间的间隙。因此，可以获得极佳的防水性能和管件固定强度。另外，可以确保对人造汗液等具有极佳的耐腐蚀性。
当压配重合宽度小于0时，很难发生有效的塑性变形，因而不能填满表壳通孔与管件之间的微小间隙。因此，不能获得理想的防水性能和管件固定强度。另一方面，当压配宽度大于0.05mm时，管件的压配可能会导致管件变形，从而可能使对管件内径尺寸变化的影响不利地变大。
通常，当在表壳上钻设通孔之后进行扩孔修边。较佳的是，扩孔修边后的通孔的直径的圆整度为0.01mm或更小，特别是0.005mm或更小。就此而言，一个整圆的圆整度为0mm。
同样地，对表面涂覆有金属涂层的管件的外径而言，其偏差最好是比较小的。因此，较佳的是，管件外径的圆整度为0.01mm或更小，特别是0.005mm或更小。就此而言，一个整圆的圆整度为0mm。
较佳的是，在通孔内表面上的表面粗糙度的最大值(Rmax3)为5μm或更小，较佳的是3μm或更小，和/或表面涂覆有金属涂层的管件(涂覆有金属涂层的管件)的外径部分的表面粗糙度的最大值(Rmax4)为5μm或更小，较佳的是3μm或更小。
当通孔内表面或涂覆有金属涂层的管件外径的圆整度大于0.01mm时，或者当通孔的表面粗糙度的最大值(Rmax3)和/或涂覆有金属涂层的管件外径部分的表面粗糙度的最大值大于5μm时，即使在金属涂层塑性变形或热处理之后，表壳与涂覆有金属涂层的管件之间的间隙也不会被完全填满，从而不能获得很高的防水性能和管件固定强度。
按照本发明的第二方面，当表壳由选自于纯钛和钛合金的材料构成，并且管件由选自于纯钛和钛合金的材料构成时，较佳的是，在加热步骤中，在600-850℃特别是700-800℃的温度下进行加热。另外，在加热步骤中，较佳的是，加热进行5分钟或更长，特别是进行30分钟-1小时。
当加热温度低于600℃时，不能理想地进行固相扩散反应，从而不能获得较高的管件固定强度，或者是会遭受较差的防水性能。另外，在结合时需要较长的时间，因而显得不实用。
另一方面，当加热温度高于850℃时，由于已经接近钛的临界转变温度，因而会使晶体结构粗大，从而发生这样一种部分的转变，即，使表面变得粗糙，进而会在表壳被镜面抛光之后发生雾化现象。因此，可能必须在短时间内完成热处理。特别是，在超过钛的临界转变温度(即882℃)的情况下，这种趋势会加强。虽然即使表面变得粗糙，也可以通过例如重新抛光而使其恢复原来状态，但这样不仅会使操作变得复杂，而且会提高成本。因此，这样并不实用。
通过在上述的温度范围内加热5分钟或更长时间，可以获得极佳的管件固定强度。
另一方面，当表壳和管件都是不锈钢构成时，较佳的是，在加热步骤中，在600-900℃，特别是700-850℃的温度范围内进行加热。
在采用不锈钢的情况下，当加热温度落入上述范围时，可以维持表壳的表面状况。另外，可以获得具有极佳的管件固定强度、防水密封性能和耐腐蚀性的表壳。
当加热温度低于600℃时，固相扩散不能理想地进行，从而会导致较差的管件固定强度和较差的防水密封性能。另一方面，当加热温度超过900℃时，表壳可能在镜面抛光之后发生雾化。虽然这个较佳的加热温度范围600-900℃包括一与前述不锈钢敏化温度范围相重合的温度区域，但业已发现，在本发明中，当加热时间为1小时或更短些时，不会发生敏化，特别是不会发生会使耐腐蚀性恶化的敏化现象。可以认为这是由于非常短的加热时间所造成的。然而，当加热进行了很长一段时间之后，上述情况就不适用了。因此，较佳的是，在上述加热温度上进行10分钟-1小时的加热。
以下将描述按照本发明的第二方面，利用钛或钛合金(加工模式B1)进行管件结合的情况，以及将金属涂层去除(加工模式B2)的管件结合情况。
(加工模式B1)下面将结合图11来描述按照本发明第二方面的加工模式。
在加工模式B1中，首先在表壳41的一个所需的位置上形成通孔41a。该通孔可供插入一柄轴，柄轴联接于手表主体(即已知的表芯)。在加工模式B1中，通孔的直径为大约2mm。在钻设通孔之后，需进行扩孔以去除毛刺。
随后，制造一外径略大于通孔直径的钛合金管件42a，该管件的表面完全被一金属涂层所覆盖，在加工模式B1中，所述金属涂层是Pd电镀层，在涂覆有pd电镀层的情况下，管件在压配部分的外径为2.02mm。将该管件压入一表壳的通孔内。压配重合宽度为0.02mm(2.02-2＝0.02)。由于在管件制造过程中采用切割作业的缘故，管件的外径不是一个完美的圆，而是略有偏心。沿任意的X方向测量到的外径与垂直于此沿Y方向测量到的外径之差，即圆整度为大约0.01mm。
将压配后的表壳放在温度为800℃、真空度为10-6乇的气氛下加热大约30分钟。在加热时，在表壳压配部分45处，会在表壳的钛材料与管件的钛合金材料的相互接触的界面上出现Pt涂层，并且在该界面上会发生固相扩散反应。可以认为，在压配时，由于塑性变形的缘故，出现在钛或钛合金表面上的钛氧化层会被去除，新的表面将会暴露出来，并相互接触。另外，可以认识到的是，当加热进行到大约800℃时，会在钛与Pd界面处发生金属的反扩散，从而形成扩散层44。业已发现，钛和Pd是相对比较容易发生反扩散的金属，这种有利的扩散会在低于金属熔点的温度下发生。可以认为，这涉及这样一个事实，即，钛和Pd的相位图示出了在一个很宽组份范围范围内的金属间化合物。
参见图11，在管件涂覆有Pd的状态下，在真空条件下对管件的除了压配部分以外的外表面进行加热，从而在外表面发生固相扩散。因此，使管件42a的整个外表面都涂覆了含有钛和Pd的扩散层44(金属间化合物或固溶体)，该扩散层是通过钛在表面层中的扩散而形成的。然而，该扩散层具有一种金属色泽，并具有极佳的耐腐蚀性，因而从手表的实际实用角度来说，改变表面层不会有任何问题。
(加工模式B2)下面将结合图12来描述按照本发明第二方面的加工模式B2。首先，在表壳41的一个所需的位置上形成通孔41a。该通孔可供插入一柄轴，柄轴联接于手表主体(即已知的表芯)。在加工模式B2中，通孔的直径为大约2mm。在钻设通孔之后，需进行扩孔以去除毛刺。
随后，制造一外径略大于通孔直径的钛合金管件42b并将其压入表壳通孔内，该管件的表面完全被一金属涂层所覆盖，在加工模式B2中，所述金属涂层是Cu电镀层。在涂覆有Cu电镀层的情况下，管件在压配部分的外径为2.02mm。由于在管件制造过程中采用切割作业的缘故，管件的外径不是一个完美的圆，而是略有偏心。沿任意的X方向测量到的外径与垂直于此沿Y方向测量到的外径之差，即圆整度为大约0.01mm。压配重合宽度是0.02cm(2.02-2＝0.02)。
另外，进行这样一个步骤，即去除除压配部分以外的其余部分上的金属涂层。在加工模式B2中，在压配作业之后，利用硝酸盐侵蚀剂去除管件表面上的不必要的Cu涂层，所述侵蚀剂能有选择地只侵蚀掉Cu涂层，而不会腐蚀钛。暴露在管件表面上的除压配部分以外的各部分上的Cu涂层可以这样来侵蚀，即，在管件压配之后，将表壳浸入侵蚀剂。
随后，将所得的表壳放在温度为温度为800℃、真空度为10-6乇的气氛下加热大约30分钟。已经认识到，在加热时，会在钛与Cu界面处发生金属的反扩散，从而形成一钛和Cu的扩散层。业已发现，钛和Cu是相对比较容易发生反扩散的金属，这种有利的扩散会在低于金属熔点的温度下发生。可以认为，这涉及这样一个事实，即，钛和Cu的相位图示出了多种金属间化合物和固溶体。在压配时，由于塑性变形的缘故，不但是钛或钛合金表面上的很大一部分钛氧化层会被去除而使新的表面暴露出来，而且这些氧化物会在加热期间溶解在钛中。因此，将会在界面处形成扩散层，不会留下氧化物。
当Cu涂层保留在除压配部分45的其余表面部分上时，会在那里发生固相扩散，结果将会形成含有钛和Cu的扩散层。因此，表面会呈现稍黑的变色。对手表而言，从外观的角度看，在暴露部分的变色是不利的。因此，当形成这样的金属间化合物从而导致表面变色时，希望能在热处理之前将不需要的金属涂层去除。
加工模式B2与加工模式B1的不同之处在于，扩散层44只形成在压配部分45处以将表壳和管件相互结合，而在管件的暴露表面上不形成任何扩散层。
图13示出了按照加工模式B2的管件固定方法将管件固定于表壳的连接界面处的扫描式电子显微照片。在该显微照片中，左侧是作为表壳材料的钛，右侧是作为管件材料的钛合金。在中间，一Cu电镀层先是在压配时以被压低的形式(depressed form)设置，当在真空中加热之后，可通过钛与Cu的固相扩散反应形成一个主要包括钛和Cu的扩散层。可以认识到，毂件通过该扩散层结合并固定于表壳。
(评估B1)下面将针对按照本发明第二方面的加工模式B1制造的表壳，对压配重合宽度(具有金属涂层的管件的外径减去通孔的直径)、管件固定强度和防水密封性能三者关系进行评估，评估的结果如图14所示。图14中的横坐标表示压配重合宽度，纵坐标表示管件固定强度。压配重合宽度越大，管件变形度就越大。自然地，管件的固定强度也相应升高。可以看到，与仅通过压配的那些样品相比，即使在相同的压配宽度下，包括了这种连接头(即，在真空中加热以在界面处进行固相扩散的连接处)的样品也会呈现出高得多的管件固定强度。这样的结果暗示，当仅通过压配来固定管件时，要确保10kgf的所需固定强度，必须有0.01mm或更高的压配重合宽度。
借助本发明第二方面的在真空中加热的方法而获得的固相结合，可以大大提高管件固定强度。
(评估B2)图14示出了防水性测试结果的相互关系。防水性测试是以下列方式进行的。将表壳的后盖卸下，将处于打开状态的表壳放在一块热扳上。使表壳内部的水分完全被去除。紧接这之后，用后盖将表壳密封和固定起来，将这样获得的表壳在10个大气压下的水中浸没一段时间。将表壳取出，将表面的水完全去除。重新将表壳在热扳上放一段时间。对表壳的玻璃表面施加冷水以使表壳快速冷却。当表壳内出现水分时，有水分凝结在玻璃表面上，可以观察到玻璃雾化现象。在该测试中，将出现雾化的样品评估为防水性失效，而将没有出现雾化的样品评估为防水性合格。
下面将对上述的防水性测试作讨论。即使当压配重合宽度足够大时，通过压配而成的表壳也只会遭到防水性失效的命运。这涉及到在其表面上有金属涂层的管件或表壳通孔的圆整度和表面粗糙度，并暗示界面处的微小凸起不会通过压配而消除。因此，当只进行压配时，必须涂敷粘合剂来确保防水性能。
相反，在本发明的第二方面中，只要压配重合宽度不小于0mm，就可以避免防水性失效，并获得极佳的防水密封性能。可以认为，在压配时，相对较软并且易于变形的金属涂层可填充在微小的间隙内，当在真空中进行热处理时，钛和金属涂层(在该加工模式中是Cu)会经历元素级别的扩散从而形成扩散层，这样就可以完全填满各处间隙。然而，当压配重合宽度小于0mm时，业已发现，不能完全填满各处的微小间隙，从而会导致防水性失效。因此，已经确定，作为本发明第二方面的一个重要参数的压配重合宽度必须是0mm或更大。
在上述的加工模式B1和B2中，采用Pd和Cu来作为电镀在管件表面上的金属涂层的金属。然而，可用于形成该金属涂层的金属并不限于此，可以通过Al、Au、Pt、Pd和Ag中的任何电镀层来实现类似的效果，这些金属都可以在不高于钛的临界转变温度的情况下与钛实现固相扩散从而形成一金属间化合物，进而实现面间结合。
此外，虽然在上述各种加工模式中提到了采用钛和Pd的组合以及钛和Cu的组合来作为通过固相扩散在表壳/管件界面形成扩散层的元素的实例，当采用选自于钛；作为不锈钢主要成分的Fe、Cr和Ni；以及构成电镀金属涂层的Cu、Ni、Al、Au、Pt、Pd和Ag中的至少两种元素时，也可以获得类似的结果。
(评估B3)在按照本发明第二方面的加工模式B2中，将进行如下研究，即，作为金属涂层的铜电镀层的厚度差异对管件固定强度的影响以及对形成在连接界面的扩散层的厚度的影响。图15示出了这些数据。
铜涂层越薄，所呈现的管件固定强度越高。这与形成在界面处的Ti和Cu的金属间化合物的强度有关。通过一扫描电子显微镜进行观察，可以确定面间扩散层内的多个层是逐步形成的。因此，涂覆有相对较厚的Cu涂层的样品内所形成的低强度层将会导致固定强度下降。然而，即使在该水平的强度上，管件固定强度还是能理想地呈现10kgf的技术规范值或更大的值。然而，当金属涂层为20μm或更大时，连接界面的构成就会变得非常复杂，趋向于形成脆弱的金属间化合物，并且趋向于降低管件的固定强度。另一方面，当金属涂层小于0.1μm时，存在着这样的危险，即，金属涂层在压配时的塑性变形过低，导致防水性失效。为此，考虑到可靠性，已经确定设置在管件上的金属涂层的厚度最好落在0.1-20μm的范围内。
此外，当初始的金属涂层为0.1μm时，形成在界面处的扩散层的厚度为1μm，而当初始金属涂层厚度为20μm时，形成在界面处的扩散层的厚度为100μm。因此，已经确定，扩散层的范围最好是落在1-100μm之间。
实例(实例A1)在每个钛表壳上均钻设一通孔。对钻设后的通孔进行扩孔以去除毛刺。另外通过切削单独制造一个钛合金Ti-6Al-4V管件，其外径比通孔的直径小0.02-0mm，也就是说压配重合宽度为-0.02-0mm。另外，通过切削制造一个钛合金Ti-6Al-4V管件，其外径比通孔直径大0-0.055mm，也就是说压配重合宽度为0-0.055mm。随后，仅通过将每个管件压入通孔而形成一最终的表壳，并通过压配以及在真空度为6×10-6乇、温度为700℃的真空气氛中热处理30分钟以进行固相结合而制造出另一个最终的表壳。
(评估A1)对如上述实例A1制造的表壳进行防水性测试。防水性测试是以下列方式进行的。将表壳的后盖卸下，将处于打开状态的表壳放在一块热扳上。使表壳内部的水分完全被去除。紧接这之后，又将后盖组装在表壳上，将这样获得的表壳在10个大气压的水中浸没一段时间。将表壳取出，将表面的水完全去除。重新将表壳无干扰地在热扳上放一段时间。对表壳的玻璃表面施加冷水以使表壳快速冷却。当表壳内出现水分时，有水分凝结在玻璃表面上，可以观察到玻璃雾化现象。在该测试中，将出现雾化的样品评估为防水性失效，而将没有出现雾化的样品评估为防水性合格。
对于上述的防水性测试的结果，如图8所示，无论压配重合宽度如何，只有仅通过压配的表壳被评估为防水性失效。图2示出了只是受到压配(压配重合宽度0.03mm)的表壳的管件压配部分的纵截面扫描电子显微照片。当只进行过压配时，外观是一致的，但是从图2的截面显微照片来看，通孔与管件之间存在界面21。可以认为，水的渗漏正是由于该界面21所导致的。
另一方面，参见图8，当压配重合宽度为0.01mm时，通过固相结合的表壳被评估为防水性失效。当压配重合宽度为0.01mm或更大时，防水性测试合格。其原因是，由于管件内部是空的，因而其在压配时会发生变形，这样就会在通孔与管件之间产生应力，从而使管件的整个外周与通孔接触，结果实现固相结合从而确保具有一定的防水性能。
图3是一已经受到固相结合(压配重合宽度0.01mm)的表壳的管件压配部分的纵截面的扫描电子显微照片。很显然，通孔与管件之间的界面消失，从而证明已形成结合和一体化。可以认为，这时，前述的位于界面上的氧化膜(氧)会固溶于表壳和管件内，从而实现所需的结合。因此，已经认识到，当压配重合宽度为0.01mm或更大时，可以确保极佳的防水密封性能，不会出现防水失效的现象。对于压配重合宽度为0.055mm或更大的表壳而言，压配重合宽度太大，以致于不但会使管件变形，而且会使管件内径变化的影响不利地变大。因此，业已确定将压配重合宽度限制在0.05mm以内。
在这个防水性测试中，没有采用常见的用于补强的粘合剂。显然，受到过固相结合的表壳可确保防水性能，无需采用这样的粘合剂。
(评估A2)对上述实例A1中的每个表壳的管件固定强度进行测试。在测试中，借助一夹具来对通孔内压配有管件的表壳加以固定，并对管件施加一载荷。管件从表壳上脱落的载荷即被评估为管件固定强度。
对于仅仅通过压配的表壳而言，参见图8，业已发现，压配重合宽度越大，管件固定强度就越大。
另一方面，还是参见图8，在压配重合宽度相同的情况下，与只受到过压配的表壳相比，已经受过固相结合的表壳所呈现的管件固定强度要大得多。因此，很显然，固相结合会使管件固定强度大大提高。在进行本次管件固定强度测试时，没有涂敷常见的用于补强的粘合剂。然而，由于传统的在通孔内装配管件然后再涂敷粘合剂的传统表壳的管件固定强度是在20-60kgf，因而发现已经经受过固相结合的表壳可呈现比传统表壳高的管件固定强度。另外，已经经受过固相结合的表壳在通过人造汗液和喷洒盐溶液进行耐腐蚀性测试时也能获得极佳的结果。
当压配重合宽度小于0.01mm时，即使进行了固相结合也会呈现一个较低的管件固定强度，这是因为在通孔和管件加工中会有尺寸精度偏差，因而在通孔与管件之间会存在一界面，从而不能使管件的整个外周与通孔接触。图4是一个已经经受过固相结合(压配重合宽度0.001mm)的表壳的管件压配部分的横截面的扫描电子显微照片。图5是图4中的B部分的放大显微照片。该图表明，当压配重合宽度小于0.01mm时，会在通孔与管件之间产生一界面31。对于压配重合宽度为0.01mm或更大的表壳而言，可以认为，由于在通孔和管件之间没有界面，可以使管件的整个圆周与通孔接触，因而管件固定强度将会升高。图6是一已经经受过固相结合的表壳(压配重合宽度0.03mm)的管件压配部分的横截面扫描电子显微照片。图7是图6中所示的A部分的放大视图。从这两个图中表明，当压配重合宽度落在适当的范围内时，通孔与管件之间的界面消失。可以认为，前述的位于界面上的氧化膜(氧)会固溶在表壳和管件中，从而实现所述的结合。
总之，对压配重合宽度而言，已经确定，当其小于0.01mm时，在压配时于通孔和管件之间存在一界面，这样就不能获得理想的防水性能和管件固定强度。当压配重合宽度为0.055mm或更大时，业已确定，管件的变形，进而是其对管件内径尺寸变化的影响会不利地变大。因此，已经确定，最好是使压配重合宽度落在0.01mm-0.05mm之间，特别是考虑到通孔和管件尺寸的偏差以及在大批量生产时易于进行压配，可以使该值落在0.015mm-0.03mm之间。
(实例A2)在镜面抛光之后的每个表壳上钻设一通孔。对钻设后的通孔进行扩孔以去除毛刺。另外通过切削单独制造一个钛合金Ti-6Al-4V管件，其外径比通孔的直径大0.025mm，也就是说压配重合宽度为0.025mm。随后，通过将该管件压入通孔而形成一最终的表壳，并在真空度为6×10-6乇、温度为500-900℃的真空炉中热处理30分钟以进行固相结合。
(评估A3)对上述实例A2中的表壳的管件固定强度进行测试，获得如图9所示的结果。另外，对表壳的表面状况进行检查。
参见图9，在550℃或更低温度不能获得较高的管件固定强度。显然，通过在600℃或更高的热处理温度下进行固相结合，可以显著地提高管件固定强度。当在900℃的热处理温度下进行固相结合时，虽然管件固定强度很高，但镜面抛光后的表壳会发生雾化。其原因是，在高于钛的临界转变温度882℃的温度下进行热处理会导致钛的晶体结构变得粗大。虽然可以通过再抛光的手段来去除变得粗大的晶体结构，但这将导致操作复杂化，并且会带来其它缺陷。因此，已经考虑的是，为了获得较高的管件固定强度并避免由于热处理而使表面状况发生变化，最好是在600-850℃的温度下进行热处理，特别是，考虑到大批量生产时在加热炉中的温度分布等因素，最好是采取700-800℃的温度。
(实例A3)在镜面抛光之后的每个表壳上钻设一通孔。对钻设后的通孔进行扩孔以去除毛刺。另外通过切削单独制造一个钛合金Ti-6Al-4V管件，其外径比通孔的直径大0.025mm，也就是说压配重合宽度为0.025mm。随后，通过将该管件压入通孔而形成一最终的表壳，并在真空度为6×10-6乇、温度固定为700℃的真空炉中分别热处理1分钟、5分钟、30分钟、60分钟、90分钟、120分钟、150分钟和180分钟以进行固相结合。
(评估A4)对上述实例A3中的表壳的管件固定强度进行测试，获得如图10所示的结果。另外，对表壳的表面状况进行检查。
参见图10，虽然与采用其它热处理时间相比热处理时间为1分钟时所获的管件固定强度较低，但采用其它的热处理时间还是可以获得理想的管件固定强度。另外，尽管进行了热处理，但表壳的表面状况毫无例外都保持不变。因此，虽然可以通过进行5分钟或更长时间的热处理获得所需的表壳，但从真空炉升温后的温度稳定性以及大批量生产的角度来考虑，最好是进行30分钟-1小时的热处理。
(实例A4)在镜面抛光之后的每个表壳上钻设一通孔。对钻设后的通孔进行扩孔以去除毛刺。接着，分别选用通孔圆整度和最大表面粗糙度为0.005-0.02mm和0.003-0.01mm的表壳。另外通过切削单独制造一个管件，其外径比通孔直径大0.025mm，也就是说压配重合宽度为0.025mm。分别选用圆整度和最大表面粗糙度为0.005-0.02mm和0.003-0.01mm的管件。随后，通过将各管件压入通孔而形成各种最终的表壳，并在真空度为6×10-6乇、温度固定为700℃的真空炉中热处理30分钟以进行固相结合。
(评估A5)对上述实例A4中的表壳进行如上述评估A1和A2相同的测试。
结果是，在通孔和管件圆整度以及最大表面粗糙度的值分别大于0.01mm和0.005mm的表壳中，尽管进行了固相结合，但仍有一些界面没有消失，并存在在表壳与管件之间，它们在防水性测试中被评估为防水性失效。因此，已经确定，对于通孔直径和管件外径而言，圆整度最好是0.01mm或更小，最大表面粗糙度为0.005或更小。
总之，可以这样来获得极佳的防水性能和很高的管件固定强度，即，先提供分别具有0.01mm或更小的圆整度以及0.005mm或更小的表面粗糙度的钛或钛合金表壳和管件，随后将管件压入通孔，使压配重叠宽度为0.01-0.05mm，较佳的是0.015-0.03mm，而后在真空度为10-6乇、温度为600-850℃(较佳的是700-800℃)的条件下进行热处理，时间是5分钟或更长，较佳的是30分钟-1小时。
(实例A5)在镜面抛光之后的每个SUS304表壳上钻设一通孔。对钻设后的通孔进行扩孔以去除毛刺。另外通过切削单独制造一个SUS316F管件，其外径比通孔的直径其外径比通孔直径大0.02mm，也就是说压配重合宽度为0.02mm。随后，通过将该管件压入通孔，并在真空度为7×10-6乇、温度为800℃的真空气氛中热处理30分钟，从而获得最终的表壳。
(实例A6)在镜面抛光之后的每个SUS304表壳上钻设一通孔。对钻设后的通孔进行扩孔以去除毛刺。另外通过切削单独制造一个SUS316F管件，其外径比通孔的直径大0.02mm，也就是说压配重合宽度为0.02mm。随后，通过将该管件压入通孔，并在750℃的温度下的还原气氛中热处理1小时，从而获得最终的表壳。
(评估A6)对实例A5和A6中制备的表壳进行与上述评估A1和A2相同的测试。
结果是，在采用不锈钢的情况下，当呈现与钛和钛合金相同的压配重合宽度、圆整度和表面粗糙度时，以及当热处理的温度是在600-900℃时，可以维持一定的表面状况，并且管件固定强度和防水密封性能极佳。另外，在利用人造汗液并喷洒盐溶液进行的耐腐蚀测试中，也可以获得极佳的效果。
虽然在上述实例中是将每个管件压入表壳通孔内，并在真空中加热，从而实现固相结合，但该过程也可以用这样一个过程来代替，即，提供一个锥形孔形式的通孔，并在管件的外周部分上设置螺纹，将管件螺旋拧入通孔，并在真空条件下加热以实现固相结合。该过程还可以包括，在管件的外周部分上设置螺纹，使管件外周部分上的螺纹与非锥形的通孔的内表面接触，并在真空条件下进行加热，从而实现固相结合。另外，该过程可以包括，将通孔形成为螺纹孔，使管件与螺纹孔接触，并在真空条件下进行加热，从而实现固相结合。
此外，虽然在上述实例中，每个管件都是被压配到表壳的通孔中，但通过锻压的压力粘结也是适用的。在此方法中，即使当压配重合宽度接近0mm时，在管件压配之后，通过向管件的内中空部分压入一刚性球(其直径略大于通孔的内径减去管件厚度)从而使管件向外膨胀和变形，也可以消除微小的间隙。在上述状态下，通过进行真空热处理就可以实现固相结合。
(实例B1)虽然在前述的加工模式B1和B2中，是在800℃的温度下对钛进行热处理，但这种热处理也可以在低于600℃(570℃)的条件下进行。结合不会以期望的速率进行，而是需要相当长的时间(24小时)。另外，有这样一个危险性，即，不能理想地进行固相扩散反应，从而使防水性失效。
另一方面，在高于850℃的温度(900℃)进行加热会带来这样的问题，即，会发生局部的转变，从而导致表面变得粗糙。
(实例B2)虽然在前述加工模式B1和B2中选用圆整度为0.01mm或更小、最大表面粗糙度(Rmax)为5μm或更小的样品，但也可以选用大于0.01mm的圆整度或大于5μm的最大粗糙度。但这样做会造成如下趋势，即，由于压配而在界面处形成的间隙不能借助电镀层在压配时的变形以及通过真空热处理的结合而被完全填满，从而使防水密封性能恶化。因此，已经确定，对于表壳以及压配于其中的管件的外周部分而言，圆整度最好是0.01mm或更小，表面粗糙度最好是5μm或更小。
如上述评估B2所指出的那样，当压配重合宽度小于0mm时，在压配时趋向于在界面处形成微小的间隙，从而使防水密封性能恶化。另一方面，当压配重合宽度超过0.05mm时，压配就会变得困难。在不利的场合，管件会发生变形。压配重合宽度越大，管件内径的变化就越大。这样，尺寸的控制就会变得困难。因此，已经确定，较佳的是将压配重合宽度设定在0-0.05mm的范围内。另外，已经确定，从尺寸的精度以及对大批量生产的控制等的角度来说，还希望将压配重合宽度设定在0.01-0.03mm的范围内。
(实例B3)本发明的表壳可以用不锈钢构成。在实例B3中，描述了一种用SUS304来制作表壳，并用易切削不锈钢SUS316F来制作管件的加工实例。
首先，在不锈钢表壳的一个所需位置上设置一通孔。将一具有厚度为2μm的金属涂层(在该实例中为Pt)的管件压入表壳通孔。使压配有管件的表壳通过串联式(in-line)氢流气氛的加热炉，在750℃的温度下加热10分钟。在此加热过程中，不锈钢中所包含的Fe、Cr和Pt发生反扩散，从而在界面处形成一扩散层，进而借助该扩散层实现结合。因此，已经确定，管件固定强度和防水密封性能极佳。
较佳的是，用于实现结合以及将不锈钢管件固定于不锈钢表壳的加热最好在600-900℃的范围内进行。
当加热温度低于600℃时，不能很理想地进行固相扩散，从而导致管件固定强度和防水密封性能不能让人满意。另一方面，当加热温度超过900℃时，镜面抛光后的表壳会雾化。虽然这个较佳的加热温度范围600-900℃包括一与前述不锈钢敏化温度范围相重合的温度区域，但业已发现，在本发明中，当加热时间为1小时或更短些时，不会发生敏化，特别是不会发生会使耐腐蚀性恶化的敏化现象。可以认为这是由于非常短的加热时间所造成的。然而，当加热进行了很长一段时间之后，上述情况就不适用了。因此，已经认识到，较佳的是，在上述加热温度上进行10分钟-1小时的加热。
对于这样制造的表壳(即，通过将管件结合于表壳并在界面处形成一扩散层而制造出来的表壳)而言，按照本发明第二方面的构成以及管件固定方法，可以进行例如人造汗液测试和CASS测试之类的耐腐蚀测试。在所有测试中，都可以获得极佳的结果。因此，已经确定，对耐腐蚀性不会有任何问题。
(其它加工模式)虽然在上述的根据本发明第二方面的各种加工模式和实例中，描述了包括将一管件压配在表壳通孔中并在真空中加热的管件固定方法，但也可以采用下述的方法来代替。在替代型方法中，通孔设置有一雌螺纹孔，而管件外周部分设置有一能与前述雌螺纹孔啮合的雄螺纹孔。在管件外表面上形成有一金属涂层，管件被螺旋拧转(转动)而实现啮合。随后，在真空中进行加热，以实现管件与表壳的结合。
此外，在另一种加工实例中，除了用管件压配来使钛和金属涂层压力下相互结合之外，通过锻压的压力粘结也是适用的。在该方法中，即使当压配重合宽度小于0时，在管件压配之后，通过向管件的内中空部分压入一刚性球(其直径略大于通孔的内径减去管件厚度)从而使管件向外膨胀和变形，也可以消除各种微小的间隙。在上述状态下，通过进行真空热处理就可以实现固相结合。
对于柄轴管件的壁厚而言，只要它大约是0.1mm或更大，就能在压配变形之后在界面处产生理想的应力，从而确保固相结合。
工业应用在本发明的第一方面中，可以获得一个固相结合有管件并且与管件之间没有连接界面的表壳，不会由于相互结合而使表壳的表面状况恶化。这是通过将一管件压配进入一表壳上的通孔，并在真空或还原气氛下进行加热而获得的。因此，不但可以获得很好的防水可靠性，而且能获得极佳的耐腐蚀性和理想的结合强度(即管件固定强度)。另外，不必再使用传统的用来补强的粘合剂。
在本发明的第二方面中，表壳和管件通过一特别的扩散层相互结合和固定。因此可以获得一种不但具有极佳的防水性能和耐腐蚀性，而且确保有长期可靠的管件固定效果。另外，由于构造简单，本发明在产量和成本方面很有利。还有，管件固定的实现不会对钛和不锈钢的表面构造造成不利的影响。
然而，根据本发明的将管件固定于表壳的方法并不仅限于将手表柄轴用的管件固定于表壳通孔，该方法同样适用于例如供潜水手表使用的按钮、传感器等的联接部分。
权利要求
1.一种表壳，具有一与其相结合和固定的管件，所述表壳和所述管件基本上没有连接界面。
2.如权利要求1所述的表壳，其特征在于，所述表壳包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料。
3.如权利要求1或2所述的表壳，其特征在于，所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料。
4.如权利要求1或2所述的表壳，其特征在于，所述表壳和所述管件都包括不锈钢。
5.一种将一管件固定于一表壳的方法，包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即管件外径减去通孔直径)大于0mm；以及在压配之后对所述表壳进行加热。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述压配重合宽度是在0.01-0.05mm的范围内。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述压配重合宽度是在0.015-0.03mm的范围内。
8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述通孔的直径和所述管件的外径均呈现0.01mm或更小的圆整度。
9.如权利要求5-8中任一项所述的方法，其特征在于，所述通孔内表面的最大表面粗糙度(Rmax1)为5μm或更小，和/或管件的外径部分的最大表面粗糙度(Rmax2)为5μm或更小。
10.如权利要求5-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，在加热步骤中，是在600-850℃的温度下进行加热。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，是在700-800℃的温度下进行加热。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，加热的时间是5分钟或更长。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，加热的时间是30分钟-1小时。
14.如权利要求5-9中任一项所述的方法，其特征在于，所述表壳和所述管件都包括不锈钢，在所述加热步骤中，在600-900℃的温度下进行加热。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，加热的时间为10分钟-1小时。
16.一种具有一管件的表壳，所述表壳和所述管件通过一扩散层相互结合和固定。
17.如权利要求16所述的表壳，其特征在于，所述表壳包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛、钛合金和不锈钢中的一种材料，所述扩散层包括一通过固相扩散形成的层，所述扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种金属。
18.如权利要求16或17所述的表壳，其特征在于，所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，而所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，所述扩散层包括一通过固相扩散形成的层，所述扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种金属。
19.如权利要求16或17所述的表壳，其特征在于，所述表壳和所述管件都包括不锈钢，所述扩散层包括一通过固相扩散形成的层，所述扩散层包含选自于Ti、Fe、Cr、Ni、Cu、Al、Pt、Au、Pd和Ag中的至少两种金属。
20.如权利要求16-19中任一项所述的表壳，其特征在于，所述扩散层的厚度为1-100μm。
21.一种将一管件固定于一表壳的方法，包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一在其表面具有一金属涂层的管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即管件外径减去通孔直径)不小于0mm；以及在压配之后在真空或还原气氛中对所述表壳进行加热。
22.一种将一管件固定于一表壳的方法，包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一在其表面具有一金属涂层的管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即管件外径减去通孔直径)不小于0mm；在所述管件表面的除了那些使表壳与涂敷金属的管件相接触的部分以外的部分上，去除金属涂层；以及在压配之后在真空或还原气氛中对所述表壳进行加热。
23.如权利要求21或22所述的方法，其特征在于，所述压配重合宽度是在0-0.05mm的范围内。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述压配重合宽度是在0.01-0.03mm的范围内。
25.如权利要求21-24中任一项所述的方法，其特征在于，所述通孔的直径和所述在其表面具有金属涂层的管件的外径均呈现0.01mm或更小的圆整度。
26.如权利要求21-25中任一项所述的方法，其特征在于，所述通孔内表面的最大表面粗糙度(Rmax3)为5μm或更小，和/或在其表面具有金属涂层的管件的外径部分的最大表面粗糙度(Rmax4)为5μm或更小。
27.如权利要求21-26中任一项所述的方法，其特征在于，所述表壳包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，所述管件包括选自于纯钛和钛合金中的一种材料，在加热步骤中，是在600-850℃的温度下进行加热。
28.如权利要求27所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，是在700-800℃的温度下进行加热。
29.如权利要求21或26所述的方法，其特征在于，所述表壳和所述管件都包括不锈钢，在所述加热步骤中，在600-900℃的温度下进行加热。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，在所述加热步骤中，加热的时间是10分钟-1小时。
31.如权利要求21-30中任一项所述的方法，其特征在于，所述金属涂层包括选自于Cu、Ni、Al、Au、Pt、Pd和Ag中的一种金属，或它们组合而成的一种合金，并具有0.1-20μm的厚度。
全文摘要
在本发明的第一方面中，提供了一种表壳，其具有一与其相结合和固定的管件，所述表壳和管件基本上没有连接界面。为了获得该结构的将管件固定于表壳的方法包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即管件外径减去通孔直径)大于0mm；以及在压配之后对所述表壳进行加热。在本发明的第二方面中，提供了一种具有一管件的表壳，所述表壳和所述管件通过一扩散层相互结合和固定。为获得该结构的将管件固定于表壳的方法包括如下步骤在一表壳上设置一通孔；将一在其表面具有一金属涂层的管件压配进入所述通孔，所述管件所呈现的通孔/管件压配重合宽度(即管件外径减去通孔直径)不小于0mm；以及在压配之后在真空或还原气氛中对所述表壳进行加热。
文档编号G04B37/22GK1394302SQ01803170
公开日2003年1月29日 申请日期2001年6月29日 优先权日2000年9月13日
发明者内田仁史, 藤井浩司, 佐藤惇司 申请人:西铁城钟表股份有限公司