專利名稱：硬幣銅合金及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種用于制造硬幣的銅合金。
目前，世界各國流通的金屬硬幣有白色的鎳幣、鋅幣、鋁幣、鋼幣，呈黃色或紅色的銅幣，但是大多數(shù)硬幣在流通期間因汗液、空氣等各種環(huán)境氣氛腐蝕逐漸失去其本身具有的色相。含鋅量為30%左右的銅鋅二元合金具有金黃色的色澤。人們往往喜歡這種色澤的金屬硬幣，但其耐腐蝕、抗變色能力差，所以不適于用其制造金屬硬幣。1983年造幣科技情報(bào)第一期中“耐腐蝕、能保持光澤的銅合金造幣材料”一文介紹，于銅鋅合金中加入其它元素對(duì)抗腐蝕能力的影響銅鋅合金中加入鋁，由于鋅和鋁結(jié)合引起明顯的變壞，而鎳的加入則產(chǎn)生好的結(jié)果，合鎳1%通常稱之為鎳黃銅，能改善抗蝕性能，但仍感不足。為了在耐蝕性能方面獲得明顯改進(jìn)，鎳含量需要上升到7-8%，最好到9%，專利PL105132，PL145133，PL145134都介紹了含Ni19-21%的硬幣銅合金，然而這樣高的鎳含量就明顯地離開了金黃色的范圍，并且使造幣材料成本提高。銅鋅合金之所以不耐蝕主要是由于其所含鋅易發(fā)生脫鋅腐蝕。多年來人們致力于研究脫鋅腐蝕的發(fā)生和發(fā)展過程及防止脫鋅措施，發(fā)現(xiàn)添加微量元素如AS、P、Sb、Sn等可以抑制脫鋅，尤其是AS，黃銅中只需加入萬分之幾的AS則可基本上抑制脫鋅腐蝕。但由于砷的氧化物有毒，對(duì)人體有害，故不宜采用。
本發(fā)明的目的是研制一種用于制造金屬硬幣的合金，它不僅具有金黃色，并且在貨幣流通領(lǐng)域中耐腐蝕、抗變色、能長(zhǎng)期保持合金本身的色澤。
本發(fā)明是含微量硼的銅鋅鎳錫錳多元合金。為保持合金的金黃色，Cu70Zn30合金中只能添加少量其它元素來提高抗蝕性，加入微量AS雖然效果顯著，但其氧化物對(duì)人體有害不宜使用，經(jīng)過大量試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)B對(duì)提高黃銅抗蝕性能亦有與AS類似效果，黃銅腐蝕過程中鋅優(yōu)先溶解留下很多空位，鋅原子將通過這些空位擴(kuò)散到表面繼續(xù)溶解，含硼黃銅中硼原子小而容易擴(kuò)散(rB＝0.88A°)它將與鋅原子爭(zhēng)奪這些空位，因此脫鋅后的部分空位將被硼原子占據(jù)而堵塞一些鋅原子的擴(kuò)散通道，增加其擴(kuò)散阻力，從而抑制黃銅脫鋅腐蝕。試驗(yàn)表明Cu70Zn30合金中即使添加小于0.01% B就能起到明顯效果。Ni和Mn可進(jìn)一步提高合金在濕熱、鹽霧、工業(yè)氣體環(huán)境下的穩(wěn)定性及流通過程中的耐用性，同時(shí)Ni和Mn元素也作為調(diào)質(zhì)劑來細(xì)化鑄錠及加工產(chǎn)品中的晶粒。改善材料加工及造幣性能。防止合金在制幣過程中退火時(shí)產(chǎn)生粗大晶粒。
本發(fā)明合金成份為Cu70-75%，Sn0.5-1.5%，Ni0.5-1.5%，Mn0.1-0.8%，B＜0.04%，余量為Zn，最佳成分為Cu71-73%，Sn0.8-1.2%，Ni0.8-1.3%，Mn0.1-0.5%，B0.003-0.01%。
本發(fā)明的生產(chǎn)工藝如下Cu、Ni、Mn按一定的比例加入熔煉爐內(nèi)，采取高溫、快速熔化，同時(shí)加入木炭作為爐內(nèi)復(fù)蓋劑，再加入Sn和Zn進(jìn)行攪拌，全部熔化后銅水溫度升至1080℃以上加入P-Cu中間合金予以脫氧，然后加入B-Cu中間合金，再經(jīng)攪拌，爐溫達(dá)1100℃-1200℃時(shí)，進(jìn)行鑄造，結(jié)晶器內(nèi)采用膨化硼砂復(fù)蓋，澆鑄成所需形狀及規(guī)格。鑄錠經(jīng)680℃-780℃加熱50-100分鐘進(jìn)行熱軋，熱軋到一定規(guī)格后進(jìn)行冷加工，中間退火溫度為550℃-650℃兩次中間退火總加工率不超過50%。成品加工率最好控制在25-35%。
本發(fā)明的合金具有美觀的金黃色，耐腐蝕、抗變色能力強(qiáng)。經(jīng)手汗模擬試驗(yàn)及耐變色性能試驗(yàn)，結(jié)果表明各項(xiàng)性能明顯優(yōu)于國內(nèi)外其它黃銅、青銅造幣材料，而且成本低，塑性優(yōu)良、易加工壓印成形，防偽性好。
舉例說明本發(fā)明合金及其生產(chǎn)工藝將715公斤Cu、10公斤Ni，5公斤Mn及木炭于工頻感應(yīng)電爐內(nèi)，加熱熔化，再加入10公斤Sn和余量Zn，待全部熔化后攪拌撈渣，直至銅水溫度升至1100℃以上，加入含P12%的P-Cu中間合金1公斤，含B3%的B-Cu中間合金4公斤，經(jīng)充分?jǐn)嚢?，以半連續(xù)方法進(jìn)行鑄造、結(jié)晶器用膨化硼砂復(fù)蓋，澆注速度控制在45-55秒/100mm范圍內(nèi)，鑄錠經(jīng)鋸切銑面后于710℃±20℃加熱60-90分鐘，進(jìn)行熱軋，軋至12mm后進(jìn)行冷加工、直至所需成品規(guī)格，中間退火溫度為590℃±10℃，保溫時(shí)間為60-90分鐘，兩次退火間加工率控制在25-35%。
權(quán)利要求
1.一種用于制造硬幣的合金，呈金黃色，它是由銅、鋅、錫、鎳、錳組成，其特征是其中加入硼。
2.按權(quán)利要求1所述的銅合金，其特征是化學(xué)成分為Cu70-75%，Sn0.5-1.5%，Ni0.5-1.5%，Mn0.01-0.8%，B＜0.04%，余量為Zn。
3.按權(quán)利要求1所述銅合金，其特征是化學(xué)成分為Cu71-73%，Sn0.8-1.2%，Ni0.8-1.3%，Mn0.1-0.5%，B0.003-0.01%。
4.一種制造權(quán)利要求1，2，3所述銅合金的方法，包括熔鑄、熱加工、冷加工及中間退火等工序，其特征在于a、熔化該合金采取快速熔化、充分?jǐn)嚢琛、爐內(nèi)用木炭作為復(fù)蓋劑。結(jié)晶器用膨化硼砂復(fù)蓋。c、B以B-Cu中間合金加入，在加B-Cu中間合金前先加入P-Cu中間合金予以脫氧。d、爐溫達(dá)1100℃-1200℃澆注成所需形狀規(guī)格。e、鑄錠于680℃-780℃加熱50-100分鐘進(jìn)行熱加工。f、合金冷加工中間退火溫度為550℃-650℃。g、兩次退火中間總加工率不超過50%。
5.如權(quán)利要求4所述制造方法，其特征是成品前加工率為25-35%。
6.如權(quán)利要求4所述方法，其特征是a、采用工頻感應(yīng)電爐熔煉，以半連續(xù)方法進(jìn)行鑄造，澆注速度控制在45-55秒/100mm范圍內(nèi)。b、鑄錠于710℃±20℃加熱60-90分鐘進(jìn)行熱加工。冷加工中間退火溫度為590℃±10℃，保溫時(shí)間為60-90分鐘，兩次退火間加工率控制在25-35%。
全文摘要
本發(fā)明是用于制造硬幣的一種銅合金，該合金化學(xué)成分由銅、鋅、錫、鎳、錳、硼幾種元素組成，該合金色相美觀，呈金黃色；耐蝕、抗變色能力強(qiáng)；塑性好，易加工，適合大批量生產(chǎn)；生產(chǎn)成本低，資源豐富；防假性好。
文檔編號(hào)C22C9/04GK1061440SQ90106429
公開日1992年5月27日 申請(qǐng)日期1990年11月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年11月13日
發(fā)明者李景興, 于馥清, 馮安友, 杜景田, 歐陽東, 楊文甲, 何敬忠 申請(qǐng)人:沈陽有色金屬加工廠