CN107299369A - 一种表面包覆铜镍合金硬币类产品及其制造方法 - Google Patents

一种表面包覆铜镍合金硬币类产品及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及硬币或徽章制造技术领域，公开了一种表面包覆铜镍合金硬币类产品，该表面包覆铜镍合金硬币类产品包括芯体和包覆于芯体表面的包覆层；所述包覆层为由内向外依次为电镀的镍层和铜层或者由内向外依次为电镀的铜层和镍层后经过热处理形成的合金层；该包覆层的厚度为20μm～45μm。本发明所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品具有耐腐蚀性、流通性、色泽稳定以及电磁性能。本发明所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品的制造方法，通过在金属芯体材料表面电镀包覆铜镍合金镀层，保证硬币类产品的耐腐蚀性、流通性、色泽等方面的优点，同时能够进一步简化工艺，大幅降低材料成本。

Description

一种表面包覆铜镍合金硬币类产品及其制造方法
技术领域
本发明涉及硬币或徽章制造技术领域，具体涉及一种表面包覆铜镍合金硬币类产品及其制造方法，具体包括硬币、徽章或代用币等硬币类产品的制造。
背景技术
金属铸造货币在我国已有几千年历史，最早的金属铸币是商代的宝德铜贝，距今已3000多年。由于金属币具有使用方便，耐磨损，流通寿命长等优点，自古以来被赋予货币职能。然而金属币除了自身可以货币职能外，还有很高艺术欣赏和收藏保值功能；另外诸如徽章、游戏币、代用币等等也属于金属币的新功能。
电镀包覆材料作为一种新型材质已广泛应用于世界各国造币领域，其中应用较为普遍的硬币包覆材料有锡青铜、黄铜、紫铜、镍等。由于铜、镍作为合金材料能够显著提高材料的强度、耐蚀性以及硬度，作为造币材料具有耐腐蚀性能高、流通性能好、金属色泽以及电磁性能独特等优点，目前传统轧制铜镍合金材料在造币领域中的部分高面值币种中得到一定的应用，但其价格昂贵，成本高，不适用于推广应用。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种表面包覆铜镍合金硬币类产品；具有耐腐蚀性、流通性、色泽稳定以及电磁性能。
本发明的另一目的在于提供一种表面包覆铜镍合金硬币类产品的制造方法，通过在金属芯体材料表面电镀包覆铜镍合金镀层，保证硬币类产品的耐腐蚀性、流通性、色泽等方面的优点，同时能够进一步简化工艺，大幅降低材料成本。
为实现上述目的，本发明所采用的方案如下：
一种表面包覆铜镍合金硬币类产品，该表面包覆铜镍合金硬币类产品包括芯体和包覆于芯体表面的包覆层；所述包覆层为由内向外依次为电镀的镍层和铜层或者由内向外依次为电镀的铜层和镍层后经过热处理形成的合金层；该包覆层的厚度为20μm～45μm。
进一步的，本发明所述的芯体材料为钢、不锈钢、铜、铜合金、镍、镍合金中的一种。
一种表面包覆铜镍合金硬币类产品的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
1)将成型的芯体依次经过电解除油、碱清洗、酸洗和清水漂洗处理；
2)经步骤1)处理后的芯体表面电镀镍或纯铜，以形成一级电镀层；
3)对步骤2)形成的一级电镀层进行清洗和盐酸活化处理；
4)对步骤3)处理后的一级电镀层表面进行二次电镀：若步骤2)芯体表面电镀镍，二次电镀时电镀铜层；若步骤2)芯体表面电镀铜，二次电镀时电镀镍层；得到半成品；
5)对经过步骤4)二次电镀后的半成品表面进行清洗处理；
6)对经步骤5)处理后的半成品进行热处理，使芯体表面形成由铜镍合金组成的包覆层。
进一步的，上述制造方法所述的步骤1)中，采用碱液电解除油，碱的浓度为140g/L～190g/L；碱清洗的碱液浓度为130g/L～180g/L；酸洗采用盐酸，盐酸的浓度为14wt％～18wt％。
进一步的，上述制造方法所述的步骤2)电镀镍时，采用氨基磺酸体系，其中氨基磺酸为100g/L～150g/L，硼酸含量为30g/L～40g/L，镍离子浓度为60g/L～120g/L，电镀液的pH值为1.0～3.0；采用滚镀的方式，阳极为纯镍珠，阳极和阴极芯体材料之间施加400A±50A的电流进行连续电镀；阴极装料量80kg～140kg。
进一步的，上述制造方法所述的步骤2)电镀铜时，用含氰镀铜体系滚镀，其中氰的浓度为25g/L～45g/L，铜离子浓度为20g/L～40g/L，电镀液的pH值为11.0～14.0。
进一步的，上述制造方法所述的滚镀为双阳极电镀，采用的双阳极一侧为无氧铜阳极，另一侧为镀铂钛阳极；无氧铜阳极与阴极间施加300A±50A的电流，镀铂钛阳极与阴极间施加200A±50A的电流进行连续电镀；阴极装料量80kg～140kg。
进一步的，上述制造方法所述的步骤2)当二次电镀为电镀铜层时，用含氰镀铜体系或碱性有机膦体系滚镀；其中，碱性有机膦体系中，有机膦(P)的浓度在20g/L～45g/L，铜离子浓度为5g/L～12g/L，电镀液的pH值为9.0～10.5，阳极采用无氧铜，阳极无氧铜与阴极芯体材料之间施加的电流为500A±150A，阴极装料量80kg～140kg。
进一步的，上述制造方法所述的步骤3)和步骤5)的清洗均采用去离子水清洗，活化处理所用的盐酸浓度为14wt％～18wt％。
进一步的，上述制造方法所述的步骤6)的热处理过程中，热处理温度为900℃～1050℃，升温速率为25℃/min～35℃/min，保温时间为0.5h～2h，炉内为5％的氢气氛。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品具有耐腐蚀性、流通性、色泽稳定以及电磁性能；
2.本发明所述的制造方法采用了在芯体材料表面先镀纯镍层(或纯铜)，然后再电镀纯铜层(或纯镍)，最后通过热处理炉进行高温热处理扩散，使电镀的镍层和铜层形成成分均匀的铜镍合金包覆层；
3.本发明所述的制造方法工艺控制简单，包覆镀层镍含量可根据需要稳定在5％～27％，表面硬度可控制在35HR30T～65HR30T，外观评级按照GB/T 6461达到s～x级；
4.通过在金属芯体材料表面电镀包覆铜镍合金镀层，保证硬币类产品的耐腐蚀性、流通性、色泽等方面的优点，同时能够进一步简化工艺，大幅降低材料成本。
附图说明
图1为本发明所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品的层状结构图；
其中，各附图标记为：1、芯体；2、包覆层。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品，该表面包覆铜镍合金硬币类产品包括芯体1和包覆于芯体1表面的包覆层2；所述包覆层2为由内向外依次为电镀的镍层和铜层或者由内向外依次为电镀的铜层和镍层后经过热处理形成的合金层；该包覆层的厚度为20μm～45μm。
进一步的，本发明所述的芯体1材料为钢、不锈钢、铜、铜合金、镍、镍合金中的一种。
一种表面包覆铜镍合金硬币类产品的制造方法，该制造方法包括以下步骤：
1)将成型的芯体依次经过电解除油、碱清洗、酸洗和清水漂洗处理；
2)经步骤1)处理后的芯体表面电镀镍或纯铜，以形成一级电镀层；
3)对步骤2)形成的一级电镀层进行清洗和盐酸活化处理；
4)对步骤3)处理后的一级电镀层表面进行二次电镀：若步骤2)芯体表面电镀镍，二次电镀时电镀铜层；若步骤2)芯体表面电镀铜，二次电镀时电镀镍层；得到半成品；
5)对经过步骤4)二次电镀后的半成品表面进行清洗处理；
6)对经步骤5)处理后的半成品进行热处理，使芯体表面形成由铜镍合金组成的包覆层。
进一步的，上述制造方法所述的步骤1)中，采用碱液电解除油，碱的浓度为140g/L～190g/L；碱清洗的碱液浓度为130g/L～180g/L；酸洗采用盐酸，盐酸的浓度为14wt％～18wt％。
进一步的，上述制造方法所述的步骤2)电镀镍时，采用氨基磺酸体系，其中氨基磺酸为100g/L～150g/L，硼酸含量为30g/L～40g/L，镍离子浓度为60g/L～120g/L，电镀液的pH值为1.0～3.0；采用滚镀的方式，阳极为纯镍珠，阳极和阴极芯体材料之间施加400A±50A的电流进行连续电镀；阴极装料量80kg～140kg。
进一步的，上述制造方法所述的步骤2)电镀铜时，用含氰镀铜体系滚镀，其中氰的浓度为25g/L～45g/L，铜离子浓度为20g/L～40g/L，电镀液的pH值为11.0～14.0。
在本发明中采用双阳极有利于控制电镀液中的铜离子处于稳定状态；因此，上述制造方法所述的滚镀为双阳极电镀，采用的双阳极一侧为无氧铜阳极，另一侧为镀铂钛阳极；无氧铜阳极与阴极间施加300A±50A的电流，镀铂钛阳极与阴极间施加200A±50A的电流进行连续电镀；阴极装料量80kg～140kg。
进一步的，上述制造方法所述的步骤2)当二次电镀为电镀铜层时，用含氰镀铜体系或碱性有机膦体系滚镀；其中，碱性有机膦体系中，有机膦(P)的浓度在20g/L～45g/L，铜离子浓度为5g/L～12g/L，电镀液的pH值为9.0～10.5，阳极采用无氧铜，阳极无氧铜与阴极芯体材料之间施加的电流为500A±150A，阴极装料量80kg～140kg。
进一步的，上述制造方法所述的步骤3)和步骤5)的清洗均采用去离子水清洗，活化处理所用的盐酸浓度为14wt％～18wt％。
在造币领域的包覆材料中，热处理是为了在不同包覆层之间形成扩散层，增加芯体与镀层之间、镀层与镀层之间的结合力，以便在后期强机械形变的印花过程中，不造成镀层脱落。但在本发明中，热处理过程的目的包括1)在芯体表面与镀层之间形成扩散层，增加电镀层与芯体之间的结合力；2)两种电镀层之间合金化形成稳定的铜镍合金镀层；3)降低整个包覆材料表面的硬度。本发明中热处理过程涉及固态金属之间的扩散，而固态扩散依靠原子热激活进行，温度越高被激活迁移的几率越大；另外原子在晶体内跃迁是微观过程，要造成宏观的定向移动需要很长的时间，同时扩散原子在基体金属中必须有一定的固溶度，溶入基体晶格形成固溶体才能进行扩散；由此可见芯体与镀层之间扩散、镀镍层和镀铜层合金化过程与热处理温度、热处理保温时间以及材质成分有非常重要的关系。为保证坯饼的压印效果以及印模的耐印量，还须降低坯饼的表面硬度，但由于镀镍是在酸性的电镀液中电镀，镍层易发生“氢脆”现象，当热处理温度过高时坯饼会出现明显的鼓泡，为减少该现象对后期加工过程造成影响，须在热处理阶段延长升温时间，以消除镀层中的氢；而在本发明中通过控制升温速率达到延长升温时间的目的。具体的，在本发明的热处理过程中，控制热处理温度为900℃～1050℃，升温速率为25～35℃/min，保温时间为0.5h～2h，炉内为5％的氢气氛。通过对热处理温度及时间控制，达到芯体与镀层形成厚度适中的扩散层，同时也达到镀铜层与镀镍层充分合金化形成稳定的铜镍合金镀层。
进一步的，上述制造方法还包括在步骤1)前的芯体冲压成型步骤：将符合厚度要求的金属板材冲压成芯体坯饼，并滚边得到芯体。该步骤可以减少电镀过程中的尖端效应及保证在后期压印过程中产品清边饱满。
以下是本发明具体的实施例，其中实施例1-实施例3均按照下述步骤进行，具体的参数见表1-3；在下述实施例中所用到的试剂均可以通过购买得到。
在具体实施例中，采用钢芯作为芯体，表面包覆铜镍合金硬币的制造方法，具体步骤为：
1)冲压及滚边：将一定厚度要求的金属板材冲压成芯体坯饼，并滚边以减少电镀过程中的尖端效应及保证在后期压印过程中产品清边饱满；
2)电镀前处理：将滚边后的芯体坯饼进行碱清洗、电解除油、盐酸活化处理，使芯体坯饼表面洁净；
3)第一层电镀：将镀前处理后的芯体坯饼置于镀镍或铜槽进行电镀；
其中实施例1-3的阴极装料量80kg～140kg，第一层电镀镍层，采用滚镀的方式，体系为氨基磺酸体系，阳极为纯镍珠，其中阳极和阴极芯体材料之间施加400A±50A的电流进行连续电镀至镀镍层的镀层厚度达到要求；镀镍液成分以及其他参数列于表1：
表1
成分及参数 实施例1 实施例2 实施例3
镍(g/L) 60 75 90
硼酸(g/L) 30 35 40
氨基磺酸(g/L) 100 120 150
温度(℃) 45 50 55
pH值 1 1 2
实施例4-6的阴极装料量80kg～140kg，第一层电镀铜层，铜利用滚镀的方式，体系为碱性的含氰镀铜体系，采用双阳(一侧为无氧铜阳极，一侧为镀铂钛阳极)以控制电镀液中的铜离子处于稳定，其中无氧铜阳极与阴极间施加300A±50A的电流，钛板阳极与阴极间施加200A±50A的电流进行连续电镀，至厚度达到要求。电解液成分及其他参数列于表2。
表2
成分及参数 实施例4 实施例5 实施例6
铜 20 30 40
CN-(g/L) 25 30 45
温度(℃) 55 60 65
pH值 11 12 14
电镀过程中，通过火焰原子吸收、毛细管电泳分析仪等对镀液参数进行跟踪检测，以控制镀液稳定；
4)清洗处理：将电镀后的坯饼置于清洗槽进行清洗以达到表面洁净的目的；
5)活化处理：将经步骤4清洗后的的坯饼置于盐酸槽进行活化，以去除表面氧化物，并使坯饼表面处于活化状态，待活化后进行漂洗以达到表面洁净；
6)第二层电镀：将步骤5)处理后的坯饼置于镀铜或镀镍槽进行电镀；
实施例1-3第二层电镀铜层，铜利用滚镀的方式，体系为碱性的含氰镀铜体系，采用双阳(一侧为无氧铜阳极，一侧为镀铂钛阳极)以控制电镀液中的铜离子处于稳定，其中无氧铜阳极与阴极间施加300A±50A的电流，钛板阳极与阴极间施加200A±50A的电流进行连续电镀，至厚度达到要求；电解液成分及其他参数列于表3。
表3
成分及参数 实施例1 实施例2 实施例3
铜 20 30 40
CN-(g/L) 25 30 45
温度(℃) 55 60 65
pH值 11 12 14
其中实施例4-6第二层电镀镍层，采用滚镀的方式，体系为氨基磺酸体系，阳极为纯镍珠，其中阳极和阴极芯体材料之间施加400A±50A的电流进行连续电镀，至镀镍层的镀层厚度达到要求；镀镍液成分以及其他参数列于表4：
表4
成分及参数 实施例4 实施例5 实施例6
镍(g/L) 60 75 90
硼酸(g/L) 30 35 40
氨基磺酸(g/L) 100 120 150
温度(℃) 45 50 55
pH值 1 1 2
电镀过程中，通过火焰原子吸收、毛细管电泳分析仪等对镀液参数进行跟踪检测，以控制镀液稳定；
7)第二层电镀清洗处理：将经过第二次电镀后的坯饼置于清洗槽进行清洗、干燥；
8)热处理扩散：经过步骤7)处理后的坯饼置于热处理炉进行热处理，并设置热处理温度、升温速率、保温时间等参数使得第一层与第二层进行充分的扩散达到形成均匀的铜镍合金包覆层；参数控制列于表5。
表5
经过检测，上述实施例1-6的硬币表面硬度在35HR30T～65HR30T之间，外观评级按照GB/T 6461《金属基体上金属和其它无机覆盖层经腐蚀试验后的试样和试件的评级》，均能达到s～x级，具有良好的造币性能。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种表面包覆铜镍合金硬币类产品，其特征在于，该表面包覆铜镍合金硬币类产品包括芯体和包覆于芯体表面的包覆层；所述包覆层为由内向外依次为电镀的镍层和铜层或者由内向外依次为电镀的铜层和镍层后经过热处理形成的合金层；该包覆层的厚度为20μm～45μm。
2.根据权利要求1所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品，其特征在于，所述芯体材料为钢、不锈钢、铜、铜合金、镍、镍合金中的一种。
3.一种如权利要求1所述的表面包覆铜镍合金硬币类产品的制造方法，其特征在于，该制造方法包括以下步骤：
1)将成型的芯体依次经过电解除油、碱清洗、酸洗和清水漂洗处理；
2)经步骤1)处理后的芯体表面电镀镍或纯铜，以形成一级电镀层；
3)对步骤2)形成的一级电镀层进行清洗和盐酸活化处理；
4)对步骤3)处理后的一级电镀层表面进行二次电镀：若步骤2)芯体表面电镀镍，二次电镀时电镀铜层；若步骤2)芯体表面电镀铜，二次电镀时电镀镍层；得到半成品；
5)对经过步骤4)二次电镀后的半成品表面进行清洗处理；
6)对经步骤5)处理后的半成品进行热处理，使芯体表面形成由铜镍合金组成的包覆层。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤1)中，采用碱液电解除油，碱的浓度为140g/L～190g/L；碱清洗的碱液浓度为130g/L～180g/L；酸洗采用盐酸，盐酸的浓度为14wt％～18wt％。
5.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤2)电镀镍时，采用氨基磺酸体系，其中氨基磺酸为100g/L～150g/L，硼酸含量为30g/L～40g/L，镍离子浓度为60g/L～120g/L，电镀液的pH值为1.0～3.0；采用滚镀的方式，阳极为纯镍珠，阳极和阴极芯体材料之间施加400A±50A的电流进行连续电镀；阴极装料量80kg～140kg。
6.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤2)电镀铜时，用含氰镀铜体系滚镀，其中氰的浓度为25g/L～45g/L，铜离子浓度为20g/L～40g/L，电镀液的pH值为11.0～14.0。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述滚镀为双阳极电镀，采用的双阳极一侧为无氧铜阳极，另一侧为镀铂钛阳极；无氧铜阳极与阴极间施加300A±50A的电流，镀铂钛阳极与阴极间施加200A±50A的电流进行连续电镀；阴极装料量80kg～140kg。
8.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，步骤2)当二次电镀为电镀铜层时，用含氰镀铜体系或碱性有机膦体系滚镀；其中，碱性有机膦体系中，有机膦(P)的浓度在20g/L～45g/L，铜离子浓度为5g/L～12g/L，电镀液的pH值为9.0～10.5，阳极采用无氧铜，阳极无氧铜与阴极芯体材料之间施加的电流为500A±150A，阴极装料量80kg～140kg。
9.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤3)和步骤5)的清洗均采用去离子水清洗，活化处理所用的盐酸浓度为14wt％～18wt％。
10.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，步骤6)的热处理过程中，热处理温度为900℃～1050℃，升温速率为25℃/min～35℃/min，保温时间为0.5h～2h，炉内为5％的氢气氛。
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