CN1254366C - 铝包锌双金属币坯 - Google Patents

Abstract

层压复合金属币坯，由锌合金芯体构成，其两个表面上通过冶金手段包覆上商业纯铝。该锌合金芯体含有如铜或钛等硬化剂成分，用来提高硬度超过纯金属锌的硬度。锌合金芯体或商业纯铝包层中还可含有其它元素，只要不影响其有关性质。币坯由下述工艺制造，即提供锌合金芯体的带材或板材，然后在锌合金板材上通过冶金手段包覆上商业纯铝而成为复合金属的带材或板材。再从此复合金属带材或板材上冲切出币坯。剩下的复合金属材料则加热到其熔点之上，制成模铸用的锌铝合金。

Description

铝包锌双金属币坯

技术领域

本发明涉及货币铸造领域，具体涉及用于银色硬币生产中的层压复合金属币坯。

背景技术

币坯是用来制造硬币的金属圆板，它必须满足下面一些标准方可达到商业要求。首先，币坯颜色必须合适。许多国家惯例上都是小面值硬币为铜色，中面值硬币为银色，大面值硬币为金色。因此，币坯生产中使用的材料颜色对币坯的用途非常重要。

其次，因为颜色在货币流通中非常重要，因此币坯的表面在其流通过程中，随着岁月的流逝不可明显地失去光泽和磨损。如果失去光泽过分，硬币就变得难以识别，而这是公众不希望看到的。再有，如果币坯缺乏耐磨性，由这种币坯制成的硬币上的凸起部分会过早磨去，大大缩短其流通寿命。

还有一条重要标准是币坯的重量。例如，许多售货机是对投入的硬币按其重量识别的。因此，如果一个角币的币坯具有25分币的重量，则售货机就无法将该硬币识别成角币。而且，如果一只硬币比大约2克还轻，则该硬币就无法触发售货机内的称重机构。如果多只很轻的硬币投入机器内，这些硬币将收集在称重机构上，最终导致售货机死机，不得不送交维修。币坯的重量对保证消费者的硬币流通也很重要，因为过轻或过重的硬币都难以携带，会令公众不方便。

再者，币坯的金属成本相对于硬币本身的面值要低。硬币的金属价格越廉，在铸币工艺中获得的铸造利差就越高。而且，如果硬币金属的价值大于硬币本身的面值，则政府就不得不改变硬币的大小或硬币的组成，以求降低硬币金属的价值，否则公众会因硬币内在金属的价值而不使用手头上的硬币。当然，改变其尺寸或者改变组成是不希望做的，因为既费时又费钱。

币坯的金属还必须具有足够硬度。币坯具有的硬度要足以维持硬币的流通寿命。然而，它又必须有一定柔软性可以容易模印图案，即它必须相当柔软，能在模印过程中在币模里容易变形，在硬币的两面产生所需的图案。如果硬币太硬，就得采用昂贵的币模印图案，币模磨损过快，或模印成的硬币上图案过浅。为避免图案过浅，通常在模印前先将硬的币坯加热软化。这种过程称之为二次退火。如果币坯有一定硬度能保证有较长的流通寿命，但又有一定柔软性，不需要二次退火，则采用该币坯制造硬币的制币利差就会因节省热处理坯料的能耗成本而提高。

而且，在制造复合材料的硬币，即一种材料作芯体，而另一种材料作包层的硬币时，希望币坯生产中产生的边角料可以产生一些经济效益。通常币坯是从金属带材或板材上冲切出来的。因为硬币一般是圆形，这种工艺要留下未被利用的带材，如果它不被用作其它用途，那就直接成了币坯制造工艺中的废料。然而，如果该末用的材料能够用来制造其他产品，则币坯制造工艺中总的废料减少，总的制造成本也就下降，因为必须除去的废料减少，且留下的带材副产品还可售出去，总的制造成本就下降，制币利差也就相应提高。

当今美国银色硬币有两种组成：镍币由含有75％铜和25％镍的合金制成。角币、25分币、半美元币和一美元币都是复合金属硬币。它是在铜芯上包覆上一层跟镍币中使用相同的合金制成的。这些复合金属能满足上述一些币坯要求的性能，但从复合材料上冲切后留下的边角料却无任何经济利用价值。其次，这些复合金属还要求二次退火。而且，它们的价格相对较贵，而我们要求的币坯材料要比较价廉。

层压复合金属像现在使用的角币、25分币、半美元币和一美元币一样已获得广泛应用。芯体和包层材料不一样的复合金属币在商业上是很值得的，这是因为在一只硬币上可以获得芯体和包层的有益特性。在一件由一种金属或合金制成的制品中，要对这一制品的某一性质进行修改，而对该制品的另外一些性质又不产生不好的变化，是很困难的事。例如，某一合金通过改变其组成而改变了其磁性，则该合金的颜色或重量可能改变。然而，对于复合材料来说，在保留芯体材料基体性质的同时，可以获得包层的美学特征。因此在制造复合材料制品时，改变芯体或包层的组成或厚度，就可以轻易而又成本上合算地改变制品的的各种各样性质。

美国当今使用的复合材料角币、25分币、半美元币和一美元币在使用一段较长时间后不能满足银色稳定性的要求。在硬币长时间使用过程中出现的磨损有时造成包层的一部分磨损剥落，暴露出包层下面的铜芯。由于铜芯不呈银色，这只硬币只好替换。如果复合金属币坯具有都是银色的芯体和包层，这种层压复合金属的许多优点都会体现出来，而由该材料制成的硬币的流通寿命就会延长。

因此，工业上有对这种币坯的需求，要求其有均匀的银色，且构成的材料比较价廉。而且，若要对币坯的性质进行修改的话，必须简便，成本低，又不会给币坯的其它性质带来不好的变化。此外，币坯必须有足够重量，具有不容易失去光泽和耐磨的表面。还有，币坯要有足够的硬度，又不需二次退火处理，而且由此而制造硬币后的边角料可以出售或用来制造其他产品。

发明综述

本发明涉及一种制品和方法，能满足层压复合金属币坯的价廉、不容易失去光泽、耐磨、足够硬、足够重、银色、不需二次退火等要求，它的组成应使得在制造过程中产生的副产品具有经济价值。该制品是两层商业纯铝包层通过冶金手段包覆在锌合金芯体上的币坯。锌合金芯体可以包含约0.5-1.5％硬化剂，如铜或钛。该硬化剂用来使合金的硬度提高超过纯锌的硬度。在锌合金芯体或商业纯铝包层中可以含有痕量的其它元素，但不得影响其有关性质。

锌合金芯体和商业纯铝包层的组合用作币坯是理想的，是因为锌合金和商业纯铝都是价廉、银色，具有足够硬度。锌合金比商业纯铝重，因此，对币坯中它们的比例进行调整，可以获得合适的重量。币坯的重量优选至少2克。而且，商业纯铝包层不容易失去光泽，正好弥补锌合金容易失去光泽。还有，由这样一种锌合金芯体和商业纯铝包层组成的币坯具有极佳的耐磨性能，而且模印图案以前不需二次退火。

制造币坯的工艺过程，包括提供锌合金的带材或板材，然后，通过冶金手段将商业纯铝包覆到锌合金带材或板材的两个表面上，成为复合材料的带材或板材。包层结合到锌合金芯体上后，然后从复合材料的带材或板材上冲切出许多币坯，该复合材料的带材或板材剩下的就是有孔的未被利用的复合材料。余下的带材或板材复合材料加热到熔点之上，产生的锌铝合金可以出售给锌铝模铸工业。因此，币坯生产的副产品可以为币坯生产商获取收益，增加了制币利差。

通过参阅下面说明和权利要求可以更好理解本发明的这些和另外一些特点、内容和优点。

附图简要说明

图1是本发明一个实施方案币坯的侧视图。

图2是图1币坯的顶视图。

说明

如图1所示，币坯5有一个具有两个背面的锌合金芯体10，有第一层铝包层15，还有第二层铝包层20；图2为该币坯的顶视图。

锌合金芯体10基本上由锌组成。所谓“基本上由锌组成”，其含义是锌基本上是纯的，即主要为锌，但也可能含有其它一些元素。锌的纯度会因添加硬化剂，或者在锌的生产过程中产生的或未被除去的痕量元素而受影响。例如，在一个实施方案中，锌合金芯体10基本上由约98.5-99.5％(w/w)的锌组成，即商业纯锌组成。然而，本发明同样可用较低纯度的锌合金，如含90重量％锌的合金。

锌合金芯体10还可以含有一种硬化剂，典型的元素为铜或钛，用来提高其硬度超过纯锌的硬度。添加合适量的硬化剂，可以调整锌合金的硬度，保证其符合所需类型的币坯。在一较佳实施方案中，锌合金含有约0.5-1.5％的硬化剂。

锌合金内还可以有痕量的其它元素，但要使锌合金芯体10的有关性质不受影响。能满足银色币坯芯体材料的工业要求，锌合金芯体10所用的锌合金是有光泽的，且是银蓝色的。这种锌合金也比较价廉。

因为锌用作币坯是足够重的，而锌合金主要由锌组成，因此锌合金的重量足以使其用作币坯5的芯体10的材料。但锌合金较易失去光泽。当锌合金暴露在空气中时，合金表面经过较短一段时间就会变成钝灰色。而带有钝灰色的币坯是不希望用的或不能进入市场，因此锌合金芯体10必须覆以包层，使其不容易失去光泽。

第一层铝包层15和第二层铝包层20用的是商业纯铝。商业纯铝一般是至少约98.5％的铝。剩余的其它痕量元素不会影响铝的有关性质。能满足银色币坯包层材料工业要求的商业铝是银白色，且也是比较价廉，有足够的硬度，能保证硬币有长的流通寿命，还适合于模印图案。商业纯铝还有良好的抗腐蚀性，不容易失去光泽，具有时间较长的光泽表面。此外，商业纯铝重量也是比较轻。

因此，锌合金和商业纯铝是币坯用的理想组合。这两种材料都较为价廉、银色、有足够硬度，而且，商业纯铝用作包层材料，能满足币坯抗腐蚀性、不容易失去光泽的要求。为了获得合适重量的币坯5，较重的锌合金芯体10和较轻的第一层铝包层15和第二层铝包层20的重量之比可以改变。还有，含有锌合金芯体10和第一层铝包层15和第二层铝包层20的币坯具有良好的可模印，且柔软性好，模印前不需二次退火，从而能提高币坯的制币利差。因此，由这种币坯制成的硬币将可能具有长的流通寿命。

币坯5是通过冶金手段将第一层铝包层15结合到锌合金芯体10的一面上，而将第二层铝包层20结合到另一面上而制造的。实行这种结合的一种方法为辊压结合，是将一层或多层包层和一个芯体的条带或板材一起喂入通过两个大的压辊，这两个压辊对它们施以高压。这种高压和产生的高温在一层或多层包层和芯体之间产生了冶金结合。要使辊压结合过程有效，在结合以后，包层的厚度不能小与0.005厘米(0.002英寸)。因此，辊压前包层厚度不能小与0.025厘米(0.01英寸)。结合过程之后，将所需大小的币坯从币坯复合材料板材上切割下来。切割的一种方法是冲切。

冲切后币坯复合材料板材的余下部分称为“落料后边角料”或“有孔带料”。因为币坯复合板材是由锌合金和商业纯铝组成的，因此，其落料后边角料可以重新使用或出售。对其加热高于熔点，制成模铸业所需的锌铝合金就可以实现其经济效益。锌铝合金模铸产品可广泛用于汽车、建筑、航天和其它工业。模铸工艺中使用的合金含有特定的锌铝比例，不能含有比痕量多的其它元素。因为币坯复合材料是由基本纯的锌和商业纯的铝组成，由币坯复合材料制得的合金可售给模铸工业。在币坯复合材料中添加不同量的纯铝和纯锌，可使该合金达到所需的锌铝比例。因此，由锌合金芯体10与第一层15和第二层20铝包层组成的币坯能满足有效利用币坯制造工艺中留下的落料后边角料的工业要求。

本发明一种实施方案为一种厚度在0.10～0.38厘米(0.04英寸-0.15英寸)之间的币坯。比这再薄的币坯不佳，因为它的重量太轻。而另一方面，币坯的厚度若超过0.38厘米(0.15英寸)，会因太厚而无法在许多售货机上使用。

本发明的另一实施方案为一币坯，它的第一包层15和第二包层20的厚度分别不小于币坯总厚度的10％。对包层厚度的这个限制是需要的，因为它能保证在包层和币坯芯体之间产生足够的冶金结合力。这个包层厚度还能保证提供足够长的流通寿命，以免包层过早磨损剥落。

在另一种实施方案中，两个包层的厚度加起来不超过币坯总厚度的60％，因此，在该实施方案中，锌合金芯体10的厚度不小于币坯总厚度的40％。

尽管这里采用某些较佳方案较为详尽地说明了本发明，其它一些方案也是可用的，因此，所附专利要求书的精神与范围不应局限于这些较佳方案的说明。

Claims (10)

1.一种币坯，它包括：

一层有两个相背面的芯体，所述芯体基本上为锌；

第一包层和第二包层，都通过冶金手段结合在所述芯体的所述两个相背面上，所述第一包层和所述第二包层为商业纯铝。

2.如权利要求1所述的币坯，其特征在于，所述芯体中锌的含量为98.5-99.5重量％。

3.如权利要求1所述的币坯，其特征在于，所述芯体还包含铜或钛。

4.如权利要求1所述的币坯，其特征在于，所述币坯的厚度为0.10～0.38厘米。

5.如权利要求1所述的币坯，其特征在于，所述第一包层的厚度至少为所述币坯总厚度的10％，且所述第二包层的厚度至少为所述币坯总厚度的10％，所述芯体的厚度至少为所述币坯总厚度的40％。

6.如权利要求1所述的币坯，其特征在于，所述第一包层的厚度至少为0.005厘米，且所述第二包层的厚度至少为0.005厘米。

7.如权利要求1所述的币坯，其特征在于，所述币坯的重量至少2克。

8.一种用来制造币坯的工艺，该工艺包括下列步骤：

提供具有第一面以及相背的第二面的带材或板材芯体材料，所述芯体材料基本上为锌；

提供为商业纯铝的第一包层，且提供为商业纯铝的第二包层；

将所述第一包层通过冶金手段结合到所述芯体材料的所述第一面上，且将所述第二包层通过冶金手段结合到所述芯体材料的所述第二面上，由此制成带材或板材复合材料。

9.如权利要求8所述工艺，还进一步包括从复合材料的带材或板材上冲切出许多币坯，该复合材料的带材或板材剩下的就是有孔的未被利用的复合材料。

10.如权利要求9所述工艺，还进一步包括将剩下未被利用的所述有孔的复合材料加热到其熔点以上制成锌铝合金的步骤。

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