專利名稱：用于硬幣、獎(jiǎng)?wù)录凹o(jì)念章的電鍍的坯料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金硬幣、獎(jiǎng)?wù)禄蚣o(jì)念章及制造這些硬幣、獎(jiǎng)?wù)禄蚣o(jì)念章用的坯料。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及硬幣、獎(jiǎng)?wù)禄蚣o(jì)念章及制造這些硬幣、獎(jiǎng)?wù)禄蚣o(jì)念章的坯料，與銅合金或鍍銅或包銅的硬幣相比具有更好的耐磨性，同時(shí)保持了銅的光澤及外觀。
近年來(lái)，由于造幣金屬成本的上升，促使許多國(guó)家尋求造價(jià)相對(duì)較低的合金硬幣以降低生產(chǎn)成本。各種銅和鋅以及鎳，鋁和其它金屬的合金都被采用并取得不同程度的成果。
大眾通常是根據(jù)硬幣的外觀來(lái)判斷其完美性，根據(jù)它們的面值，其外觀分別被期望為具有金、銀或銅的光澤。很重要的一點(diǎn)是隨著年代的增加或者遇有腐蝕的話，硬幣的顏色不會(huì)改變。除應(yīng)避免這些不良性質(zhì)之外，任何新的硬幣的重量也必須合乎要求并具有電和磁的特性，以便它們可以在自動(dòng)售貨機(jī)中使用。
對(duì)新合金硬幣的其它要求是它們必須不易于偽造，并具有供硬幣選擇裝置用的特別特征，必須具有較好的鑄造外觀，同時(shí)表面要有足夠的硬度避免過(guò)度磨損。另外，造價(jià)也應(yīng)較低。
1887年3月31日授權(quán)的加拿大專利NO.1，219，708及1986年4月1日授權(quán)的美國(guó)專利NO.4，579，761披露了一種用于生產(chǎn)具有金色光澤的硬幣及硬幣坯料的工藝，在這些硬幣及硬幣坯料上含有重量為8-16%最好為11～14%的錫，余額為銅的電鍍層。在核心表面的鍍層厚度大約為10～150μm，最好為30～50μm。這種硬幣及坯料具有金色的外觀，很適合于替代金幣。
由于精銅成本較高，造幣用的稱作合金族的，是組成為95%以上的銅及1%～4%的鋅及0～1%的錫且具有銅的特征性紅色的錫銅合金或當(dāng)今使用的其它種銅合金硬幣是較為昂貴的，發(fā)行硬幣所得到的利潤(rùn)，即硬幣面值和硬幣的生產(chǎn)成本之差正在變小或則出現(xiàn)虧損值。過(guò)去試圖在價(jià)值較低的核心上鍍純銅生產(chǎn)硬幣遇到了易腐蝕、易磨損的難題。據(jù)信這是由于銅的微粒較粗，有沉積孔隙及較差的耐磨損性造成的。
因此，本發(fā)明的目的就是要提供一種具有令人滿意的耐腐蝕及耐磨損性能的生產(chǎn)成本相對(duì)較低且具有銅的光澤及外觀，適合于取代生產(chǎn)成本相對(duì)較高的錫銅合金硬幣的硬幣。
本發(fā)明另外方面的目的就是提供一種具有適當(dāng)?shù)奶匦赃m合于在由硬幣操作的自動(dòng)售貨機(jī)中使用的銅合金硬幣。
按照本發(fā)明，一種與核心坯料結(jié)合的低錫青銅合金。具有細(xì)小微粒的微密鍍層所以有較好的抗腐蝕性。由于在兩種金屬之間只有較微弱的電化銹蝕及密度更大的電鍍層，可以認(rèn)為所提供的錫銅合金與純銅相比較能更好地保護(hù)所述的鋼基板。
加入范圍在0.5～8%的錫，極大地增加了當(dāng)作為流通硬幣時(shí)其合金鍍層的耐磨性。
前述的目的及其它目的可通過(guò)一個(gè)電鍍的并在其至少一面能夠鑄造上圖案的硬幣坯料得到，它包括由第一種金屬材料構(gòu)成的核心坯料，所述核心坯料具有正反兩面及周圍的側(cè)邊緣，所述表面的至少一面可用鑄造壓模壓鑄，以及一個(gè)第二種金屬材料的電鍍層將所述的核心坯料包裹。在至少所述的可壓鑄的表面形成厚度為5μm～50μm左右的表面層，所述的第二種金屬材料含有重量為0.5～8.0%左右最好為2%～8%的錫，余額為銅及附帶的雜質(zhì)。
這種物體可通過(guò)這樣一種工藝制造包括提供一種具有規(guī)定大小的第一種金屬材料的核心坯料，它有正反兩面及周圍側(cè)邊緣，在所述面的至少一面是可通過(guò)鑄造壓模壓鑄的，用第二種金屬材料對(duì)所述核心坯料電鍍使其完全包裹所述的核心坯料。借此，在至少所述的可壓鑄面形成厚度為5μm～50μm左右的冶金地粘著的表面，所述的第二種金屬材料含有重量為0.5%～8.0%，左右，最好為2%～8%左右的錫，余額為銅及附帶的雜質(zhì)。
現(xiàn)在參照下面的實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明的方法及用該方法生產(chǎn)的產(chǎn)品進(jìn)行描述，其中，

圖1是顯示經(jīng)過(guò)退火處理的與銅結(jié)合的鋼(C-B-S)及按本發(fā)明方法生產(chǎn)的與錫銅合金的鋼(B-B-S)的顯微結(jié)構(gòu);
圖2是顯示時(shí)間進(jìn)程中由于磨損造成的厚度損失。
盡管前述的描述及下面的實(shí)施例涉及的是硬幣坯料，但是應(yīng)當(dāng)理解。在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求中便用的詞“硬幣”意在包括硬幣，獎(jiǎng)?wù)录凹o(jì)念章及用于它們的坯料。此外，盡管下面實(shí)例中，核心坯料的金屬坯料的金屬材料被舉例為低碳鋼，應(yīng)當(dāng)理解，所述的核心材料可以包括如鐵、低碳鋼、不銹鋼、鎳、鍍鎳鋼、鋅，或者鋅，銅合金或各種含有鋅和/或鎳和/或錫的銅合金，以及鋁或適當(dāng)?shù)赜杼幚砗蟮匿X合金。
所述的核心坯料必須足夠的軟以便在鑄造過(guò)程中由硬幣鑄模成型，比較好的是，所述核心也可在電鍍前或電鍍后進(jìn)行退火，使坯料及其鍍層具有比較滿意的較低的硬度以便造幣。在電鍍后進(jìn)行退火也有利于通過(guò)在電鍍的低錫銅層與核心材料之間的相互擴(kuò)散產(chǎn)生一種冶金的結(jié)合。如果核心材料同鋅一樣已足夠軟適于壓鑄，也可不用退火。
在退火前或后，可對(duì)所述核心坯料拋光使帶鍍層的坯料具有滿意的光澤。
實(shí)例1將一批壓邊的由低碳鋼制成的重量約949克的硬幣坯料裝入多孔的，可旋轉(zhuǎn)的、水平長(zhǎng)度為15cm，直徑為10cm的電鍍套筒。所述套筒首先經(jīng)過(guò)清洗過(guò)程，包括按順序地在含有10%洗滌劑的溶液中，冷水，含有10%鹽酸的溶液和第二次冷水清洗后，然后將所述坯料浸入含有銅、錫氫氧化砷及氰化鉀的堿性的氰化物的錫銅電鍍液中。一個(gè)1.5安培的電流加于電鍍液持續(xù)1.8小時(shí)左右，而電鍍液的溫度保持在55℃～60℃之間。
將坯料從電鍍液取出后，發(fā)現(xiàn)坯料的總重量增加了58.7g的量，相當(dāng)于其總重量的5.82%。對(duì)所述的這些坯料的濕法分析表明已鍍上了2.12%重量的錫。
電鍍后，硬幣坯料在有氫存在的700℃溫度的還原空氣中退火15分鐘。發(fā)現(xiàn)硬幣坯料在其面上的電鍍厚度接近21μm，在其邊緣接近30μm。
這種鍍層是冶金地粘著到鋼質(zhì)坯料上的，與圖1顯微結(jié)構(gòu)顯示的與類似粘著的純銅相比具有更精細(xì)微粒的沉積。
按本發(fā)明的方法制備的與錫銅合金結(jié)合的鋼質(zhì)硬幣坯料和與銅結(jié)合的鋼質(zhì)坯料及加拿大一分硬幣坯料一起進(jìn)行耐腐蝕及耐磨損性評(píng)測(cè)。
硬幣試驗(yàn)樣本的參數(shù)如表1所示。
在腐蝕試驗(yàn)中，硬幣或坯料被浸入2% NaCl溶液中4小時(shí)。在每種10個(gè)坯料樣本進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
黑色銹點(diǎn)只出現(xiàn)在鍍銅的鋼質(zhì)樣本上，所有銹點(diǎn)的大小都小于1毫米。
實(shí)例3每種坯料取16個(gè)樣本在旋轉(zhuǎn)桶中做磨損試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，樣本在具有由橡膠作襯基的布質(zhì)襯里的旋轉(zhuǎn)的園柱型桶中滾動(dòng)，在桶的周圍邊緣有一個(gè)凸起，使樣本每轉(zhuǎn)一次產(chǎn)生翻滾。在側(cè)面有一個(gè)裝入孔。在開(kāi)始時(shí)，對(duì)每件樣本稱量，浸入人造汗水中，封入圓柱型桶中旋轉(zhuǎn)，每隔100個(gè)小時(shí)重復(fù)試驗(yàn)周期。在長(zhǎng)邊300小時(shí)試驗(yàn)過(guò)程中，樣本累加的平均表面厚度損失作為試驗(yàn)時(shí)間的函數(shù)如圖2所示。鍍有錫銅合金的鋼質(zhì)樣本與鍍銅的鋼質(zhì)樣本及加拿大一分硬幣樣本相比顯示了更好的耐磨性，在整個(gè)300小時(shí)的試驗(yàn)時(shí)間間隔中，后二種樣本耐磨性很相似。
總的來(lái)說(shuō)，鍍錫銅合金鋼質(zhì)坯料在耐腐蝕及耐磨損試驗(yàn)中都優(yōu)于鍍銅鋼質(zhì)坯料。
所述鋼質(zhì)核心坯料是足夠軟的，以便清晰地顯現(xiàn)鑄模中壓鑄的圖案而不在這種鑄造中產(chǎn)生過(guò)分的磨損，電鍍合金層則顯現(xiàn)足夠的表面硬度使得在延長(zhǎng)的磨損試驗(yàn)中，壓鑄的圖案不會(huì)磨損掉。
雖然本發(fā)明特別適于生產(chǎn)法定貨幣中的硬幣，但應(yīng)當(dāng)理解，在生產(chǎn)獎(jiǎng)?wù)?，紀(jì)念章和金屬標(biāo)鑒時(shí)也是很有用的。本發(fā)明的其它實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的，本發(fā)明的范圍由附后的權(quán)利要求書(shū)所限定。
權(quán)利要求
1.一種電鍍的在至少一個(gè)面有壓鑄圖案的坯料，包括第一種金屬材料的核心坯料，所述的核心坯料具有正反兩面，及側(cè)邊緣，所述的面的至少一面可用鑄造壓模壓鑄，以及第二種金屬材料的電鍍層，完全包裹住所述的核心坯料，并在所述的至少一個(gè)可壓鑄面提供大約5μm～大約50μm的表面厚度，所述的第二種金屬材料含有0.5%～8.0%左右重量的錫，余額為銅。
2.權(quán)利要求1所述的坯料，其中所述的第一種金屬材料是從下面一組包括鐵、低碳鋼不銹鋼，鎳，鍍鎳鋼，鋅及鋅合金，銅及銅合金，鎂及鎂合金以及經(jīng)過(guò)予處理的鋁及鋁合金中選出的至少一種。
3.權(quán)利要求2所述的坯料，其中所述的第二種金屬材料含有重量為2%左右的錫，余者為銅。
4.一種電鍍的硬幣，在其至少一個(gè)面上有壓鑄的圖案，包括由第一種金屬材料構(gòu)成的具有正反而及側(cè)邊緣的硬幣坯料，具有足夠的軟度在鑄造中易于用硬幣壓模成型，及第二種金屬材料的電鍍層完全包裹住所述的坯料，它包含有重量為0.5%～8.0%左右的錫，余額為銅，面的厚度為5μm～50μm左右，在電鍍鍍層后用壓鑄的方式形成所述的圖案。
5.權(quán)利要求4所述的硬幣，其中第一種及第二種材料經(jīng)熱處理后互相擴(kuò)散形成冶金結(jié)合。
6.權(quán)利要求5所述硬幣，其中第一種金屬材料是從一組包括鐵低碳鋼，不銹鋼，鎳、鍍鎳鋼，鋅及鋅合金，銅及銅合金，鎂及鎂合金，及經(jīng)過(guò)予處理的鋁及鋁合金中選出的至少一種。
7.權(quán)利要求5所述的硬幣，其中所述的第一種金屬材料包括鐵低碳鋼或不銹鋼。
8.權(quán)利要求5所述的硬幣，其中第一種金屬材料包括鎳，鎳合金或鍍鍍鎳鋼。
9.權(quán)利要求5所述的硬幣，其中第一種金屬材料包括鋅或鋅合金。
10.權(quán)利要求5所述的硬幣，其中第一種金屬材料包括銅或銅合金。
11.權(quán)利要求5所述硬幣，其中第一種金屬材料包括鎂或鎂合金。
12.權(quán)利要求5所述的硬幣，其中第一種金屬材料包括鋁、或鋁合金。
13.權(quán)利要求5所述的硬幣，其中第一種金屬材料是低碳鋼而第二種金屬材料包含重量為2%左右的錫、余額為銅。
14.一種在至少一個(gè)面上具有壓鑄圖案的電鍍的硬幣，包括從低碳鋼及不銹鋼材料中選出的核心坯料，具有正反兩面和側(cè)邊緣，在至少一個(gè)所述的面上是可通過(guò)鑄造壓鑄的，并且有銅合金的電鍍層完全包裹住所述的核心坯料，在至少所述的可壓鑄面上形成5μm～50μm左右厚度的表面層，所述銅合金含有重量為0.5%～8.0%左右的錫。余額為銅。所述圖案被壓鑄在至少所述的可壓鑄表面上。
15.權(quán)利要求14所述的硬幣，其中所述的銅合金鍍層和所述的核心坯料材料由于熱處理形成冶金的結(jié)合。
16.一種能夠在至少一個(gè)面上具有壓鑄圖案的坯料的生產(chǎn)方法包括提供一種第一種金屬材料的具有規(guī)定大小的核心坯料，具有正反兩面和周圍邊緣，至少所述的一個(gè)面可用鑄造壓模壓鑄，對(duì)所述坯料同第二種金屬材料電鍍以完全包裹住所述的核心坯料，在至少所述的可壓鑄面形成5μm～50μm左右的表面厚度，所述的第二種金屬材料含有重量為0.5%～8.0%左右的錫，余額為銅及附帶的雜質(zhì)，及在所述的電鍍的可壓鑄的面上壓鑄所述的圖案。
17.權(quán)利要求16的方法，其中所述的核心坯料在電鍍前在稀釋酸中清洗。
18.權(quán)利要求16的方法，其中所述的核心坯料在電鍍前進(jìn)行退火。
19.權(quán)利要求16的方法，其中所述的核心坯料在電鍍后和鑄造前進(jìn)行退火，以在電鍍層和核心材料之間形成冶金的結(jié)合。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述的退火是在700℃的還原空氣中有還原氣體如氫氣存在下進(jìn)行的。
21.一種生產(chǎn)至少一個(gè)面上具有壓鑄圖案的電鍍的硬幣的方法包括提供一種由第一種金屬材料構(gòu)成的具有正反兩面及側(cè)邊緣的及規(guī)定大小的硬幣坯料，它具有足夠的軟度以便易于在硬幣鑄造壓模中成型;對(duì)所述的硬幣坯料用第二種金屬材料電鍍，完全包裹住所述坯料。鍍層具有大約5μm～50μm的表面厚度，所述的第二種金屬材料含有重量為0.5～8%左右的錫，余額為銅。在所述的電鍍的坯料的至少一個(gè)面上用至少一種硬幣鑄造壓模壓鑄其表面形成圖案。
22.權(quán)利要求21的方法，包括在電鍍前利用退火軟化所述硬幣坯料步驟。
23.權(quán)利要求22的方法，包括在電鍍后及在其上形成圖案前利用退火軟化所述坯料的步驟。
全文摘要
一種電鍍坯料，可以在其至少一個(gè)表面上壓鑄出圖形、徽案以形成硬幣、獎(jiǎng)?wù)禄蚣o(jì)念章，所述坯料具有正反的兩面和側(cè)邊緣及包含有0.5～8％重量的錫及余額為銅的電鍍層，完全包圍住所述的坯料。在至少所述的要被壓鑄的面形成的鍍層厚度為5μm～50μm左右。
文檔編號(hào)C25D5/50GK1065426SQ9110203
公開(kāi)日1992年10月21日 申請(qǐng)日期1991年4月1日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月1日
發(fā)明者米特蘇艾·亞尤達(dá), 邁克爾·約翰·哈維·拉科, 阿蘭·H·李 申請(qǐng)人:謝爾里特·戈登礦有限公司