CS9100802A2 - Electroplated semi-product for coins, medals and stamps and method of their manufacture - Google Patents

Description

- i - Ρ\Ζ 80Z - 31

Elektrolyticky pokovený polotovar pro mince,medailea známky j <x> j^Áo

Oblast techniky

Tento vynález se týká kovových slitinových mincí,medailonů upomínkových předmětů, peněžních známek,nebo pamětních mincí a polotovarů pro jejich výrobu.Vynález řeší zejména tyto výrobky a polotovarya jejich výrobu se zlepšenou odolností protiopotřebení v porovnání s mincemi ze slitin mědi nebopokovených či plátovaných mědí, při současném udržení měděného lesku a vzhledu. V nedávné době stoupající cena mincovních kovůpřiměla mnoho zemí k ražbě relativně levnýchslitinových mincí při úsilí o snížení výrobníchnákladů. Byly použity s různým úspěchem různé slitinymědi a zinku stejně jako niklu, hliníku a jiných kovů

Pravost mincí je často posuzována veřejnostípodle jejich vzhledu, kde se očekává lesk v barvězlata, stříbra nebo mědi v závislosti na jejich vyražené hodnotě. Je žádoucí, aby mince neměnily barvu stářím a aby případně nekorodovaly. Kromě vyvarování se těchto nežádoucích rysů, každá nová mince má mít přijatelnou váhu a mohou se od ní vyžadovat jisté elektrické a magnetické vlastnosti umožňující, abybyla přijatelná pro použití v prodejních strojích.

Další materiálové požadavky na mince jsou ty, ženesmí být snadno padělatelné, mají vykazovat jistěspecifické vlastnosti pro možnost jejich použití vestrojích na třídění mincí, musí být schopné získatdobrý otisk ražby a po ražbě musí mít dostatečnoutvrdost povrchu, aby se předešlo nežádoucímuopotřebení a mají být levné.

Kanadský patent č. 1,219 708 z 31. března 1987a U.S.patent č. 4,579 761 z 1. dubna 1986 popisují způsob výroby zlatistých mincí a mincovních polotovarůs elektrolytickým povlakem obsahující asi 8 až 16,nejlépe 11 až 14 hmot.% cínu a zbytek měď. Tloušťkapokovení na líci jádra je kolem 10 až 150 ym, nejlépeasi 30 až 50 ym. Mince a polotovary mají zlatý vzhleda jsou vhodné pro náhradu zlatých mincí.

Kvůli vysoké ceně rafinované mědi. mincovníhobronzu definovaného jako skupina slitin obsahujících více než 95% mědi, 1 až 4% zinku a 0 až 1% cínu a majícího charakteristickou měděné červenou barvu, nebo jiných měděných slitin, jsou mince v běžnémpoužívání drahé. "Se igneurage", což je rozdíl mezivyraženou hodnotou mince a jejími výrobními náklady,je pak malý nebo má deficitní hodnotu. Použití čistéhoměděného pokovení na jádro ocelové nebo zinkové. 3 vytváří mince podléhající korozi a vzhled jeproblematický. Předpokládá se, že je to vlivem hrubéhorozměru zrna, pórovitosti pokovení a vlastní slabéodolnosti proti opotřebení takovéto mědi.

Proto cílem tohoto vynálezu je poskytnout mincis dostatečnou odolností proti korozi a opotřebení,která je relativně levná při výrobě a která má měděnýlesk a vzhled vhodný pro náhradu mincí z poměrně drahémincovní bronzové slitiny. Cílem vynálezu je také poskytnout minci z měděnéslitiny která má vhodné charakteristiky pro použitív obchodních strojích.

Podstata vynálezu

Elektrolyticky pokovený polotovar určený proražbu insignií na alespoň jedné straně zahrnuje podlevynálezu jádro polotovaru z prvního kovovéhomateriálu, které má protilehlé lícní strany a okrajovou boční hranu a nejméně jedna z lícní strana je ztvárnitelná razícím nástrojem, elektrolyticky nanesenou vrstvu druhého kovového materiálu, která kompletně obaluje jádro polotovaru a vytvářípovrchovou tloušťku alespoň na lícní straně ztvárnitelné razícím nástrojem od asi 5 um do asi 50 um, přičemž druhý kovový materiál má obsah cínu od 4 asi 0.5 až do přibližně 8.0 hmot.%, s výhodou asi2 % až 8 hmot.%, kde zbytek je měď a vedlejší nahodilé příměsi.

Takovéto předměty jsou vyráběny pomocí postupupodle vynálezu, zahrnujícího: vytvoření jádra polotovaru předepsaného rozměru z prvního kovovéhomateriálu, s protilehlými lícními stranami a vnějšíboční hranou, nejméně jedna z lícních stran je ztvárnitelná razícím nástrojem, elektrolyticképokovení zmíněného jádra polotovaru druhým kovovýmmateriálem kompletně obaluje zmíněné jádro a taktovytváří povrch tloušťky asi od 5 um do asi 50 umalespoň na vyražené lícní straně, přičemž druhý kovovýmateriál má obsah cínu od asi 0.5 až do přibližně 8.0hmot.%, s výhodou asi 2 až 8 hmot.%, a zbytek je měďa vedlejší nahodilé příměsi.

Ve shodě s předkládaným vynálezem, bronzováslitina s nízkým obsahem cínu připojená na jádrapolotovarů má jemnější zrnění než měděné povlaky a takposkytuje lepší ochranu proti korozi. Cínovo - měděnáslitina poskytuje lepší ochranu než čistá měď díkymenšímu koroznímu galvanickému článku mezi kovy a díkyhustšímu elektrolytickému povlaku. Přidání cínu v rozsahu 0,5 až 8% značně zvyšuje odolnost slitinového povlaku proti opotřebení připoužití mincí jako oběživa. Přehled obrázků, na výkresech

Postup podle vynálezu a výrobky takto vyráběnébudou nyní popsány s odkazy na následující příklady,ve spojitostí s vyobrazeními, kde obr. 1 je příčný řez ukazující strukturu žíhané oceli s vrstvou mědi (C-B-S) a dále pak oceli s vrstvou bronzu (B-B-S)vytvořenou způsobem podle vynálezu a obr. 2 je graf,ukazující úbytek tloušťky vrstvy jako výsledekopotřebení v závislosti na čase. Příklady provedeni vynálezu Ačkoli se předcházející popis a následujícípříklady vztahují na polotovary mincí, budou pod zdepoužívaným pojmem mince v popisu i v nárocích myšlenysoučasně mince, medailony, upomínkové předměty,peněžní známky, nebo pamětní mince a taktéž jejichpolotovary. Dále ačkoli je kovový materiál jádra polotovaru popsán v následujících příkladech jakonízkouhlíková ocel, je třeba chápat, že materiálkovového jádra může sestávat na příklad ze železa,nízkouhlíkové oceli, nerezavějící oceli, niklu, niklem pokovené oceli, zinku, nebo slitiny zinku, mědi nebo různých slitin mědi obsahujících zinek a/nebo nikl 6 a/nebo cín, a z hliníku nebo hliníkových slitin vhodněpředzpracovaných. Jádro polotovaru musí být dostatečně měkké, aby mohlo být deformováno razícím nástrojem a jádro může být výhodně před nebo po pokovení vyžíháno, aby byladána polotovaru s elektrolytickým povlakem uspokojivěnízká tvrdost pro ražbu. Žíhání po elektrolytickémpokovení je také výhodné v tom, že může být použitok tvorbě metalurgického spojení pomocí vzájemné difúzemezi elektrolytickým povlakem mědi s nízkým obsahem cínu a materiálem jádra. Příklad 1 Dávka mincovních polotovarů vyrobených z nízkouhlíkové oceli a vážících 949 gramů, se vložído perforovaného rotačního horizontálního válceo délce 15 cm.a průměru 10 cm. Válec nejprve projdečistícím cyklem sestávajícím se z postupných láznív 10¾ roztoku detergentu, studené vodě, v 10¾ kyseliněchlorovodíkové a v druhé studené vodě. Polotovary v pokovovacím válci se pak ponoří do alkalickékyanidové bronzové elektrolytické pokovovací lázněobsahující měď, cín, hydroxyd draselný a kyaniddraselný. V lázni se použije proud 15 ampér po dobupřibližně 1,8 hodiny zatím co teplota lázně je 7 udržována mezi asi 55°C a 60°C.

Bylo zjištěno, že takovéto povlaky jsoumetalurgicky spojené s ocelovým polotovarem a majíjemnější zrnění vrstvy než čistá měď jednodušepřipojená a žíhaná, jak je ukázáno mikrostrukturou naobr. 1 pro bronzem potaženou ocel (B-B-S) a případněpro mědí potaženou ocel (C-B-S).

Bronzem potažené ocelové mincovní polotovarypřipravené pomocí postupu podle vynálezu bylyporovnávány s ocelovými polotovary potaženými mědía s polotovarem kanadské jednocentové mince z hlediskaodolnosti proti korozi a opotřebení.

Po vyjmutí z lázně byl zjištěn přírůstek celkovéhmoty mincovních polotovarů 58.7 gramů, což je 5.82%z celkové váhy vložených polotovarů. Mokré analýzypolotovarů ukázaly, že mají povlak obsahující 2.12 hmot.% cínu.

Po pokovení byly mincovní polotovary žíhányv redukční atmosféře při 700°C po dobu 15 minut zapřítomnosti vodíku. Na mincovních polotovarech bylzjištěn elektrolytický povlak s tloušťkou bronzu najejich lícních stranách přibližně 21 um, a na obvodupřibližně 30 um.

Bylo zjištěno, že takovýto povlak bylmetalurgicky spojený s ocelovým polotovarem , zrněnípovlaku bylo jemné a povlak poskytoval zlepšenou 8 odolnost proti korozi a proti opotřebení v porovnánís čistou mědí podobně připojenou. Příklad 2

Mincovní polotovary z oceli potažené bronzem(B-B-S) připravené postupem podle tohoto vynálezu bylyvyhodnocovány spolu s polotovary z oceli potažené mědí(C-B-S) a s kanadským polotovarem jednocentové mincez hlediska odolnosti proti korozi a opotřebení. Testna korozi byl proveden ponořením mincovních polotovarůdo lázně 2% NaCl a test na opotřebení byl provedenopotřebováváním polotovarů v rotujícím bubnu.

Parametry vzorků testovaných mincí jsou uvedeny v tabulce 1.

Tabulka 1 vzorek průměr (mm) tlou- šťka (mm) váha (g) pokoven í tloušťka (um) váha (%) složení (%) C-B-S 18,56 0,98 2,22 líc:21hrana:30 5,78 100 Cu B-B-C 18,57 0,98 2,22 líc:21hrana:31 5,83 2,1 Sn97,9 Cu Kanad.cent 19,05 1,38 2,50 — — 1,5 Zn0,5 Sn98,0 Cu - 9 - Příklad 2

Mince nebo polotovary byly při korozním testuponořeny na 4 hodiny do roztoku 2% NaCl. Výsledekkorozního testu na 10ti vzorcích každého typupolotovaru je uveden v tabulce 2.

Tabulka 2 vzorek na lícních stranách na hraně C-B-S 11 rezových skvrn/ 10 polotovarů 7 rezových skvrn/10 polotovarů B-B-S 0/10 polotovarů 0/10 polotovarů Kanad . cent 0/10 mincí 0/10 mincí

Tmavé rezové skvrny byly nalezeny pouze navzorcích z oceli s vrstvou mědi. Všechny rezové skvrny byly menšího rozměru než 1 mm. Příklad 3

Rotační buben pro test opotřebení se naplní 16tivzorky polotovarů každého typu. Při tomto testu se 10 vzorky zkouší v rotačním válci, který má plátnoobložené zespodu gumou, vyvýšeninu na obvodu, aby docházelo k nadskočení každou otáčku a vkládací otvor na jedné straně. Na počátku se jednotlivé kusy váží,ponoří se do syntetického vypocovacího roztoku, uzavřou se do válce a rotují v testovacích cyklech,které se opakují v 100 hodinových intervalech. Celkováprůměrná ztráta tloušťky povrchu vzorků v závislostina trvání testu až do 300 hodin, je zobrazena naobr. 2. Ocelové vzorky s vrstvou bronzu ukazují lepšíodolnost proti opotřebení než ocelové polotovary s vrstvou mědi a než kanadské jednocentové vzorky, přičemž poslední dva typy vzorků vykazují podobnouodolnost proti opotřebení po 300 hodinách testu.

Obecně byly ocelové polotovary s vrstvou bronzulepší oproti ocelovým polotovarům jak při testu nakorozi tak na opotřebení.

Ocelová jádra polotovarů byla dostatečně měkká,aby přijala jasný otisk od razícího nástroje aniž byzpůsobovala nežádoucí opotřebení razidla.

Elektrolyticky nanesená obalující vrstva slitinyprokázala dostatečnou tvrdost povrchu, takže výrazražby nebyl poškozen ani po prodloužených testech naopotřebení. '

Tento vynález je vhodný jak pro výrobu mincíjakožto zákonného platidla, tak pro výrobu medailonů. - 11 - upomínkovýchpamětních mincí osobám zručným vynálezu je pak předmětů, peněžních známek, nebo. Další realizace vynálezu budou zřejmév uměleckých oborech. Pole působnostidefinováno v připojených nárocích.

Claims (6)

1. - 12 - ATENTOVÉ PV 802-91

   NÁROKY ^ρκ> tnihce,! mtchi&amp;ts ) polotovar K^proražbujedné lícní straně. Elektrolyticky insignií na pokovený nejméně vyznačující se tím, že sestává z jádra polotovaru z prvního kovového materiálu,kde zmíněné jádro polotovaru má protilehlé lícnístrany a vnější boční hranu a alespoň jedna ze zmíněných lícních stran je ztvárnitelná razícím nástrojem a elektrolyticky naneseného povlaku z druhého kovového materiálu, zcela obalujícího zmíněné jádro polotovaru a majícího povrchovoutloušťku alespoň na zmíněné ztvárnitelné lícnístraně od asi Sum do asi 50um, přičemž zmíněnýdruhý kovový materiál obsahuje cín od asi 0,5 až asi do 8hmot.% a zbytek je měď. (j pokcve ) 2/^Polotovar podle nároku 1, vyznačujícíse t í m , že první kovový materiál je alespoňjeden kov vybraný ze skupiny zahrnující železo,nízkouhlíkovou ocel, nerezavějící ocel, nikl. poniklovanou ocel, zinek a zinkové slitiny, měďa měděné slitiny, hořčík a hořčíkové slitinya předzpracovaný hliník a hliníkové slitiny. 14 jeden kov vybraný ze skupiny zahrnující železo, nízkouhlíkovou ocel, nerezavějící ocel, nikl, poniklovanou ocel, zinek a zinkové slitiny, měď a měděné slitiny, hořčík a hořčíkové slitiny a předzpracovaný hliník a hliníkové slitiny. *K^podle nároku 5, vyznačujícíse t í . m , že první kovový materiál obsahuje železo, nízkouhlíkovou ocel nebo nerezavějící ocel. 'etic/ požil e nároku 5, vyznačující se t í m , že první kovový materiál obsahuje nikl, niklové slitiny nebo poniklovanou ocel. 8

   Idrdq -/n eLjf. pohoveny ptd&amp;kotfáť)^rpodle nároku 5? vyznačující se t í m , že první kovový materiál obsahuje zinek nebo zinkové slitiny. 'pcloVeMy fi&amp;hbrtgir)jpodfe ' nároku 5, v 'i 10 . yznaču j ící se t í m , že první kovový materiál obsahuje měď nebo z měděné slitiny. 11.

   poLo podle nároku 5, vyznačujícít í m , že první kovový materiál obsahuje hořčík nebo hořčíkové slitiny. - 13 - j>oLove»)^J 3.[polotovar podle nároku 2, vyznačujícíse t í m , že zmíněný druhý kovový materiál má obsah cínu asi 2 hmot.% a zbytek je měď. po kove ηψ^^τη i ne e s vyraženými lícní straně. Elektrolyticky insigniemi na nejméně jednévyznačující se tím, že sestávajíz jádra mincovního polotovaru majícího protilehlélícní strany a vnější boční hranu z prvníhokovového materiálu, který je dostatečně měkký, aby mohl být deformován mincovním razidlem při ražbě,z elektrolyticky naneseného povlaku z druhého kovového materiálu zcela obalujícího zmíněnýpolotovar, přičemž povlak obsahuje asi od 0,5 doasi 8 hmot.% cín a zbytek je měď a povlak mátloušťku od asi 5 um do asi 50ym a zmíněné insigniejsou vytvořeny ražbou po nanesení elektrolytickéhopovlaku.
2. 5. I y pod 1 e nároku , vyznačující se t í m , že první a druhý kovový materiál je metalurgicky spojen vzájemnou difúzí působenímtepla. podle nároku 5, vyznačující t í m , že první kovový materiál je nejméně - 15 -pokoveVi^ jx&amp;ekeVcur') 12. / podle nároku 5, vyznačující se t í m , že první kovový materiál obsahujehliník nebo hliníkové slitiny. E&amp;í/dr&amp;fyífcby ^Lovehij podle nároku 5, 13. | podle nároku 5, vyznačující se t í m , že první kovový materiál obsahujenízkouhlíkovou ocel a druhý kovový materiál sestává z asi 2 hmot.% cínu a zbytek je měď.

   Uatr, mince s vyraženými
3. 14. Elektrolyticky pokoveni insigniemi na nejméně jedné lícní straně,vyznačující se tím, že sestávají z jádra polotovaru vyrobeného z materiálu vybraného z nízkouhlíkové oceli a nerezavějící oceli, majícího protilehlé lícní strany a vnějšíboční hranu, nejméně jedna zmíněná lícní strana jeztvárnitelná pomocí razícího nástroje, z elektrolyticky naneseného povlaku z měděnéslitiny která zcela obaluje jádro polotovarua dává tloušťku povlaku na alespoň jednéztvárnitelné lícní straně od asi 5 um do asi 50 um, při čemž slitina mědi obsahuje asi od 0,5do asi 8 hmot.% cínu a zbytek je měď a insigniejsou vytvořeny ražbou na alespoň jedné ztvárnitelné lícní straně. 16

   jf podle nároku 14, vyznačujícíse t í m , že měděná slitina obalující kovový materiál jádra polotovaru je metalurgicky spojenas tímto polotovarem vzájemnou difúzí pomocípůsobení tepla.

   16. 16. 17. 17. ZpiS-col© výroby! polotovaru, který je schopenpřijmout ražbu na alespoň jedné lícní straně,vyznačující se tím. Že se vytvoříjádro polotovaru z prvního kovového materiáluo předepsaném rozměru, s protilehlými lícnímistranami a vnější boční hranou kde alespoň jednazmíněná lícní strana je schopná přijetí otisku odrazícího nástroje, pak se provede elektrolyticképokovení zmíněného jádra polotovaru druhým kovovýmmateriálem tak, že kompletně obaluje Zmíněné jádropolotovaru a vytváří povrchovou tloušťku od asi5 um do asi 50 um na nejméně jedné zmíněnéztvárnitelné lícní straně přičemž zmíněný druhýkovový materiál obsahuje cín od asi 0,5 do 8,0hmot.% a zbytek je měd a případné příměsi a pak seprovede vyražení ražby na pokovené ztvárnitelné lícní straně. 'Z-p&amp;sok podle nároku 16, vyznačujícíse tím, že jádro polotovaru se před 17 elektrolytickým pokovením opláchne ve zředěnékysel i ně.
4. 18. Žp&amp;sob podle nároku 16, v y značu j í c í se tím. že se jádro polotovaru před elektrolytickým pokovením žíhá. 19 · jZpížsob pod 1 e nároku 16, vy z n a č u j í c í se tím, že jádro polotovaru je žíháno poelektrolytickém pokovení ale před ražbou, prodosažení metalurgického spojení mezi elektrolytickým obalem a materiálem jádra.
5. 20. Způsob podle nároku 16, vyznačujícíse tím, že žíhání se provádí v redukčníatmosféře po dobu do 15ti minut při asi 700°C zapřítomnosti redukčního plynu jako je vodík. 21. ϊφ&amp;£οΙο výroby y ýěTektrolyticky pokovené mince s ražbou vyformovanými insigniemi na nejméně jednélícní straně, vyznačující se t í m , že se vytvoří jádro mincovního polotovarupožadovaného rozměru a tvaru, které má protilehlélícní strany a vnější boční hranu z prvníhokovového materiálu, který je dostatečně měkký prodeformaci mincovním razícím nástrojem v průběhu 18 ražby; pak se provede elektrolytické pokovení mincovního polotovaru vrstvou z druhého kovového materiálu tak, že kompletně obaluje zmíněné jádro polotovaru mince a vrstva má lícní tloušťku od asi 5 um až do asi 50 um a zmíněný druhý kovový materiál obsahuje asi od 0,5 do asi 8 hmot.% cínu a zbytek je měď, a nakonec se provede vyformováníinsignií na nejméně jedné zmíněné lícní straněpokoveného polotovaru pomocí alespoň jednohorazícího nástroje deformujícího povrch polotovaru.
6. 22 . Způsob výroby podle nároku 21, vyzná č u j í c í set í m , že se mincovn í polotovar změkčuje žíháním před elektrolytickým pokovením. 23. ~Žp5.Sols výroby % podle nároku 21, vyzná č u j í c í s e t í m , že se mincovní polotovar žíhá po elektrolytickém pokovení, alepřed vyformováním insignií na polotovaru.