CN1022699C - 硬币坯件、硬币和类似制品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及硬币坯件、硬币和类似制品及其制造方法。所述硬币坯件、硬币和类似制品采用在钢上镀以镍-铜或镍-铜-镍的多层镀层。所述的制造方法包括将黑色金属坯体经预镀镍后，先以低电流密度，再以最大电流密度镀铜，以将跨镀减至最小程度。最好再镀一层镍表层，以低电流密度起始，随后以最大电流密度镀覆。在镀最终一层镍之前或之后进行退火。

Description

本发明涉及电镀硬币坯件、硬币及类似制品如徽章的制造方法。具体来说，本发明涉及镀镍硬币坯件和硬币，但本发明可用来生产外表层为铜的硬币。

硬币向来用镀镍的钢来制造，但在镀层未完全覆盖钢的针孔处，存在着发展成锈点的可能。针孔可因镍镀层中的表面现象而产生，或者可因钢表面上的微孔而产生。

精压时，压模将金属拉伸，尤其在硬币的边缘上。由于这种拉伸，针孔得以扩展，暴露出钢。镀层中的裂纹也可能在边缘处发展。这两种现象中的任何一者，都会引起锈蚀。

倘若镀层中存在微孔，而且这些微孔在电镀过程中被跨镀（即镀层未将微孔填满，仅在表面上将孔盖住），则所截留的空气可在精压过程中冒出微孔，产生起泡。这是造币时的一个严重问题，据知，有些造币厂家以小钢丸撞击金属，试图将起泡和针孔问题减至最小程度。

精压时暴露出来的另一个问题被称为“点状爆裂（starbursts）”。镀镍过程中，镍层上会产生一些尖峰。精压时，这些疵点会被轧掉或压偏。此种磨擦作用会擦伤压模表面。

本发明的目的是，提供电镀硬币坯件和硬币，并提供在克服上述问题方面比目前作法有显著改进的此类硬币坯件和硬币制造方法。

在本发明的较佳实施方案中，我们采用多层镀层，即在钢上镀以镍/铜/镍。由于铁由一层铜保护，而铜在电化序中电位为+0.34V，它与电位为-0.44V的铁和电位为-0.25V的镍相比，具正电位，故而铁就不太可能被氧化。此外，由于采用三层体系，某一层中所存在的微孔就不大可能贯通所有三层，使铁裸露。如果钢表面有微孔存在，微孔就有可能被三层中的至少一层所覆盖。即使只镀镍/铜，以铜为表层，也能获得本发明的某些优点。

电镀包括铜和镍的多层体系，已知供例如电镀汽车保险杠之用。举例来说，授权日为1983年11月29日的美国专利US4.418，125述及了相继镀以镍、镉、铜、镍及铬诸镀层的钢。此外，加拿大 专利CA369，046，（1936年8月15日授权）也公开了先镀一层镍，继而镀铜，再镀镍，从而铜会直观表明抛光是否不当。随着镍、铜和镍相继各层在硬币上的应用，出现一些问题，这些问题在汽车保险杠制造中，至少未以同样的程度遇到过。最严重的问题之一，是起泡问题。如前所述，这是由于在微孔所截留气体上的跨镀层经精压时的加压所致。这种跨镀，尤其可能因多层电镀而产生。另一个问题是造币时出现的严重机械变形和拉伸的问题。

因此，本发明的另一目的是，提供一种能在精压过程中将各问题减到最小程度的多层电镀操作方法。

本发明优选提供一种制备硬币坯件、硬币或类似制品的方法，该方法包括：

a）清理黑色金属坯体，使其表面上基本不存在氧化物、油类或污垢;

b）在所述坯体上电镀一层预镀镍层;

c）在预镀镍层上电镀一层铜，起始时用低电流密度镀此铜层，接着在组成相同的镀液中以最大电流密度镀此铜层，以将微孔上的跨镀减到最小程度，或者避免跨镀产生;

d）优选在铜层上电镀一层镍表层，起始时以低电流密度镀以镍层，接着在组成相同的镀液中以最大电流密度镀此镍层，以将微孔上的跨镀减到最小程度，或者避免跨镀产生;

e）以中等温度将铜退火，以提高其可延压性而不致产生起泡，此步骤或在镀表层镍之前进行，或在镀表层镍之后进行;

f）在最终产品为硬币时，则在精压工序中进行压制，不会使黑色金属裸露的微孔或裂纹发展。

本发明还包括由该方法制得的硬币和硬币坯件。

附图说明了本发明的一种较佳实施方案。其中，图1为横截面示意图，示出镀铜开始时以低电流密度，接着又以最大电流密度镀铜时，铜分子层的沉积情况;图2为供对比用的横截面图，示出一开始即以高电流密度镀铜时，可能发生的情况，其中，a为高电流密度促使在孔边缘处枝状生长，b为随着镀铜沉积加快，在孔边缘处跨镀的可能性。

现在，我们要来更详细地讨论一下本发明的较佳实施方案。

按本发明制造硬币，由清理钢或其它黑色金属坯体开始进行。这些坯体为圆片状辅币，其直径约为厚度的十二倍。

圆形坯体或具其它几何形状的坯体，用低碳钢带切割而成，钢带含碳量低于0.02%，以0.01%或更小的含量为佳。然后，使之形成边状，得到光滑的圆周边缘，以便在电镀时避免硌伤或划伤，在以适当吨位模压硬币时有助于形成良好的硬币侧缘平面。

然后，在700-900℃无氧气氛中，使坯件退火并缓慢冷却。在缓慢冷却的条件，我们能够得到大约40R30T的硬度（该标记和下面类似的标记均表示用30kg基准压力，以1.59mm（1/16英寸）小球测量的洛氏表面硬度）。不经退火，则发现钢表面在强浸蚀时易被氧化。在氢气氛中进行退火，有助于除去钢表面上的氧化物。

尔后，将坯件装入旋转式镀桶中。此步加工中所用的坯件个数可从90变到200，依其大小而定。工艺过程说明中所给出的所有数字均指平均装载量为100个坯件。

电镀前，用标准清理操作来准备坯件，以供电镀之用。这可包括下列步骤中任何一种步骤或全部步骤：用特定的碱性洗涤剂洗涤坯件、淋洗、溶剂除油、电解清理，以及在去离子水中漂洗。

传统的方法是先用碱性溶液清洗，再用酸浸蚀液来清洗，此方法被认为可改善对镍或其它镀层的结合力。我们已发现，将这两步颠倒一下是有益的。我们先用酸浸蚀，紧接着迅速用稀氢氧化钠溶液洗涤，以缓冲酸。我们发现，用传统的清理方法，即使在电镀之前只经过一段短时间，也还会发生一点氧化。我们发现，颠倒次序即可使氧化大大减少。

浸蚀液可为10%盐酸溶液，用它在55℃下浸渍30秒。该溶液在上面提及的滚桶中使用，该桶在清理、强浸蚀和漂洗时，以每分钟10转的速度旋转。漂洗在弱碱性洗涤液中进行，以便将酸中和。适宜的漂洗液含有足量的氢氧化钠，以使溶液的pH值为9.0。

第二步骤是预镀镍，以沉积一层约为硬币最终重量0.8-1.2%的镍层。预镀镍所用的镍应当是低硫镍，也即暗镍，而不是被称为光亮镍的镍。预镀镍的适宜条件在下列实施例Ⅰ中加以说明。

实施例Ⅰ

将坯件快速镀以预镀镍层。镀液优先选用硫酸镍型瓦特槽液，因为它对钢的腐蚀性要比伍德预镀镍槽液要小。适宜的预镀镍槽液组成和操作参数均列于表Ⅰ中。

表Ⅰ

硫酸镍    300g/l

氯化镍    90g/l

硼酸    45g/l

pH    1-2

温度    60℃

电流密度 86A/m²

（8ASF）

所用的润湿剂为市售商品，由M&T化学品公司生产。其用量0.1%（体积）。此电镀步骤产生非常多孔的沉积层。

一般来说，对于5美分规格坯件一桶载量，预镀1%镍所需的时间约为30分钟，暗镍沉积层厚度为0.005mm（见表5）。

然后，将滚桶和镀件在冷水槽（cold    drag-out    water    tank）中漂洗去除带出的镀液进而用热水漂洗，最后用冷的去离水漂洗。

第三步骤是要镀一层铜。所镀的铜构成硬币最终重量的4-7%，最好为6%。每个坯件表面上的铜镀层的厚度为20-30μm。

我们优先选用酸性镀铜液来镀铜。虽然使用氰化物镀铜液时能量效率要高些，但用酸性镀铜液时可采用较高的电流密度，从而可节省时间，弥补能量效率较低之弊还有余。此外，氰化物镀液用起来还有危险，而且倘若处理不当，废液处置可造成环境问题。

我们发现，镀铜以为最大电流1/6至1/4的低电流开始，然后将电流增至最大，这是有益的。这对于将跨镀及随之发生的起泡减至最小程度或避免跨镀及随之而发生的起泡来说，是至关重要的。因此，镀铜应当以13-19A/m²（1.2-1.8ASF）的电流密度开始进行，起始阶段的时间约为15-20分钟。然后，将电流密度增至64-75A/m²（6-7ASF）来使铜镀层完善。

铜镀层应当具有均匀的光洁度，为最后的镀层打下良好的基础。因此，电解液中可包含有限量的润湿剂、载体（carrier）及光亮剂。各种市售作用剂中的任何一种作用剂均可使用。市售作用剂中的大多数都具专卖性质，故而只能以商品名来表示。可用作润湿剂、载体及光亮剂的物质，其例子有Barrel    CuBath    B-76整平剂（也可用作光亮剂）及Barrel    CuBath    B-76载体（两者均由Sel-Rex    Oxy    Metal    Imdustries公司出产），或者Deca-Lume    D-1-R、D-2-R及D-3-R（由M&T    Chemicals公司出产）。如前所述，润湿剂可以是Y-17（M&T    Chemicals公司出产）。

关于一定厚度所需电镀时间的具体数值，可用下列比例关系进行理论计算：

电化当量

元素    价数变化    g/f    mg/c    g/A·h

1    63.55    .6585    2.371

Cu    2    31.78    .3293    1.186

Ni    2    29.36    .3042    1.095

（g/f：克/法拉第;mg/c：毫克/库伦;

g/A·h：克/安培小时）

下列实施例Ⅱ将详细阐明镀铜操作。

实施例Ⅱ

接下来进行镀铜。镀铜通过将镀桶浸入酸性电镀液并使之在其中转动来进行。镀铜液的组成和工作参数列于表2（作为典型）。

表2

硫酸铜    255g/l

铜（以金属计）    56g/l

硫酸    57g/l

氯离子    70ppm

pH    1.0

温度    24℃

电流密度 64-75A/m²

（6-7ASF）

阳极    含磷的铜

这是一种由Sel-Rex    Oxy    Metal    Industries公司出售的商业专卖电镀体系。该公司推荐，CuBath    B-76添加剂混合物根据安培小时（A·K）数，以1立方厘米/安培小时的速率添加。该混合物中载体对整平剂的比例为8∶1。

其它的商品化酸性镀铜体系也可用，并且已经用过。

我们的镀铜方法不同于正规的电镀操作，不同之处在于，电镀以低电流密度，例如以最大电流密度的1/5起始，历时约15分钟（13-15A/m²（1.2-1.4ASF））。经上述暂短时间之后，将最大电流密度用于镀桶内所载的零件上，历时约4小时，以形成约6%（重量）的镀层（见表5）。

如图1表示，起始时的低电流密度可使铜镀层追随钢或镍底层上的微孔轮廓。这就避免了微孔上的跨镀，因为这种跨镀本身又会在以后退火时使细小的起泡得以形成。图1中，画有斜影线的钢质芯体标作10，镍预镀层11画有竖影线，起始时形成的铜分子层12画有黑点。

因此，起初的薄电沉积膜层将裂隙、麻点划痕减至最小程度，并有助于将电镀表面整平。

我们的工作已表明，当省略初始时的低电流密度步骤，就有很大可能产生小起泡。

除此之外，酸性镀铜液还含有润温剂和整平剂，其效能因很慢的电镀操作过程而被促进并增强。

如果一开始就用最大电流密度，则如图2所示，微孔边缘处电流密度就比较大，较大的电流密度促使边缘上镀层迅速增厚。最后，微孔孔口被封闭，从而在微孔的微穴上方形成了产生起泡的部位。这种起泡可由于氢或溶液被截留引起，并在退火时变得更显著。在图2（a）中（示出芯体10a和预镀镍层11a，相似于图1中的10和11），我们以示意图说明，高电流密度怎样在电镀开始时促使铜层12a在微孔边缘上生长枝晶。图2（b）示出由于铜镀层12b在微孔边缘上沉积得比较快而产生跨镀的最终状态。

通常，对于5美分大小坯件的一镀桶装载量来说，沉积6%铜所需的时间约为4小时，而铜层沉积厚度约为0.034mm（见表5）。

尔后，将装有被镀件的滚镀桶在冷水槽中漂洗、进而用热水漂洗，最后用冷去离子水漂洗约30秒以除去镀件上带出的镀液。

当冷水漂洗随热水漂洗之后进行时，产生某种“抽吸作用。”显微组织范围的尺寸收缩变化，有助于将电镀液从微孔中排出，从而防止锈蚀和出现锈点。

正如本领域专业人员所周知，光亮剂、载体或整平剂，以及润湿剂，其用量控制得当，是至关重要的。每4.5升（每加仑）镀液起初加有40ml的8∶1添补剂混合物，例如前面提及的CuBathB-76。以1/2立方厘米每安培小时的速率来添补添加剂，可使包含于添补剂混合物中的各添加剂如整平剂、应力消减剂、晶粒细化剂及载体添加剂，在镀液中保持平衡，并保持适当的含量。

现在，我们可以进行最后的镀镍步骤，或者我们可以中断电镀程序而进行中间退火步骤。进行退火步骤是为了消除较厚铜层中的镀层应力，除去所截留的氢，并除去表面上的有机组分，这些有机组分是铜电镀液中的各添加剂，而且它们在随后的镀镍过程中可引起起泡。退火步骤可在精压步骤之前，使晶粒结构细化。该步骤还有助于将微孔封闭。

如果要将镀过铜的坯件退火，则退火应在还原性气氛，例如氢中进行，以便抑制氧化，甚或减少氧化。退火应当在500-600℃的温度下进行。以前的做法是加热到更高的温度，试图使镍与钢溶合。这种更高的温度应予避免，在这种温度下会产生起泡。退火后的镀铜坯件应具有35-40R30T的硬度。

这一额外的中间退火步骤可用来达到多种目的。首先，它可除去截留于铜镀层和镍镀层中的氢。由于铜沉积层相当厚，所以应当在进行下一步电镀之前，除去电镀过程中所截留的任何氢。其次，铜沉积层还具有很大的应力，而热处理会有助释放和消除应力，从而防止模压时急剧变形所致的开裂。众所周知，退火还能改善铜的晶粒结构，并使之在冷加工时更具韧性。最后，它可除去铜表面上的有机物，改善铜与镍之间的结合，并有利于消除起泡。镀铜液中的有机材料，是保证镀铜过程中覆盖良好和麻点减少所必需的。然而，在镀铜结束时，这些有机物不再有用，而且应当在镀镍之前除去。如此制得的造币材料已被证明不存在起泡。

作为选择，可在镀完最后的镍层之后，先在 200℃和400℃之间温度下，在有还原性气氛存在时进行退火，再在至少为530℃的温度进行退火。

下一个步骤是镀最后一层镍。该镀层应当占硬币重量的1-1.5%，或者使各表面上的测量厚度增加4-8μm。电镀过程中，最好采用光亮剂，以便产生光滑、光亮的最终镀层。同样，镍也以低电流密度来开始镀覆，但所用电流密度约为5.4～7.5A/m²（0.5-0.7ASF），约为最大电流密度的1/6-1/4。低电流密度用在起始的15-20分钟时间内，随后以32-43A/m²（3-4ASF）的最大电流密度电镀100-120分钟。可以相信，这种使用低电流密度的措施，连用前述以低温起始的退火，有助于所镀镀层与其基底间的良好结合，也有助于将跨镀减到最小程度，其理由如前所述。镀镍坯件的硬度为45-50R30T。

镍镀层的电镀条件由实施例Ⅲ来举例说明。

实施例Ⅲ

如果我们决定，立即继续镀外层镀镍层，则我们要首先将滚镀桶浸入10%硫酸溶液中，并使之在室温下转动30秒中，然后将滚镀桶放入最后的氨基磺酸盐型镀镍液中。

镀镍液的组成和工作参数列于表3。

表3

氨基磺酸镍    77g/l

氯化镍    6g/l

硼酸    37.5g/l

pH    3.8

温度    50℃

电流密度 32-43A/m²

（3-4ASF）

这是一种商品化的镀镍体系，由M&T    Chemicals公司出产。

需要时可添加抗麻点剂Y-17（也由M&T化学品公司出产），添加量为0.15%（体积）。可添加市售的整平剂和光亮剂，以得到不同的光亮度。我们发现，每安培小时添加0.125ml    Niproteg    W光亮剂和每安培小时添加0.03ml    Niproteg载体，是令人满意的。其它的市售光亮剂和载体也可使用。

此外，至关重要的是，我们以最大电流密度1/5的低流密度6.4～8.6A/m²（0.6-0.8ASF）来开始最后一步镀镍过程，历时约15分钟，然后以32-43A/m²（3-4ASF）的最大电流密度进行电镀，历时2小时，以形成约1.5%（重量）的镍镀层。

这种二步镀镍过程遵循着同镀铜一样的道理。此外，我们还发现，这种分步调节电流密度的方法对减少或消除起泡来说，是非常重要的。

然后，将滚镀桶在冷水槽中洗涤带出的镀液。进而用热水洗涤，最后用含异丙醇的去离子水洗涤。

通常，对于5美分大小坯件的一桶装载量来说，镀1.5%镍面层所需的时间约为2小时，镍层沉积厚度约为0.008mm（见表5）。

倘若坯件还未曾进行过作为镀铜和镀镍之间中间步骤的退火处理，则坯料最后在有还原性气氛存在时，于200--400℃之间的温度下退火40分钟，紧接着在最低为530℃的温度下退火20分钟。低温退火有助于将所截留的氢除去，而高温退火则除去最后镀层中的应力，改变所镀铜的晶粒结构，并有助于铜和镍之间的相当程度结合。最后，将电镀坯件加以清理并模压或精压，也即，在1.19×10⁹-1.38×10⁹N/m²（170，000-200，000p.s.j.）量级的冲击力下用精压模进行压制，在表面上形成相应的图案，并使边缘成形，形成轮缘，有时还形成细齿状边缘。

很大部分按本发明制造的硬币都无缺陷，而且即使在正常使用条件下，例如使用过程中接触盐水或酸性汗，都仍保持无缺陷。

下列实施例Ⅳ和Ⅴ中均使用上述规程。

实施例Ⅳ

表4

实施例Ⅳ（a）    5美分规格

坯件直径    厚度    电流密度    时间

mm mm A/m²分钟

（ASF）

钢    20.920    1.376

1%预镀镍    20.938    1.392    86（8）

6%铜    21.008    1.431    13（1.2）    15

64-75（6-7）    240

1.5%镍    21.030    1.445    6.4（0.6）    15

32-43（3-4）    129

实施例Ⅳ（b）    10美分规格

坯件直径    厚度    电流密度    时间

mm mm A/m²分钟

（ASF）

钢    17.530    0.960

1%预镀镍    17.548    0.976    86（8）    20

6%铜    17.608    1.015    13（1.2）    15

64-75（6-7）    210

1.5%镍    17.620    1.020    6.4（0.6）    15

32-43

（3-4）    102

实施例Ⅳ（c）    25美分规格

坯件直径    厚度    电流密度    时间

mm mm A/m²分钟

（ASF）

钢    23.499    1.224

1%预镀镍    23.508    2.240    86（8）    28

6%铜    23.573    1.279    13（1.2）    15

64-75（6-7）    225

1.5%镍    23.589    2.288    6.4（0.6）    15

32-43（3-4）    122

（表Ⅴ见文后）

所有时间值均已用算术法计算过。厚度以总平均值形式列出。

＊注：二级电流密度所需的电镀时间已合在一起。

已在以本发明方法制备的压制辅币（以“镀Ni-Cu-Ni的”表示）和由Sherritt    Gordon矿业有限公司销售、据信是按加拿大专利CA1，105，210（1981年7月21日授予）与CA1，198，073（1985年12月27日授予）制造的市售镀镍压制铺币（以“镀镍的”表示）上进行过对比试验。

1.潮湿箱试验

将压制辅币浸于人工汗液中，从辅币表面上除去所有的剩余水分，并将辅币在95%相对湿度、室温的潮湿箱中放置72小时。在所用的评定方法中，1为优，5为差，详细的区分如下列表6所示。

表6

相应于表面腐蚀程度的评分

评分    腐蚀程度

1    无

2    极微（轻微发雾）

3    轻度（稍失光泽，变黄;腐蚀前期）

4    中等（显著发雾及/或有褐色锈点）

5    严重（有明显褐色、红色或黑色

点）

所得结果列于表7。

表7

种类    镀Ni-Cu-Ni的    镀镍的

5美分规格    90%评为1    75%评为1

5%评为2    20%评为2

5%评为3    5%评为3

10美分规格    95%评为1    80%评为1

2.5%评为2    10%评为2

2.5%评为3    5%评为3

5%评为4

25美分规格    95评为1    90%评为1

5评为2    10%评为2

2.腐蚀点试验

将压制辅币在2%NaCl中浸泡4小时，浸入溶液2小时后，将辅币翻过来。我们应当注意到，在Ni-Cu-Ni镀层体系上未见锈蚀。

结果列于表8。

表8

种类    镀Ni-Cu-Ni的    镀镍的

5美分规格    80%评为1    90%评为1

18%评为2    10%评为4

2%评为3

10美分规格    84%评为1    85%评为1

14%评为2    15%评为4

2%评为3

25美分规格    82%评为1    75%评为1

13%评为2    5%评为3

5%评为3    20评为4

我们从未在Ni-Cu-Ni辅币上见到过任何橙色或红色锈点。评分3表示在轮缘处有一些带淡黄色的点腐蚀。另一方面，在镀镍的辅币上，尤其在轮缘周围，可见到红黑色或橙黑色斑点。

3.磨损划伤试验

在辅币上进行8小时周期的标准磨损擦伤试验。试验周期结束时用目视法观察硬币。结果示于表9。

镀Ni-Cu-Ni的辅币比镀Ni的辅币耐磨性更大。由于Ni-Cu-Ni表面磨损较少，故而硬币看起来更亮些，而镀镍硬币显得无光泽。

表9

种类    镀Ni-Cu-Ni的    镀镍的

＊平均硬度    耐磨性    平均硬度    耐磨性

R30T    评分    R30T    评分

5美分规格    54.87    1    58.85    3

10美分规格    46.45    1    48.09    3

25美分规格    50.98    1    56.48    3

＊精压前坯件未经退火

必须注意的是，镀有本发明Ni-Cu-Ni体系的硬币，硬度比被试验的镀镍硬币约小10%，但其耐磨性好得多。因此，可以料到，镀Ni-Cu-Ni的硬币在流通中远比市售的镀镍硬币更加经受得住机械损伤。

这种优越特性的理论解释是，镀镍硬币的单层镍金属晶粒结构单一，为枝晶状，比镀Ni-Cu-Ni硬币的多层复合更易硌伤;镀Ni-Cu-Ni的硬币由于多层复合，故而不同层的晶粒结构和大小也不相同，所以更能经得住机械损伤、磨损和擦伤所致的透损。

除了由上面所概述的对比试验可见的优点之外，本发明还有一些其它优点，其中包括：

（a）用低碳钢芯体制造并用市售电镀液相继镀以镍、铜和镍的硬币坯件可制成光亮精饰的硬币，其外观极佳，耐变色性和耐腐蚀性优良。

（b）该体系制得的硬币，与优质镍（99%以上）硬币、铜镍合金硬币、430不锈钢硬币及其它商业上镀镍的硬币或层压镍硬币相比，具有优良的耐磨性和抗擦伤性。

（c）用该方法制得的硬币，一般具有0.8-1.5%的镍底层、4-7%的铜中间层和1-2%的镍表层。因此，材料成本节省。Ni-Cu-Ni体系估定成本约为所试验镀镍硬币材料成本的60-66%。

（d）该体系比单金属层更耐蚀和小孔腐蚀。

（e）该体系具有灵活性，因为人们可在镀完铜层后结束工艺过程，以制造具有铜色泽的硬币，也可以进一步镀镍表面来制造白色硬币。

（f）全部使用酸性镀液不会发生问题，并可消除酸性镀镍液和碱性氰化物镀镍液混合所致的危险性。Ni-Cu-Ni体系比常用的氰化物体系对环境保护更有益。优先选用的酸性镀铜液可方便地中和再排出。而碱性氰化物镀液则需将氰化物分解成毒性较小的物质，然后才排放到正规的废水处理设施中去。

（g）二级电流密度电镀操作在电镀铜相和最后电镀镍相时采用。电镀一开始，使用很低的电流浓度，即最大电流密度的1/5，持续一小段时间，譬如15-30分钟，过了这段起始时间后，接着使用高电流密度，即最大电流密度。这种二级操作产生的层间结合比一开始就以最大电流密度的正规电镀操作优良。

这种操作有助不同金属材料之间的分子间结合和镀满微孔。结果，还将跨镀和起泡减到最小程 度。

这种开始时的慢速电镀可形成紧密而良好的物理结合，而不需进行有时用来诱发金属金相扩散达到结合目的高温热处理。所以，这种操作导致节能，而且还进而减少加工时间，并由于在某些情况下，有可能不再需要热处理而降低坯件制造成本。

（h）该方法中，进行退火所用的热处理温度不高，而且不趋近于相变温度或晶体结构从体心立方铁素体变到面心立方奥氏体的温度。这说明，该工艺与依靠高温、热扩散并从而依靠高温度梯度的各种工艺相比，前者能够轻而易举地制造40R30T的低硬度币坯，而后者由温度梯度高而难以使币坯硬度平均低于45-50R30T。

（i）高韧性的软质铜中间层便于材料在精压时流变。模压硬币只需相当小的力，从而压模寿命必定延长。Ni-Cu-Ni在模压硬币过程中流变性比Ni好，这要归因于铜层，因为它比单一镍层柔韧得多。事实上，实验室试验已表明，镍层越厚，也即镍所占的百分比越高，就越早在压模上见到划伤痕迹，也即压模寿命就越低。

（j）薄镍表层厚约0.005mm，相对于较其厚6-8倍的镍层来说，更具韧性，厚镍层在没有铜底层的情况下，是形成良好覆盖和保护所必需的。此事实本身又已以证明是有利于最大程度减少消除精压过程中被称为“点状爆裂”的现象。硬镍层上有着相当磨蚀性的枝晶尖峰。镍的磨蚀性使精压模表面产生划伤，并使之损坏。另一方面，薄镍层的枝晶尖峰较短，相对来说，磨蚀性较小。

（k）Ni-Cu-Ni镀层体系的镀覆速度要比镍镀层体系约快2倍。为得到1%镍、4-7%铜和1-1.5%镍的镀层厚度，所需的实验室电镀时间为5.25-6小时（不计洗涤时间），而获得6%镀镍层则约需11-12小时。

（l）多层镀层的性质使整个体系在镍与铜之间的电偶作用和电动势电位方面更少活性。试验结果已表明，多层体系与单一镍层体系相比，不太促进腐蚀。

（m）钢表面上带有镍-铜-镍的结构比钢表面上带镍的结构，生产起来更经济，而且能更好防止腐蚀，因为较薄较贵的镍只形成白色面层，而较厚的、不太贵的铜则对钢起着保护作用。

实施例Ⅴ

表5

标准装载量＝100个坯件

实施例Ⅴ（a）    5美分规格

厚度 以86A/m²厚度 镀6%铜 厚度 镀1.5%

（8ASF）镀1%

mm    预镀镍所需的时间    mm    所需的时间    mm    镍所需时间

0.005    28分    0.038    3时48分＊    0.0084    2时9分＊

实施例Ⅴ（b）    10美分规格

厚度 以86A/m²厚度 镀6%铜 厚度 镀1.5%

（8ASF）镀1%

mm    预镀镍所需的时间    mm    所需的时间    mm    镍所需时间

0.0036    20分    0.030    3时＊    0.0069    1时42分＊

实施例Ⅴ（c）    25美分规格

厚度 以86A/m²厚度 镀6%铜 厚度 镀1.5%

（8ASF）镀1%

mm    预镀镍所需的时间    mm    所需的时间    mm    镍所需时间

0.0048    28分    0.037    3时422分＊    0.0082    2时58分＊

Claims (32)

1、硬币坯件或类似制品，其包括一个具微孔的黑色金属坯体，所述坯体镀有一预镀镍层，随后镀有一层为硬币最终重量4-7%但不跨镀所述微孔的铜层，所述铜层经中温退火提高了韧性，精压时不会产生起泡，而且所述硬币和坯件镀有一层表层镍。

2、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中所述的坯体是用稀酸液除去其上的氧化物，紧接着进行缓冲洗涤后的坯体。

3、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中所述的预镀镍层所用的镍为暗镍。

4、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中所述的铜层是用酸性镀液来镀覆的铜层。

5、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中镀铜层是用起始电流为13-16A/m²（1.2-1.5ASF）的低电流密度镀得的铜层。

6、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中镀铜层是用起始电流密度为13-19A/m²（1.2-1.8ASF）的低电流密度，最大电流密度64-75A/m²（6-7ASF）的镀得的铜层。

7、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中表层镍是用起始电流密度为5.4-7.5A/m²（0.5-0.7ASF）的低电流密度镀得的。

8、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中表层镍用起始电流为5.4-7.5A/m²（0.5-0.7ASF），的低电流密度，最大电流密度为32-43A/m²（3-4ASF）镀得的表层镍。

9、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中镍预镀层为硬币最终重量的0.8-1.2%。

10、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中表层镍为硬币最终重量的1-1.5%。

11、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中所述的硬币坯体或类似制品在镀铜后和镀镍表层之前，经在500-600℃温度和有还原性气氛存在下，对硬币坯件进行退火处理的硬币坯体或类似制品。

12、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中在镀表面镍后，所述的硬币坯件或类似制品在200-400℃温度和有还原性气氛存在下，经退火处理后的硬币坯件或类似制品，以便加速除去所截留的氢，随后在至少530℃的温度下进行退火，以消除应力，改善铜的晶粒结构，并增强铜与镍之间的结合。

13、如权利要求1中所述的硬币坯件或类似制品，其中所述的黑色金属坯件为含碳量不高于0.02%的低碳钢。

14、如权利要求1所述的硬币坯件或类似制品，其中坯件表面上的铜镀层的厚度为20-30μm。

15、硬币坯件或类似制品，包括一个具微孔的黑色金属坯体，所述坯体镀有一预镀镍层，随后镀有一层为硬币最终重量4-7%但不跨镀所述微孔的铜层，所述铜层经中温退火提高了韧性，精压时不会产生起泡。

16、硬币或类似制品，其包括一个具微孔的黑色金属坯体，所述坯体镀有一预镀镍层，随后镀有一层为硬币最终重量4-7%但不跨镀所述微孔的铜，所述铜层经中温退火提高了精压时的韧性，不会产生起泡，而且所述硬币坯件镀有一层为硬币最终重量1-1.5%的表层镍，经退火处理，所述镀层经在精压操作中压制后不产生或保持会使黑色金属裸露的裂纹或微孔。

17、权利要求16中所述的硬币或类似制品，其中预镀液层为暗镍，表层镍为光亮镍。

18、如权利要求16中所述的硬币坯件或类似制品，其中退火状态镀铜坯件的硬度在35-40R30T的范围之内。

19、如权利要求16中所述的硬币坯件或类似制品，其中退火状态镍表层的硬度在45-50R30T的范围之内。

20、制造硬币坯件、硬币或类似制品的方法，其中包括：

（a）清理黑色金属坯体，使其表面上基本不存在氧化物，油或灰尘;

（b）在所述坯体上电镀一层预镀镍层;

（c）在预镀镍层上先以低电流密度，再在组成相同的镀液中以最大电流密度，电镀一层铜，以使黑色金属坯体表面微孔上的跨镀减少到最小程度或者避免此种跨镀;

（d）在铜层上先以低电流密度，再在组成相同的镀液中以最大电流密度，电镀镍表层，以使黑色金属坯体表面微孔上的跨镀减到最小程度，或者避免此种跨镀;

（e）以中等温度将铜退火，以提高其可延压性而不致产生起泡，此步骤在镀表层镍之前或之后进行;

（f）在最终产品为硬币时，则在精压工序中进行压制不会使黑色金属裸露的微孔或裂纹发展。

21、如权利要求20所述的方法，其中所述的黑色金属坯体为含碳量不高于0.02%的低碳钢。

22、如权利要求20中所述的方法，其中在清理时使用稀酸液来除去所述坯件上的氧化物，紧接着进行缓冲洗涤。

23、如权利要求20中所述的方法，其中预镀镍所用的预镀液中不含光亮剂。

24、如权利要求20中所述的方法，其中铜用酸性镀液来镀覆。

25、如权利要求20中所述的方法，其中镀铜用的起始低电流密度为13-16A/m²（1.2-1.5ASF）。

26、如权利要求20中所述的方法，其中镀铜用的起始低电流密度为13-19A/m²（1.2-1.8ASF），最大电流密度为64-75A/m²（6-7ASF）。

27、如权利要求20中所述的方法，其中镀表层镍用的起始低电流密度为5.4-7.5A/m²（0.5-0.7ASF）。

28、如权利要求20中所述的方法，其中镀表层镍用的起始低电流密度为5.4-7.5A/m²（0.5-0.7ASF），镀表层镍用的最大电流密度为32-43A/m²（3-4ASF）。

29、如权利要求20中所述的方法，其中预镀镍层为硬币最终重量的0.8-1.2%，铜镀层约为硬币最终重量的4-7%。

30、如权利要求20中所述的方法，其中预镀镍层为硬币最终重量的0.8-1.2%，铜镀层为硬币最终重量的4-7%，同时镍表面层为硬币最终重量的1-1.5%。

31、如权利要求20中所述的方法，其中在镀铜后和镀镍表层之前，在500-600℃温度和有还原性气氛存在下，对硬币坯件进行退火。

32、如权利要求20中所述的方法，其中在镀表层镍后，在200-400℃温度和有还原性气氛存在下，对硬币坯件进行退火，以便加速除去所截留的氢，随后在至少530℃的温度下进行退火，以消除应力，改善铜的晶粒结构，并增强铜与镍之间的结合。

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