金属游丝的专利创新

王雷国家知识产权局知识产权发展研究中心副研究员

游丝是机械腕表擒纵装置的核心部件。如同电脑CPU根据档次分为I3、I5、I7和I9，游丝是决定一块表档次高低和好不好的重要因素，ETA经典的2824机心，有几个级别：标准版、增强版、顶级版、天文台版（Standard, Elaborated (improved), Top and Chronometer），各级别间最大的差别就是使用的游丝、摆轮、避震、微调各有不同。

现在背透表流行，从背透看到的机心上，最吸引人目光的，应该就是安装在摆轮上的游丝的不停跳动。很多腕表的卖点，也是所使用的顶级游丝，如劳力士的蓝铌Parachrom游丝，宝玑5177使用的硅游丝，百达翡丽的有些表款如5350在表底的背透专门作出一块凸透镜，让表主放大关注跳动的游丝。

一、游丝曾是最高科技的代表

如今手表在我们的印象中，更多的是工艺品的代表。打磨和美学设计带着是否好看成立更重要的考量。在历史上，如今手表采用的发条、4轮传递到擒纵和摆轮的结构曾是人类最高智慧和科技的体现。这是17世纪顶级科学家的发明，是实现大航海地理大发现的重要技术保证。

发明游丝的是发现虎克定律（力学弹性定律）的罗伯特·虎克（Robert Hooke）。虎克曾经是牛顿的最大论敌，牛顿的经典著作《光学》，因为虎克的质疑，直到虎克去世才出版。当然了牛顿也没客气，把虎克的画像从英国科学院撤掉，导致如今人们已经不知道这位仁兄的真面目了。牛顿那句著名的，“如果我看得远一些，那是因为我站在了巨人的肩膀上”，就是写在给虎克的回信中的，当时被很多人认为这是讽刺虎克的身材矮小。

在游丝发明以前，擒纵机构受发条盒动力变化的影响非常大，钟表每天误差是小时级别的，当时很多表只有时针一根针。而游丝和配套Anchor锚式擒纵的发明，迅速实现了十几分钟的误差，这在300年前是非常了不起的。

19世纪发明的Invar因瓦合金，瑞士人纪尧姆因为发现这种合金获得了诺贝尔奖，镍、铁合金，其中镍占35.4%。后来又有了更进一步的Nivaflex合金，是钴、镍、 铬、 铁、 钨、 钼、 钛 合 金（Co45N i21C r18F e5W4M o4T i1），合金中钴占到重量的45%，镍占到21%、铬18%、铁5%、钼4%、钛1%，这也是目前最广泛使用的金属游丝配方。

二、金属游丝的专利创新

金属游丝的创新是最难的，因为经过300多年的实践，最适合用作游丝的金属，早已经为我们熟知。要突破几百年来金相学的成就找到新金属游丝材料是很困难的，这里我们就看看金属游丝方面有如何的创新。

1、劳力士的金属游丝专利创新

当前劳力士腕表在市场大火，劳力士的产品有几个经典卖点，如904不锈钢，永恒玫瑰金，双夹摆轮双红轮的自动机心，Oyster蚝式表把。近年的一个重点宣传点就是蓝色Parachrom游丝。

目前劳力士新款普遍采用的Parachrom游丝成分为镍占53%、铌占20%、锆占8%、钛占10%、钴占6%、铜占3%。这款游丝取得了市场上的重大成功，成为劳力士营销的利器，一些消费者就是冲着新游丝来选购产品。Parachrom游丝的研发时间已经是1997年的事情了。那么劳力士最新的金属游丝创新是什么呢，这里独家解密给大家。

2011年7月12日，劳力士申请了欧洲专利EP2596141，发明人多达六人ALJERF MOUSTAFA 、 GEORGARAKIS KONSTANTINOS、 GYGER THOMAS、L E M O U L E C A L A I N、 V O N NIEDERHAEUSERN VICENT、 YAVARI ALAIN。

其中提到了一种新配方金属游丝，由铁、钴、镍、铌、钒、硼、钽等七种元素组成，而且这七种元素间有复杂的配比关系。0 <铁 <70;0 <钴 <70;8 <镍 <60;1<铌 <19;1 <钒 <10;12 <硼 <25;0 <钽<5;同时20 <铁和钴总含量<70;50 <铁、钴、镍总含量<90;5 <铌和钒的总含量<20。

新配方中出现了铁磁性的铁和钴，原因就是为了实现金属玻璃化处理后带来的良好机械性能。实现金属玻璃化的手段是：急速冷却，冷却速度要达到每秒1万度。这种金属游丝的性能可以好到对折180度而不会折断。制造方法是将液态的合金喷到高速旋转的冷却铜制杆上。有点像做棉花糖，用棍搅拌喷射糖浆的感觉。制成具有良好机械性能的游丝，需要在高度真空下去除原料硼中的氧、氮杂质，需要在稀有气体氩气的保护下，使用专门超硬材料氮化硼坩埚中熔化合金，采用特别的喷嘴喷射。

2、NIVAROX的金属游丝创新

Nivarox是瑞士SWATCH集团旗下企业。名称本身就是1933年Straumann博士研制的镍铬钢合金，德语的含义“抗变形抗氧化”。

Nivarox公司在2010年6月11日申请了瑞士专利 EP2264553，发明人CHARBON CHRISTIAN 、 VERARDO MARCO、QUINTINA JOSE。

Nivarox的新合金游丝设计的目的就是如何简便易行的生产出受温度影响小，受磁性影响小的合金游丝。Nivarox的技术非常具有智慧，既然一种材料实现多种性能困难，咱们就来复合的。这个设计采用的是双层复合金属片的结构，一层为铁锰合金或因瓦铁镍合金，一层选用不锈钢。两层金属材料的热弹性系数沿相反的方向变化，一层覆盖包裹一层。不锈钢可以采用低成本的电镀、PVD物理气相沉积等方式实现。结构的诀窍是芯部优选铁磁性的铁镍合金或铁锰合金，外层选用不锈钢。这样的设计还增强了游丝的抗氧化、抗生锈的能力。而且对于两层金属的包裹厚度，都给出了精确的计算公式。

3、精工的金属游丝创新

金属游丝创新的另一重要发明是精工2009年11月16日申请的日本专利JP5189580。这里面提出了一种铁、钴、镍、铬、钼组分合金的游丝。这件发明的重要之处是平衡了铁磁性和金属弹性间的矛盾。

金相学上，具有铁磁性的金属，机械性能都比较好。前面提到的劳力士的顺磁性蓝铌游丝，弹性即使通过极冷玻璃化处理也只达到2600Mpa，而Nivarox，铁镍钴合金，可以达到2900Mpa。所以如何平衡铁磁性和弹性是一个科学上的难题。

精工组分的合金五种组分中，强磁性的三种为铁、钴、镍，非磁性的两种铬和钼。为实现弱磁性和高机械弹性性能，精工首先实验了组分配比，给出了原子量比 计 为20～40%的Co、7～22%的Ni、42.0～49.5%或5～13%的Cr，以及1～6%的Mo，13.5～16.0%的Fe的配方。

其次提出了一种加工工艺，就是在1100摄氏度下加热均化，冷却过程中，反复拉丝处理，是非磁性物同磁性元素充分混合，起到减小磁通量的作用。在800至950摄氏度下拉丝，对拉丝压制得到游丝。

东西好，都是有原因的，有技术作保障的。希望我国产业界看到国外产业领先者的这些做法，高端有高端的实现方法，简便易行低成本有低成本的方法。实现自主创新。