CN101532155A - 一种多层电镀造币材料的应用工艺及其产品 - Google Patents

一种多层电镀造币材料的应用工艺及其产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多层电镀造币材料的应用工艺及其产品，该工艺特点是将造币材料经多层电镀后应用在硬币坯饼的制造上，其多层电镀是在造币材料上依次电镀镍铁合金层及镍层、或者依次电镀镍铁合金层、铜层及镍层，其具体工艺包括：碱洗、电化学洗、活化处理、电镀镍铁合金层、铜层和镍层工序。本发明可降低生产成本，提高生产效率，所制得的硬币坯饼工艺加工性能好，具有特殊的电磁信号，加强了流通硬币的机读防伪性能，同时解决了镍铁合金作为表面镀层在潮湿环境下耐蚀性不佳的问题。

Description

一种多层电镀造币材料的应用工艺及其产品
技术领域
本发明涉及造币技术领域，具体地说是一种多层电镀造币材料的应用工艺及其产品。
背景技术
镍铁合金镀层具有优良的磁学、电学和力学性能，结晶细致，覆盖能力强，有良好的光亮性、整平性、均匀性、延展性和耐腐蚀性。镍铁合金镀层广泛用作防护装饰、耐磨性材料，是重要的功能磁性材料，电沉积镍铁合金成本低，镀层中铁含量可调节，几乎能在任何导电基体上沉积。
镍铁合金电沉积的最早研究是用于防护和装饰，可节约价格昂贵的镍。上个世纪四、五十年代，电镀镍铁合金的探索研究便开始了，但在较长时间内镍铁合金电镀发展迟缓，主要原因在于铁是镀镍的有害杂质，其存在使镍镀层出现针孔、龟裂、分层、疏松、发黑、脱落现象。随着各种电镀添加剂的开发问世，上世纪末，电镀镍铁合金研制成功并很快在工业上得到应用。但镍铁合金镀层在潮湿环境下易锈蚀，不适合作为硬币的表面镀层使用，而且作为在造币上的应用，对镀层的硬度、韧性、及电磁性能等都有更高更严格的要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种多层电镀造币材料的应用工艺及产品，其工艺降低了造币成本；产品具有特殊电磁性能，加强了流通硬币的机读防伪性能及提高了其工艺加工性能，同时解决了镍铁合金作为表面镀层在潮湿环境下耐蚀性不佳的问题。
实现本发明目的的具体技术方案是：
一种多层电镀造币材料的应用工艺，特点是该工艺是将造币材料经多层电镀后应用于制造硬币坯饼，其多层电镀是在造币材料上依次电镀镍铁合金层及镍层、或者依次电镀镍铁合金层、铜层及镍层，具体按下述步骤进行：
(1)、电镀镍铁合金层
a、碱洗
将造币材料放入PH值为12的洗涤液中，洗涤液以40～60g/L的碱性清洗剂配制，温度为60～65℃进行1～2分钟清洗，然后用去离子水漂洗；
b、电化学洗
将上述碱洗后的造币材料在pH值为12的阳极液中，阳极液以60～75g/L的阳极清洗剂配制，以温度60～65℃，电压5V，电流密度小于8A/dm2，进行1～3分钟的电化学清洗，然后用去离子水漂洗；
c、活化
将上述电化学清洗后的造币材料在浓度为0.6mol/L的HCL溶液中，温度20～25℃，进行3～6分钟的酸活化，然后用去离子水漂洗；
d、镀镍铁合金层
将上述活化后的造币材料放入pH值为3.0～4.0的镍铁合金电镀液中，在45～55℃温度下电镀镍铁合金层，电流密度为4.0～5.0A/dm3。
(2)、电镀铜层
a、活化
将上述电镀镍铁合金层的造币材料在浓度为30～40g/L，温度为20～25℃的氟化氢铵溶液中进行1～2分钟的活化，然后用去离子水漂洗；
b、镀铜层
将上述活化后的造币材料放入金属铜电镀液中，在室温下电镀铜层，电流密度为4～4.5A/dm3。
(3)、电镀镍层
a、活化
将上述电镀铜层的造币材料在浓度为30～40g/L，温度为20～25℃的氟化氢铵溶液中进行1～2分钟的活化清洗，然后用去离子水漂洗；
b、镀镍层
将上述活化后的造币材料放入pH值为2.4～2.6的金属镍电镀液中，在55～60℃温度下镀制镍层，其电流密度为6.0～6.5A/dm3。
所述镍铁合金电镀液按下列组分配制：
硫酸镍：                 100～250g/L
氯化镍：                 40～80g/L
硼酸：                   40～70g/L
硫酸亚铁：               15～25g/L
滚镀镍铁合金安定剂：     15～25ml/L
滚镀镍铁合金辅助剂：     20～35ml/L
滚镀镍铁合金主光剂：     0.2～1.0ml/L
所述金属铜电镀液按下列组分配制：
硫酸铜：                 200～250g/L
硫酸：                   45～90g/L
所述金属镍电镀液按下列组分配制：
氨基磺酸镍：             350～450g/L
硼酸：                   35～50g/L
所述碱性清洗剂按下列组分配制：
氢氧化钠：               40.0～44.0％
碳酸钠：               25.0～30.0％
葡萄糖酸钠；           2.0～3.0％
壬基苯酚：             1.5～2.5％
硅酸钠：               8.0～10.0％
三磷酸钠：             8.0～10.0％
EDTA：                 8.0～10.0％
十二烷基苯硫酸钠：     1.5～2.5％
所述阳极清洗剂按下列组分配制：
氢氧化钠：             40.0～44.0％
碳酸钠：               20.0～25.0％
葡萄糖酸钠；           3.0～5.0％
偏硅酸钠：             20.0～24.0％
三聚磷酸钠：           4.5～6.0％
由多层电镀造币材料制造的硬币坯饼，具有基材外包覆两层或三层不同金属层结构。
本发明的电镀采用镍铁合金作为打底层，镍作为表层，中间根据要求选择是否镀铜层，可以降低造币成本；制得的硬币坯饼具有不同的电磁信号，加强了流通硬币的机读防伪性能，并且工艺加工性能好；同时解决了镍铁合金作为表面镀层在潮湿环境下耐蚀性不佳的问题。
附图说明
图1为本发明工艺流程图
图2为本发明硬币坯饼结构示意图
图3为本发明硬币坯饼另一实施例结构示意图
具体实施方式
实施例1
在造币材料(金属饼状材料)上依次电镀镍铁合金层及镍层具体按下述步骤进行：
(1)、电镀镍铁合金底层
a、碱洗
将金属饼状材料放入碱洗槽中，碱洗液以48g/L的碱性清洗剂配制，PH值为12，温度为65℃，滚筒转速为7r/min进行1分钟清洗，然后用去离子水漂洗。碱性清洗剂由氢氧化钠：41.8％、碳酸钠：25.0％、葡萄糖酸钠：2.2％、壬基苯酚1.8％、硅酸钠9.2％、三磷酸钠9.2％、EDTA9.0％、十二烷基苯硫酸钠1.8％组成。
通过碱性清洗可初步去除上述饼状材料上的油污，碱性清洗包括了皂化及乳化的化学除油过程，其中动、植物油的油脂在碱性溶液中发生皂化反应，形成水溶性的肥皂和甘油而达到除油效果，矿物油或其他非皂化性油脂则通过乳化剂的乳化作用，逐渐从金属表面脱离形成乳浊液从而达到除油效果。
b、阳极清洗
将上述碱洗后的饼状材料放入阳极清洗槽中，电解液以60g/L的阳极清洗剂配制，PH值为12，以温度60℃，电压5V，电流密度为7.5A/dm2，进行2分钟的电化学清洗，然后用去离子水漂洗。阳极清洗剂由氢氧化钠：51.0％、碳酸钠：20.0％、葡萄糖酸钠：4.0％、偏硅酸钠：20.0％、三聚磷酸钠：5.0％组成。
阳极清洗即电化学除油，是将镀件放在碱性溶液中作为阳极，铁板(或钛板)作为阴极，通电进行电解除油，然后用去离子水漂洗。
c、活化
将上述电化学清洗后的饼状材料放入活化槽中，活化液为浓度为0.6mol/L的HCL溶液，温度20℃，进行6分钟的酸活化，然后用去离子水漂洗。
酸活化是一个表面活化过程，一方面能去除造币钢芯材料在传输和运送过程中新形成的氧化物薄层，另一方面又能使金属表面受到轻微刻蚀而呈现出金属的结晶组织，有利于镀层与基体良好结合。
d、镀镍铁合金
将上述活化清洗后的饼状材料放入镀镍铁合金槽中，镍铁合金电镀液PH值为3.0，在50℃温度下电镀镍铁合金层，其电流密度为5.0A/dm3，此沉积的镍铁合金镀层平整光滑、结晶细致、与基体结合力良好、方便在其上再镀铜或镍。
镍铁合金电镀液由硫酸镍180g/L，氯化镍50g/L，硼酸50g/L，硫酸亚铁25g/L，滚镀镍铁合金安定剂15ml/L，滚镀镍铁合金主光剂0.2ml/L，滚镀镍铁合金辅助剂25ml/L配制而成。
(2)、电镀表面镍层
a、活化
将上述电镀镍铁合金层后的饼状材料放入活化槽中，活化液为浓度为30g/L的氟化氢铵溶液，温度为20℃，进行2分钟的活化，然后用去离子水漂洗。活化处理使电镀镍铁合金层表面处于良好的活化状态，利于在其表层在继续施镀其他金属。
b、镀镍
将上述活化清洗后的饼状材料放入镀镍槽中，镀镍液由氨基磺酸镍400g/L，硼酸35g/L，温度60℃，PH值2.5，电流密度6.5A/dm3进行电镀镍层。
参阅图2，由实施例1的饼状材料制成的硬币坯饼具有基材1外包覆镍铁合金层2、镍层3的结构，硬币坯饼经700℃热处理后，可得到具有不同于目前国际上流通硬币的电磁信号，硬币坯饼的镍铁合金镀层厚约10微米，铁含量约30％，镍镀层厚约10微米，它的耐磨性、耐蚀性及边部效应与现有技术相比均有所改善，与单层镀20微米镍的产品相比最多可节约镍15％。
实施例2
在造币材料(金属饼状材料)上依次分别电镀镍铁合金层、铜层和镍层，其具体电镀工艺按下述步骤进行：
(1)、电镀镍铁合金底层
a、碱洗
将金属饼状材料放入碱洗槽中，碱洗液以55g/L的碱性清洗剂配制，PH值为12，温度为60℃，滚筒转速为8r/min进行2分钟清洗，然后用去离子水漂洗。碱性清洗剂由氢氧化钠：43.5％、碳酸钠：28.0％、葡萄糖酸钠：3.0％、壬基苯酚2.2％、硅酸钠10.0％、三磷酸钠10.0％、EDTA9.5％、十二烷基苯硫酸钠2.0％组成。
通过碱性清洗可初步去除上述饼状材料上的油污，碱性清洗包括了皂化及乳化的化学除油过程，其中动、植物油的油脂在碱性溶液中发生皂化反应，形成水溶性的肥皂和甘油而达到除油效果，矿物油或其他非皂化性油脂则通过乳化剂的乳化作用，逐渐从金属表面脱离形成乳浊液从而达到除油效果。
b、阳极清洗
将上述碱洗后的饼状材料放入阳极清洗槽中，电解液以70g/L的阳极清洗剂配制，PH值为12，温度65℃，电压5V，电流密度为7.0A/dm2，进行1分钟的电化学清洗，然后用去离子水漂洗。阳极清洗剂由氢氧化钠：53.0％、碳酸钠：25.0％、葡萄糖酸钠：4.50％、偏硅酸钠：22.0％、三聚磷酸钠：5.8％组成。
阳极清洗即电化学除油，是将镀件放在碱性溶液中作为阳极，铁板(或钛板)作为阴极，通电进行电解除油，然后用去离子水漂洗。
c、活化
将上述电化学清洗后的饼状材料放入活化槽中，活化液为浓度为0.7mol/L的HCL溶液，温度20℃，进行6分钟的酸活化，然后用去离子水漂洗。
酸活化是一个表面活化过程，一方面能去除造币钢芯材料在传输和运送过程中新形成的氧化物薄层，另一方面又能使金属表面受到轻微刻蚀而呈现出金属的结晶组织，有利于镀层与基体良好结合。
d、镀镍铁合金
将上述清洗活化后的饼状材料放入镀镍铁合金槽中，镍铁合金电镀液PH值为4.0，在55℃温度下电镀镍铁合金层，其电流密度为4.5A/dm3，此沉积的镍铁合金镀层平整光滑、结晶细致、与基体结合力良好、方便在其上再镀铜或镍。
镍铁合金电镀液由硫酸镍200g/L，氯化镍70g/L，硼酸60g/L，硫酸亚铁20g/L，滚镀镍铁合金安定剂20ml/L，滚镀镍铁合金主光剂0.5ml/L，滚镀镍铁合金辅助剂30ml/L配制而成。
(2)、电镀中间铜层
a、活化
将上述电镀镍铁合金后的饼状材料放入活化槽中，活化液为浓度为35g/L的氟化氢铵溶液，温度为20℃，滚筒转速为8r/min，进行2分钟的活化，然后用去离子水漂洗。
由于镍铁合金易钝化，潮湿环境下易锈蚀，因此在其表面进行电镀其他金属前，要进行特殊的活化工艺，使镍铁合金表面处于良好的活化状态，利于在其表层在继续施镀其他金属。
b、镀铜
将上述清洗活化后的饼状材料放入镀铜槽中，镀铜液由硫酸铜200g/L，硫酸70g/L配制而成，在室温(25℃)下电镀铜层，其电流密度为4.2A/dm3。
(3)、电镀表面镍层
a、活化
将上述电镀铜层后的饼状材料放入活化槽中，活化液为浓度为40g/L的氟化氢铵溶液，温度为25℃，进行1分钟的活化，然后用去离子水漂洗。活化处理使电镀铜层表面处于良好的活化状态，利于在其表层在继续施镀其他金属。
b、镀镍
将上述清洗活化后的饼状材料放入镀镍槽中，镀镍液由氨基磺酸镍450g/L，硼酸45g/L配制而成，温度55℃，PH值2.5，电流密度6.2A/dm3进行电镀镍层。
参阅图3，由实施例2的饼状材料制成的硬币坯饼具有基材l外包覆镍铁合金层2、铜层4、镍层3的结构，硬币坯饼经800℃热处理后，可得到具有不同于目前国际上流通硬币的电磁信号，硬币坯饼的镍铁合金镀层厚约8微米，铁含量约30％，铜镀层厚约8微米，镍镀层厚约8微米，它的耐磨性、耐蚀性及边部效应与现有技术相比均有所改善，与单层镀24微米镍的产品相比最多可节约镍56％。
以上各实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明专利，本发明也可应用于其它领域，凡为本发明等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。

Claims (7)

1、一种多层电镀造币材料的应用工艺，其特征在于该工艺是将造币材料经多层电镀后应用于制造硬币坯饼，其多层电镀是在造币材料上依次电镀镍铁合金层及镍层、或者依次电镀镍铁合金层、铜层及镍层，具体按下述步骤进行：
(1)、电镀镍铁合金层
a、碱洗
将造币材料放入PH值为12的洗涤液中，洗涤液以40～60g/L的碱性清洗剂配制，温度为60～65℃进行1～2分钟清洗，然后用去离子水漂洗；
b、电化学洗
将上述碱洗后的造币材料在pH值为12的阳极液中，阳极液以60～75g/L的阳极清洗剂配制，以温度60～65℃，电压5V，电流密度小于8A/dm2，进行1～3分钟的电化学清洗，然后用去离子水漂洗；
c、活化
将上述电化学清洗后的造币材料在浓度为0.6mol/L的HCL溶液中，温度20～25℃，进行3～6分钟的酸活化，然后用去离子水漂洗；
d、镀镍铁合金层
将上述活化后的造币材料放入pH值为3.0～4.0的镍铁合金电镀液中，在45～55℃温度下电镀镍铁合金层，电流密度为4.0～5.0A/dm3；
(2)、电镀铜层
a、活化
将上述电镀镍铁合金层的造币材料在浓度为30～40g/L，温度为20～25℃的氟化氢铵溶液中进行1～2分钟的活化，然后用去离子水漂洗；
b、镀铜层
将上述活化后的造币材料放入金属铜电镀液中，在室温下电镀铜层，电流密度为4～4.5A/dm3；
(3)、电镀镍层
a、活化
将上述电镀铜层的造币材料在浓度为30～40g/L，温度为20～25℃的氟化氢铵溶液中进行1～2分钟的活化清洗，然后用去离子水漂洗；
b、镀镍层
将上述活化后的造币材料放入pH值为2.4～2.6的金属镍电镀液中，在55～60℃温度下镀制镍层，其电流密度为6.0～6.5A/dm3。
2、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述镍铁合金电镀液按下列组分配制：
硫酸镍：                    100～250g/L
氯化镍：                    40～80g/L
硼酸：                      40～70g/L
硫酸亚铁：                  15～25g/L
滚镀镍铁合金安定剂：        15～25ml/L
滚镀镍铁合金辅助剂：        20～35ml/L
滚镀镍铁合金主光剂：        0.2～1.0ml/L
3、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述金属铜电镀液按下列组分配制：
硫酸铜：     200～250g/L
硫酸：       45～90g/L
4、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述金属镍电镀液按下列组分配制：
氨基磺酸镍：        350～450g/L
硼酸：              35～50g/L
5、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述碱性清洗剂按下列组分配制：
氢氧化钠：         40.0～44.0％
碳酸钠：           25.0～30.0％
葡萄糖酸钠；       2.0～3.0％
壬基苯酚：         1.5～2.5％
硅酸钠：           8.0～10.0％
三磷酸钠：         8.0～10.0％
EDTA：             8.0～10.0％
十二烷基苯硫酸钠： 1.5～2.5％
6、根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所述阳极清洗剂按下列组分配制：
氢氧化钠：             40.0～44.0％
碳酸钠：               20.0～25.0％
葡萄糖酸钠；           3.0～5.0％
偏硅酸钠：             20.0～24.0％
三聚磷酸钠：           4.5～6.0％
7、一种由权利要求1得到的硬币坯饼，其特征在于所述硬币坯饼为基材外包覆两层或三层不同金属层结构。
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