问题

现在机械表的机芯一般都是什么材质的啊?

回答
说起机械表的机芯,现在市面上你能看到的,绝大多数心脏部位的“零件”们,它们的材质可以说是集传统工艺与现代科技于一身。要细说起来,那可就有的聊了。

首先,咱们得明白,机械表的机芯之所以能“动”起来,是因为无数精密零件相互协作,通过发条储存能量,再经过擒纵系统控制释放,驱动指针走动。所以,构成这个复杂装置的每一个零件,材质的选择都至关重要,它直接影响着腕表的精度、耐用性、稳定性和美感。

基础构件:铜合金依然是主力

你最常听到的,也是最基础的机芯框架和很多齿轮的材质,很大程度上还是依赖于各种铜合金。

黄铜 (Brass):这是最常见也最经济实惠的选择了。黄铜通常是铜和锌的合金,它有着良好的加工性,强度适中,不易生锈,而且价格不高。很多入门级和中档机械表的机芯,比如ETA、Sellita的常见型号,以及很多国产机芯,它们的主夹板、夹板、齿轮、摆轮等零件,都会用到黄铜。你看到的那些泛着暖黄色光泽的机芯,很多就是它。不过,纯粹的黄铜在硬度和耐磨性上还有提升空间,而且容易氧化,所以很多时候会在表面进行镀镍、镀铑或者其他处理,以提高耐腐蚀性和外观。

德意志银 (German Silver / Nickel Silver):这玩意儿名字里虽然有“银”,但跟贵金属银一点关系都没有。它实际上是铜、镍和锌的合金。德意志银的颜色偏白,有点像银,所以得此名。它比黄铜更硬,耐腐蚀性也更好,而且抗磁性比黄铜略强一些。很多高级制表品牌,比如朗格(Lange & Söhne)标志性的3/4夹板,就大量使用了德意志银,赋予了机芯一种独特的、高雅的白色金属质感。一些中高档机芯的夹板和摆轮也喜欢用它。

关键传动部件:钢的天下

说到齿轮、棘爪、游丝等需要承受高应力、高摩擦的零件,那主角就是各种钢材了。

合金钢 (Alloy Steel):这是最基础的钢材类型。通过加入不同的合金元素(如铬、钼、镍、钨等),可以显著改善钢材的硬度、强度、耐磨性、韧性和抗腐蚀性。机芯中的大小齿轮、擒纵叉、摆轮的轴心等,都需要用到各种性能优异的合金钢。这些零件的加工精度要求极高,需要经过热处理(淬火、回火)来达到理想的硬度和韧性。

特殊钢材:在一些对精度和稳定性要求极高的机芯中,会用到更特殊的钢材。
蓝钢 (Blued Steel):你可能见过一些螺丝、指针甚至游丝呈现出漂亮的蓝色,那是因为它们经过了“烧蓝”处理。这个过程是通过精确控制加热温度,在钢材表面形成一层氧化铁薄膜,这层薄膜不仅带来了美观的蓝色,还能提供一定的防锈和硬度提升。高级腕表里,很多品牌的机芯螺丝都会做烧蓝处理,是一种非常经典的装饰手法,也代表着精湛的工艺。
硅 (Silicon) / 硅合金:这是近年来在高级制表领域非常流行的材质。硅具有极低的密度、极低的摩擦系数、优异的弹性和抗磁性,而且不需要润滑。用硅制作的游丝(比如宝玑式或宝玑格林尼治式的硅游丝)和擒纵叉,能够极大地提高走时精度和稳定性,减少因环境变化(如温度、磁场)对腕表的影响。百达翡丽、劳力士、真力时等很多大品牌的高端系列,都在广泛应用硅材质。

宝石轴承:红宝石的传承与创新

说到机芯,很多人会想到那些闪闪发光的“红宝石”。

天然红宝石 (Natural Ruby):在早期或者一些追求极致传统工艺的腕表中,会使用天然红宝石作为轴承。红宝石的硬度极高(莫氏硬度9),非常耐磨,可以大幅降低齿轮轴心与夹板接触点的摩擦,提高能量传递效率和机芯寿命。一个机芯里有多少个红宝石,通常会体现在“钻数”上,比如“25钻”、“35钻”。

人造红宝石 (Synthetic Ruby):现在市面上绝大多数的“红宝石”轴承,其实都是人造的。它们通过化学合成的方式制造,成分是氧化铝,在化学性质和物理性质上与天然红宝石几乎相同,但成本大大降低,而且品质更稳定。它们被切割成小小的帽状或圆柱状,镶嵌在夹板上,用于支撑摆轮轴、擒纵轮轴等关键转动部件。

陶瓷轴承 (Ceramic Bearings):在高科技腕表或者一些非常注重寿命和稳定性的现代机芯设计中,也开始出现使用陶瓷材料(如氧化锆、碳化硅)作为轴承的情况。陶瓷同样具有极高的硬度和耐磨性,而且几乎没有磁性,非常适合用于关键的转动点。

擒纵系统:细节决定成败

擒纵系统是机械表的心脏中的心脏,这里的材质选择和处理往往是品牌技术实力的体现。

擒纵叉 (Pallet Fork):传统上常用钢材制作,但为了降低摩擦和提高效率,现在很多高级机芯会使用宝石(红宝石、蓝宝石)或者陶瓷来制作擒纵叉的“叉瓦”(即与擒纵轮齿接触的部分)。一些品牌甚至会尝试使用硅或贵金属合金来制作整个擒纵叉。

摆轮 (Balance Wheel):过去常用合金钢,但为了提高惯性稳定性和克服温度影响,很多高级腕表会使用镍铜合金(如因瓦合金)或者特殊合金来制作摆轮,因为这些材料的热膨胀系数极低,能在温度变化时保持形状稳定。现在,硅也开始被用于制作摆轮。

游丝 (Hairspring / Balance Spring):这可以说是腕表里最容易受到外界干扰(磁场、温度、撞击)的部件。传统材质是合金钢。为了克服磁场影响,一些品牌会使用Nivarox(一种镍、钴、铬、钛合金)等特殊合金。而硅材质的游丝,因其优异的抗磁性、低密度和低摩擦特性,正越来越成为高端腕表的主流选择。

其他细节与特殊材质

螺丝 (Screws):除了前面提到的蓝钢螺丝,机芯中的固定螺丝材质也很多样,从普通钢材到不锈钢,再到一些高级腕表中使用的镀铑钢或18K金螺丝,也各有用途。

棘轮 (Ratchet Wheel) / 棘爪 (Pawl):用于上弦的棘轮和棘爪,为了耐磨和传递力,通常也由钢材制成。

装饰性涂层:很多机芯在基础材质表面还会进行各种装饰性处理,比如镀铑 (Rhodium plating)、镀镍 (Nickel plating)、珍珠纹 (Perlage)、日内瓦纹 (Côtes de Genève) 等。这些处理不仅是为了美观,也能在一定程度上提高零件的耐腐蚀性和光滑度。

总结一下,现在的机械表机芯,虽然基础结构和很多核心零件仍然离不开铜合金和钢材,但在高端和追求极致性能的领域,我们看到了越来越多的新材料应用,比如:

硅:以其优异的抗磁性、低摩擦性和稳定性,正在改变着游丝、擒纵叉、摆轮等关键部件的材质格局。
陶瓷:凭借其超高的硬度和耐磨性,逐渐在轴承等领域崭露头角。
各种高性能合金:持续被研发和应用,以应对更严苛的走时精度和耐用性要求。

所以,当你拿起一块机械表,仔细看看它的机芯,你会发现,那些微小的金属零件,背后蕴含着的是材料科学和精密制造的不断进步,这也是机械表永恒魅力的一部分。从传统的黄铜、钢材,到现代的硅、陶瓷,每一种材质的选择,都诉说着腕表匠人们对精准、稳定和永恒的不懈追求。

网友意见

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@张帆

哥做表态网,报道巴塞尔表展太忙了。这题我来乱答一下。

未经允许,严禁转载。



机械表属于精密计时仪器,对于制作材料的要求很高。最基本的要求就是易切削性.尺寸的稳定性.材料的均匀性.不同批次材料的一致性。与此同时,某一些部件还要满足一些特殊的要求。

铜类


红铜红铜即纯铜,又名紫铜。

黄铜是由铜和锌所组成的合金,是手表材料里面最普遍也是含量最高的一种金属,绝大部分的手表机芯的基板和夹板都是由黄铜加工。黄铜还能做机芯里面的齿轮。

铅黄铜是在黄铜里面会添加铅, 为了增加黄铜的易切削性。这样的铅黄铜主要是制作手表机芯的基板和夹板。

白铜是以镍为主要添加元素的铜基合金,呈银白色,故名白铜。

锡青铜以锡为主要合金元素的青铜。含锡量一般在3~14%之间,主要用于制作弹性元件和耐磨零件。

下图为欧米茄古董表Cal.601机芯,机芯的基板和夹板由红铜制作,经历了几十年的岁月,表面逐渐氧化。


这个是同一枚机芯打理后的样子,露出了原来的颜色。



因为铜合金会氧化,所以现代的绝大部分手表使用铜合金生产基板和夹板后都会进行电镀处理,镀上"镍"或者“铑”。下图就是德国格拉苏蒂表的加工对比照片,左边是铜合金基板,右边是经过打磨修饰电镀后的基板。

百达翡丽也是采用铜合金夹板再电镀处理的工艺。因为是电镀层,所以一旦有硬物触碰就会导致镀层破损,露出铜色。


白铜又叫德国银,是一种铜、锌和镍的合金,一般比率为5:2:2。德国银不含银。德国银接触到氧气时会缓慢地发生氧化,合金表面会覆盖一层黄金锈色氧化层,避免进一步氧化。所以德国银表面可以「不经处理」,不像大多数机芯由黄铜制作,后期再打磨电镀。德国银变老以后就是德国金了。下图为使用德国银的朗格手表



钨合金

钨的固态密度19.25克/每立方厘米,添加镍.铁.铜等制成高比重合金,这样的合金密度是铜或钢的两倍以上。生产这样的合金,主要是为了生产自动手表中的自动陀边,因为陀边的密度越大,越能提高上链效率。下图为万国表的自动陀

关于自动表的相关文章大家可以看

为什么机械表摆陀顺时针逆时针转都能储存能量?还有为什么能量满了再转摆陀就不存能量了? - 芯随表动的回答



钢材

钢材的使用在机芯里面也是很大,各种簧片.齿轮.齿轮轴.表把杆.大小钢轮.......



弹性合金

弹性合金一般分为高弹性合金和恒弹性合金,前者要求具有高的

弹性

极限、低 的滞弹性效应,耐热性好,可在较高的温度下工作;后者要求在一定的温度范围内弹性模量几乎不随温度变化。

弹性合金是用来制作发条,为机芯的运转储存能量。


恒弹性合金它和其他金属材料的显著区别就是,它的弹性模量在一定的温度范围内保持恒定或者绝对值接近零。使用恒弹性合金可以大大减少外界温度对于手表走时精度的影响。恒弹性合金按照磁敏感程度又分为弱磁性和无磁性。

关于恒弹性合金,大家可以看看另外一篇文章。

关于手表游丝金属? - 芯随表动的回答


贵金属

机芯里面使用的贵金属主要是黄金.铂金.铑。黄金.铂金因为密度大,主要是用来制作自动陀,提高上链效率,也有古董怀表使用黄金制作游丝.齿轮,黄金套筒。而铑则是用来电镀。

江诗丹顿纵横四海的21k金自动陀边

法兰穆勒的PT950陀边


天然宝石

天然宝石也有在机芯里面使用,但大多数是存在于怀表。究其原因还是在于人工宝石不仅价格便宜,可以批量生产,而且品质优异不存在天然宝石常有的瑕疵。现代手表里面也有高端的机芯会使用少量的天然宝石。

这是我见过最寒碜的朗格机芯,实在是相信不出怎么落得如此模样,表壳遗失,布满污垢。不过即使这样,也掩盖不了它原有的品质!污垢中隐现的K金材质擒纵轮,天然钻石材料的摆轴盖石,手工雕花夹板都能证明它是A. LANGE & SÖHNE 1A。不过这一枚1A机芯有些特殊,没有过搭载鹅颈微调。


人造刚玉

人造刚玉机芯里面的体现也就是红宝石,红宝石在机芯里面的作用就是减少摩擦。1877年法国化学家弗雷米将纯氧化铝粉末、碳酸钾、氟化钡和少量重铬酸钾作原料,在坩埚中经高温熔融8天,获得小颗粒红宝石晶体,这是人造红宝石的开端。

1885年在瑞土日内瓦出现一些品质优良的人造红宝石,据说是有天然红宝石碎片,加上增强红色的重铬酸钾等经高温熔融制成,和天然品性质相同。然而真正实现人工制造宝石并能投入规模化生产的要归功于法国化学家维尔纳叶。维尔纳叶在1891年发明火焰熔融法,并用该法试制人造宝石,成功后又用纯净的氧化铝试验.在高温马弗炉中用倒置的氢氧吹管进行试验,含有少量氧化铬的纯净氧化铝细末慢慢落入火焰中熔化,滴在基座上冷凝结晶。经过十年的努力,1904年维尔纳叶正式制造出了人造红宝石,以后火焰熔融法逐渐完善,生产出的红宝石和天然品几乎无差别。该法一直沿用到现代,至今仍是世界生产人造宝石的主要方法,人称“维尔纳叶法”。


关于红宝石的文章,大家可以再看看另外一篇详细的介绍文章 机械表的机芯为什么要用红宝石? - 手表





塑料

工程塑料材质质量轻.自润滑.摩擦小.防磁。只是有的人有“洁癖”,容不得塑料,比如我。


欧米茄超霸计时手表搭载这枚Calibre 1861,估计是为了按钮手感和耐用,更换了一个塑料部件。


天梭80小时动力用的塑料件,机芯不是全塑料,只是最关键的两个部件用塑料,擒纵叉和擒纵轮。图片来自1024 satyr21




陶瓷

陶瓷分为很多种,我们平时说的陶瓷是高岭土覆盖硅酸盐,易碎。这样的机件应该是采用特种陶瓷,成分是氧化锆,具有高韧性、高抗弯强度和高耐磨性,再加上体积小重量轻就不易碎了。陶瓷在机芯中的运用主要是滚珠,减少摩擦用。




在机芯上面的出现也是近20年才开始和手表机芯关联,1999年雅典手表首次推出,硅质擒纵轮。而后,使用硅又生产出了游丝。硅这种材料抗磁.密度小.抗磨损,和陶瓷一样也是一种新型的材料。





当然,其他金属或其他材质也能用来做表。历史上,还用过金.银 .铝.玛瑙.翡翠.和田玉 蓝宝石.水晶.木头.钛.钽.碳纤维.玉米淀粉.象牙等。这些东西太非主流,一一讲解太麻烦了,我就写个大概。



德国独立制表品牌Lange & Heyne使用俄罗斯西伯利亚永久冻土地带超过1万年之久的猛犸象牙生产制造机芯夹板。


1924年Gruen高露云为了纪念成立50周年推出了Gruen 50th Anniversary怀表,力图打造当时最奢华的时计。限量发售600枚(50年x12月),全12k金夹板,实金轮系,手工雕花,极致的打磨,八方位校正,最奢侈的是使用了21粒天然红宝石和两粒钻石。当时的最低售价500美元,已经可以买辆汽车了。



水晶夹板怀表



Valery Danevich,2014年独立制表人AHCI新入的俄罗斯会员。代表作就是采用实木做表,当然游丝和发条还是金属的。做过一只实木陀飞轮,但这货产量低维修难,还要10万欧。



F.P.Journe为lineSport运动系列腕表增设钛金属版本。腕表表壳以5级钛金属打造而成,深灰色,并作哑光修饰;表盘和机芯则以铝合金制造。采用FPJ 1300-3 机芯,40钻,21,600 vph ,120小时动力储存。





现在再反过来回答题主的问题。

好机芯大部分都是由贵金属和昂贵宝石构成,这个观点是错的。机芯的好坏和贵金属和昂贵宝石没有绝对的联系,几乎全部的好机芯主题都是用廉价的铜.不锈钢.人造宝石制作。只是有的高端腕表会在机芯的自动陀部分使用黄金.铂金和镀铑。

机芯的好坏是在机芯的基础设计.零件的制作精度.后期的打磨调教.复杂功能的实现程度.以及使用的精准度稳定性。你所提到的贵金属和昂贵宝石主要是在外壳等非机芯的配件上面,这些材料的使用的确是能提高手表的价格。



根据科学家的分析,人体的化学成分是这样的:60%是水,18%是碳,3%是氮,1.5%是钙,1%是磷,另外还有一些微量的矿物质,如铁、铜、锌、硼和硅等。对一个普通成人来说,这些大约相当于34升水,一袋12千克重的木炭,一根长1.2米的导火线中的磷,一枚6.5克的小铁钉等。这些化学物质的价值,换算成钱,充其量不过几百元。但是它们一旦形成细胞,进而组成器官,并成为顶天立地的人以后,便成了难以估算的无价之宝。



同样的道理也适用于手表,手表是重'工'不重'料',原材料并不值钱,值钱的是制表师的加工工艺。高端手表之所以是能和高级珠宝比肩的奢侈品,它有如此的魅力,其中一个原因,制表人能把最普通的钢,铁,铜打磨得像钻石珠宝一样光彩照人。
















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