DE4120291A1

DE4120291A1 - PLATED ROHLING FOR MUENZES AND THE SIMILAR METHOD AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Info

Publication number: DE4120291A1
Application number: DE4120291A
Authority: DE
Inventors: Hieu C Truong; Maria Dilay
Original assignee: Royal Canadian Mint
Current assignee: Royal Canadian Mint
Priority date: 1990-06-21
Filing date: 1991-06-19
Publication date: 1992-01-09
Anticipated expiration: 2011-06-20
Also published as: ZA913677B; CA2019568C; GB9111184D0; CA2019568A1; DE4120291C2; CN1057496A; GB2245283B; CN1022699C; GB2245283A

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohling mit einem beschichteten Eisenmetallkern zur Herstellung von Münzen und dergleichen sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen beschichteten Rohlings.The invention relates to a blank with a coated iron metal core for the production of coins and the like, and a method of manufacturing a such coated blank.

Speziell befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zum Herstellen von plattierten Rohlingen bzw. Platinen für Münzen oder ähnliche Artikel, wie z. B. Medaillen, sowie mit dem Prägen derartiger Rohlinge, wobei insbesondere auf die Herstellung von Rohlingen bzw. Münzen mit einer äußeren Nickelschicht eingegangen wird, wobei die fertigen Rohlinge bzw. Münzen, aber auch eine Kupferschicht als äußerste Schicht aufweisen können.Specifically, the invention is concerned with a method for Manufacture of clad blanks or boards for Coins or similar items, such as B. medals, as well with the embossing of such blanks, in particular on the production of blanks or coins with a outer nickel layer is received, the finished Blanks or coins, but also a copper layer as may have outermost layer.

Es ist bekannt, Münzen aus mit Nickel plattierten Rohlingen herzustellen, wobei jedoch die Tendenz besteht, daß sich im Bereich von Poren (pinholes), an denen die Plattierung den Stahl nicht vollständig bedeckt, Rostflecken auftreten. Feine Poren bzw. Mikroporen können in der aufplattierten Schicht dadurch auftreten, daß die Schicht selbst nicht durchgehend erzeugt wurde oder dadurch, daß bereits in der Oberfläche des beschichteten Eisenmetallkerns entsprechende Poren bzw. Feinlunker vorhanden waren. Beim Prägen beschichteter Rohlinge strecken die Prägestempel das Metall besonders im Bereich der Münzkante. Dabei können sich nadelfeine Öffnungen erweitern, so daß die Stahloberfläche aufgrund des Streckens nach außen freiliegt. Außerdem können sich speziell im Bereich der Kanten Risse bzw. Sprünge in der Plattierung ergeben. Derartige Defekte führen letztlich zur Rostbildung.It is known to have nickel-plated coins Blanks, but with a tendency to that in the range of pores (pinholes), in which the Plating does not completely cover the steel, Rust spots occur. Fine pores or micropores can occur in the plated layer in that the Layer itself was not generated continuously or in that already in the surface of the coated Iron metal core corresponding pores or Feinlunker were present. When embossing coated blanks The dies extend the metal especially in the area the coin edge. This can be pinpoint openings expand, so that the steel surface due to the Stretching outward. In addition, you can especially in the area of edges cracks or cracks in the Plating revealed. Such defects ultimately lead for rust formation.

Wenn in dem Kern Poren vorhanden sind und diese beim Elektroplattieren überbrückt, d. h. nach außen geschlossen werden, ohne daß der Hohlraum voll gefüllt würde, dann kann die eingeschlossene Luft beim Prägevorgang aus dem Hohlraum herausgedrückt werden und in der aufplattierten Schicht eine Blase erzeugen. Dies ist bei der Münzherstellung ein schwerwiegendes Problem. Einige Hersteller von Münzen haben daher versucht, das Metall durch Kugelstrahlen mit kleinen Stahlkugeln zu verdichten, um das Problem des Auftretens von Blasen und Poren zu verringern.If there are pores in the core and they are present Electroplating bridged, d. H. closed to the outside are, without the cavity would be filled, then the trapped air during the embossing process from the Cavity be pressed out and in the plated Layer create a bubble. This is at the Coin making is a serious problem. Some Producers of coins have therefore tried the metal compacting by shot peening with small steel balls, to the problem of the appearance of bubbles and pores too to decrease.

Ein anderes Problem, welches bei der Münzherstellung auftritt, ergibt sich aufgrund der sogenannten "starbursts". Beim Aufplattieren einer Nickelschicht bilden sich nämlich Spitzen, die beim Prägen abgeschert oder abgeflacht werden und dabei eine hohe Abriebwirkung entfalten, die zu Narben bzw. Schäden an der Oberfläche der Prägestempel führt.Another problem with coin manufacturing occurs, due to the so-called "Starbursts". When plating a nickel layer namely, peaks form, which shear off during embossing or flattened while a high abrasion effect unfold, leading to scarring or damage to the surface the stamp leads.

Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte Rohlinge für die Münzherstellung anzugeben die zumindest im wesentlichen frei von Poren, Rissen und dergleichen sind und auch beim Prägen eine intakte Beschichtung beibehalten sowie ein Verfahren zum Herstellen derartiger Rohlinge anzugeben.Starting from the prior art, the invention is the Task based, improved blanks for the Coin manufacture indicate the at least substantially are free from pores, cracks and the like and also at Embossing maintains an intact coating as well Specify a method for producing such blanks.

Die gestellte Aufgabe wird, was die Rohlinge selbst anbelangt, durch Rohlinge gemäß Patentanspruch 1 gelöst.The task is what the blanks themselves As regards, solved by blanks according to claim 1.

Was das Verfahren anbelangt, so wird die gestellte Aufgabe durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 7 gelöst.As far as the method is concerned, so does the task solved by the method according to claim 7.

Gemäß einer bevorzugten Realisierung der Erfindung wird ein Stahl- bzw. Eisenmetallkern mit einer mehrlagigen Plattierung in Form einer Nickel-Kupfer-Nickel-Schicht versehen. Es hat sich nämlich gezeigt, daß bei Eisenmetallen eine geringere Tendenz für eine Oxidation besteht, wenn sie durch eine Kupferschicht geschützt sind, welche in der Spannungsreihe der Metalle ein positiveres Potential von 0,34 V besitzt, und zwar verglichen mit Eisen (-0,44 V) und Nickel (-0,25 V). Außerdem ist es bei einem dreilagigen System unwahrscheinlich, daß irgend eine Mikropore in einer Schicht durch alle drei Lagen hindurchgeht und das Eisen freilegt. Wenn in der Oberfläche des Stahlrohlings selbst eine Mikropore vorhanden ist, wird sie wahrscheinlich von mindestens einer der Schichten bedeckt. Einige der Vorteile gemäß der Erfindung können jedoch mit einer zweilagigen Plattierung aus Nickel und Kupfer erzielt werden, wobei die Kupferschicht die Außenschicht bildet.According to a preferred realization of the invention a steel or ferrous metal core with a multilayer Plating in the form of a nickel-copper-nickel layer Provided. It has been shown that at Ferrous metals have a lower tendency for oxidation when protected by a layer of copper, which in the voltage series of the metals a more positive Potential of 0.34V, compared to Iron (-0.44 V) and nickel (-0.25 V). Besides, it is at A three-tier system unlikely that any Micropore in one layer through all three layers goes through and exposes the iron. If in the Surface of the steel blank itself a micropore is present, it will probably be from at least one of the layers covered. Some of the advantages according to the Invention can, however, with a two-layer plating made of nickel and copper, the Copper layer forms the outer layer.

Das Aufplattieren bzw. das galvanische Abscheiden mehrerer Schichten inclusive einer Kupferschicht und einer Nickelschicht ist im Zusammenhang mit der Herstellung von Stoßstangen für Kraftfahrzeuge bereits bekannt. The plating or the galvanic deposition of several Layers including a copper layer and a Nickel layer is related to the production of Bumpers for motor vehicles already known.

Beispielsweise beschreibt die US-PS 44 18 125 die Möglichkeit, einen Grundkörper aus Stahl nacheinander mit Schichten aus Nickel, Cadmium, Kupfer, Nickel und Chrom zu versehen. Ferner beschreibt die kanadische Patentschrift 3 69 046 die Möglichkeit, zunächst eine Nickelschicht dann eine Kupferschicht und anschließend eine Nickelschicht zu erzeugen, so daß das Kupfer einen optischen Hinweis für ein fehlerhaftes Schleifen bzw. Polieren liefert.For example, US-PS 44 18 125 describes the Possibility to use a basic steel body in succession Layers of nickel, cadmium, copper, nickel and chromium too Provided. Furthermore, the Canadian patent specification describes 3 69 046 the possibility, first a nickel layer then a copper layer and then a nickel layer to produce, so that the copper an optical indication for a faulty grinding or polishing supplies.

Bei der Herstellung von Münzen mit aufeinanderfolgenden Schichten aus Nickel, Kupfer und Nickel ergeben sich Probleme, die zumindest in diesem Umfang bei der Herstellung von Stoßstangen nicht auftreten. Eines der gravierendsten Probleme bei der Münzherstellung besteht nämlich in der Blasenbildung. Die Blasenbildung ist dabei darauf zurückzuführen, daß Mikroporen derart überbrückt werden, daß Gasblasen eingeschlossen werden, die anschließend unter der Wirkung des hohen Prägedruckes zu Blasen in der Plattierung führen. Das Auftreten des Effekts der Überbrückung ist dabei besonders bei mehrlagigen Plattierungsschichten wahrscheinlich. Ein weiteres Problem ergibt sich durch die starke mechanische Deformation und Streckung beim Prägen.In the production of coins with successive Layers of nickel, copper and nickel arise Problems that at least to that extent in the Production of bumpers does not occur. One of the the most serious problems in coin production namely in the blistering. The blistering is here due to the fact that micropores bridged so be included that gas bubbles that subsequently under the effect of the high embossing pressure Blow bubbles in the cladding. The appearance of the Bridging effect is especially included multilayer plating layers likely. On Another problem arises from the strong mechanical Deformation and stretching during embossing.

Der Erfindung liegt daher, wie erwähnt, auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Aufbringen einer mehrlagigen Plattierungsschicht anzugeben, bei dem die oben angesprochenen Probleme beim Prägen bzw. bei der Münzherstellung auf ein Minimum reduziert werden.The invention is therefore, as mentioned, also the task underlying a method for applying a multilayer Indicate plating layer in which the above addressed problems in embossing or in the Coin production can be reduced to a minimum.

Ein bevorzugtes erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen von Rohlingen von Münzen bzw. zum Herstellen von Münzen oder dergleichen umfaßt folgende Schritte:A preferred method according to the invention for the production of blanks of coins or for the production of coins or the like comprises the following steps:

a) a ferrous metal blank is cleaned so that it is in is substantially free of oxides, fats or dirt;
b) the blank is made by electroplating with a Provided nickel precipitate;
c) over the nickel precipitate is through Electroplating produces a copper coating, being initially with a low current density is worked and then with the full Current density to bypass the micropores too avoid or reduce to a minimum;
d) over the copper layer is preferably through Electroplating produces an outer layer of nickel, being first with a low current density and then worked with the full current density in order to avoid the bridging of micropores or to a minimum;
e) the copper is annealed at moderate temperature to give the Increase deformability without blistering too cause, either before or after Applying the outer nickel layer;
f) if the final product is a coin, embossing takes place in such a way that no pores or cracks develop, which surface areas of the iron metal core would expose.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche. Advantageous embodiments of the invention are the subject dependent claims.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will be Below explained in more detail with reference to drawings. Show it:

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt zur Erläuterung der Abscheidung einer (molekularen) Kupferschicht mit niedriger Stromdichte zu Beginn der Kupferplattierung, wobei sich an diese Phase das Plattieren mit voller Stromdichte anschließt; Fig. 1 is a schematic cross-sectional view for explaining the deposition of a (molecular) copper layer with a low current density at the beginning of copper plating, followed by this phase followed by plating at full current density;

Fig. 2a, b eine vergleichende Querschnittsdarstellung zur Erläuterung dessen, was beim Abscheiden des Kupfers mit einer von Anfang an hohen Stromdichte geschehen würde. Fig. 2a, b is a comparative cross-sectional view for explaining what would happen when depositing the copper with a high current density from the beginning.

Nachstehend sollen nunmehr die praktischen Schritte bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens detailliert erläutert werden.Below are the practical steps at the implementation of the method according to the invention be explained in detail.

Die Herstellung von Münzen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren beginnt mit der Reinigung der Rohlinge aus Stahl oder einem anderen Eisenmetall. Diese Rohlinge sind scheibenförmige Elemente mit einem Durchmesser, der etwa das 12-fache der Dicke der Rohlinge beträgt.The production of coins according to the invention Procedure begins with the cleaning of blanks made of steel or another iron metal. These blanks are disk-shaped elements with a diameter of about 12 times the thickness of the blanks.

Runde Rohlinge oder Rohlinge mit anderer geometrischer Form werden aus einem Blech bzw. Streifen aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, insbesondere mit einem Kohlenstoffgehalt unter 0,02% und vorzugsweise mit einem Kohlenstoffgehalt von 0,01% oder weniger, ausgestanzt. Die Rohlinge werden dann gebördelt, um an ihrem Umfang eine glatte Kante zu erhalten und dadurch beim Plattieren das Entstehen von Eindrücken und das Verkratzen zu vermeiden, und um beim Prägen mit einem vernünftigen Druck die Ausbildung eines guten flachen Randes der Münze zu unterstützen.Round blanks or blanks with other geometric Form are made of a sheet metal or strip of steel low carbon content, especially one Carbon content below 0.02% and preferably with one Carbon content of 0.01% or less, punched out. The blanks are then crimped to their circumference to obtain a smooth edge and thereby in plating the emergence of impressions and scratching too avoid, and at embossing with a reasonable pressure the formation of a good flat edge of the coin too support.

Anschließend werden die Rohlinge in einer sauerstoff-freien Atmosphäre bei 700-900°C geglüht und danach langsam abgekühlt. Bei langsamer Abkühlung ist es dabei möglich, eine Härte von etwa 40 R30T zu erreichen. (Diese und nachfolgende ähnliche Angaben beziehen sich auf die Rockwell Superficial Scale beim Arbeiten mit 30 kg und einer Kugel von 1/16′′ (ca. 1,6 mm)). Es wurde festgestellt, daß die Stahloberfläche ohne ein Glühen bei der Reinigung in einer sauren Lösung leicht oxidiert. Das Glühen in einer Wasserstoffatmosphäre fördert das Entfernen von Oberflächenoxiden des Stahlrohlings.Subsequently, the blanks in one Oxygen-free atmosphere annealed at 700-900 ° C and then slowly cooled. With slow cooling it is possible to achieve a hardness of about 40 R30T. (These and subsequent similar statements refer to the Rockwell Superficial Scale when working with 30 kg and a ball of 1/16 "(about 1.6 mm)). It was found that the steel surface without a glow at the purification is easily oxidized in an acidic solution. The Annealing in a hydrogen atmosphere promotes that Removal of surface oxides of the steel blank.

Die Rohlinge werden dann in eine drehbare Plattiertrommel gefüllt. Die Anzahl der eingefüllten Rohlinge kann dabei zwischen 90 und 200 - in Abhängigkeit von ihrer Größe - schwanken. Alle nachfolgend beschriebenen Verfahrensschritte beziehen sich auf eine mittlere Chargengröße von 100 Rohlingen.The blanks are then placed in a rotatable plating drum filled. The number of filled blanks can between 90 and 200 - depending on their size - vary. All described below Process steps relate to a medium Batch size of 100 blanks.

Vor dem Elektroplattieren werden weitgehend die üblichen Reinigungsschritte durchgeführt, um die Rohlinge für das Plattieren vorzubereiten. Zu den Reinigungsschritten können dabei einige oder sämtliche nachfolgend aufgeführte Schritte gehören: Waschen der Rohlinge mit speziellen alkalischen Detergenzien, Spülen, Entfetten mit Lösungsmittel, elektrolytisches Reinigen und Spülen in entionisiertem Wasser.Before electroplating are largely the usual Cleaning steps performed to remove the blanks for the To prepare plating. To the cleaning steps may include some or all of the following Steps include: washing the blanks with special alkaline detergents, rinsing, degreasing with Solvent, electrolytic cleaning and rinsing in deionized water.

Das traditionelle Reinigungsverfahren besteht darin, die Rohlinge zunächst mit einer basischen Lösung zu reinigen und anschließend mit einer sauren Lösung, von der vermutet wird, daß sie die Adhäsion für Nickel oder andere Beschichtungen verbessert. Es hat sich nunmehr gezeigt, daß es vorteilhaft ist, diese Schrittfolge umzukehren. Erfindungsgemäß erfolgt zunächst eine Reinigung mit einer sauren Lösung und sofort anschließend ein schnelles Waschen mit einer verdünnten Natronlauge zum Puffern der Säure (-reste). Dabei wurde festgestellt, daß bei dem traditionellen Reinigungsverfahren stets eine gewisse Oxidation erfolgt, selbst wenn vor dem Elektroplattieren nur eine kurze Zeit verstreicht. Durch Arbeiten mit der vorstehend beschriebenen, umgekehrten Schrittfolge konnte diese Oxidation beträchtlich verringert werden.The traditional cleaning method is to use the Blanks first with a basic solution to clean and then with an acidic solution, suspected of Will that be the adhesion for nickel or others Coatings improved. It has now been shown that it is advantageous to reverse this sequence of steps. According to the invention, a cleaning with a first acid solution and immediately followed by a fast Wash with dilute sodium hydroxide solution to buffer Acid (residues). It was found that in the traditional cleaning process always a certain Oxidation occurs even if before electroplating only a short time elapses. By working with the described above, reverse sequence of steps could this oxidation can be considerably reduced.

Die saure Reinigungslösung kann eine 10%ige Salzsäurelösung sein, die man für die Dauer von 30 s bei einer Temperatur von 55°C einwirken läßt. Diese Lösung wird der oben erwähnten, drehbaren Trommel zugeführt, welche beim Reinigen, beim Arbeiten mit der sauren Lösung und beim Spülen mit einer Drehzahl von 10 Upm gedreht wird. Die Spülflüssigkeit ist dabei eine schwach basische Lösung, die dazu dient, die Säure zu neutralisieren. Eine brauchbare Spülflüssigkeit enthält eine ausreichende Menge an Natriumhydroxid, um der Lösung einen pH-Wert von 0,9 zu verleihen.The acidic cleaning solution can be a 10% Hydrochloric acid solution, which is added for a period of 30 s a temperature of 55 ° C is allowed to act. This solution is supplied to the above-mentioned rotatable drum, which when cleaning, when working with the acidic solution and rotated at a speed of 10 rpm while purging becomes. The rinsing liquid is a weakly basic Solution that serves to neutralize the acid. A useful rinse liquid contains a sufficient amount of sodium hydroxide to give the solution a pH of 0.9 to lend.

Der zweite Schritt besteht darin, einen Nickelniederschlag aufzubringen, um eine Nickelschicht abzuscheiden, die etwa 0,8-1,2% des Endgewichts der Münze ausmacht. Der zu Erzeugung des Nickelniederschlags verwendete Nickel sollte dabei ein Nickel mit niedrigem Schwefelgehalt sein, also ein stumpfes Nickel, und kein Nickelmaterial des Typs, welches gewöhnlich als helles bzw. glänzendes Nickel bezeichnet wird. Geeignete Verfahrensbedingungen zum Aufbringen des Nickelniederschlags werden in dem nachfolgenden Beispiel I beschrieben. The second step is to make a nickel precipitate to deposit to deposit a nickel layer, about 0.8-1.2% of the final weight of the coin. The too Generation of nickel precipitate used nickel should it will be a nickel with low sulfur content, so a dull nickel, and not a nickel material of the type which is usually bright or shiny nickel referred to as. Suitable process conditions for Application of the nickel precipitate are in the Example I below.

Example I

Auf den Rohlingen wird kurzfristig ein Nickelniederschlag erzeugt. Dabei wird ein Wattsches Nickelsulfatbad bevorzugt, da es für Stahl weniger korrodierend ist als ein Wood-Bad zur Erzeugung eines Nickelniederschlags. Eine geeignete Zusammensetzung für das Bad zum Erzeugen eines Nickelniederschlags und die Betriebsparameter sind in Tabelle 1 angegeben.On the blanks is a short nickel precipitation generated. This is a Wattsches nickel sulfate bath preferred because it is less corrosive to steel than a Wood bath to create a nickel precipitate. A suitable composition for the bath for producing a Nickel precipitate and the operating parameters are in Table 1 given.

Nickelsulfat|300 g/lNickel sulphate | 300 g / l Nickelchloridnickel chloride 90 g/l90 g / l Borsäureboric acid 45 g/l45 g / l pH-WertPH value 1-21-2 Temperaturtemperature 60°C60 ° C Stromdichtecurrent density 8 A/ft² = 86 A/m²8 A / ft² = 86 A / m²

Als Netzmittel wird ein handelsübliches Mittel, beispielsweise das Produkt Y-17 der Firma M & T Chemicals verwendet. Die eingesetzte Menge betrug 0,1 Vol.-%. Bei diesem Plattierschritt wird ein sehr poröser Niederschlag erzeugt.Wetting agent is a commercial agent, for example, the product Y-17 from M & T Chemicals used. The amount used was 0.1% by volume. at This plating step becomes a very porous precipitate generated.

Typischerweise beträgt die Zeit für die Erzeugung eines 1%igen Nickelniederschlags bei Rohlingen für 5-Cent-Stücke etwa 30 min, wobei die Dicke des Niederschlags aus stumpfem Nickel etwa 0,005 mm beträgt (vergl. Tabelle 5).Typically, the time to generate a 1% nickel precipitate on blanks for 5-cent pieces about 30 min, the thickness of the precipitate out blunt nickel is about 0.005 mm (see Table 5).

Die Trommel und die plattierten Stücke werden dann in einem Kaltwassertank gespült. Anschließend erfolgt ein weiteres Spülen in heißem Wasser und schließlich ein Spülen mit kaltem entionisiertem Wasser. The drum and the plated pieces are then in rinsed a cold water tank. Subsequently, a further rinse in hot water and finally a Rinse with cold deionized water.

Der dritte Schritt besteht im Plattieren mit einer Kupferschicht. Das Beschichten mit Kupfer erfolgt in der Weise, daß eine Kupferschicht mit etwa 4-7% und vorzugsweise etwa 6% des Endgewichts der Münze erhalten wird. Die Dicke der Beschichtung beträgt dabei auf allen Oberflächen etwa 20-30 µm.The third step is plating with one Copper layer. The coating with copper takes place in the Way that a copper layer with about 4-7% and preferably about 6% of the final weight of the coin becomes. The thickness of the coating is at all times Surfaces about 20-30 microns.

Vorzugsweise wird für das Aufbringen des Kupfers ein Säurebad verwendet. Obwohl der Energiewirkungsgrad bei einem Zyanidbad höher ist, kann bei einem Säurebad mit einer höheren Stromstärke gearbeitet werden, was zu einer Zeitersparnis führt, durch die der geringere Wirkungsgrad mehr als ausgeglichen wird. Außerdem sind Zyanidbäder gefährlich und die Entsorgung verbrauchter Zyanidbäder kann, wenn sie nicht fachgerecht geschieht, zu Umweltproblemen führen.Preferably, for the application of the copper Acid bath used. Although the energy efficiency at a cyanide bath is higher, can in an acid bath with a higher amperage, resulting in a Saves time, due to the lower efficiency more than compensated. There are also cyanide baths dangerous and the disposal of spent cyanide baths if it does not happen properly, too Environmental problems.

Es wurde festgestellt, daß es beim Abscheiden des Kupfers vorteilhaft ist, mit einem niedrigen Strom von etwa 1/6-1/4 der vollen Stromstärke zu beginnen und erst später auf die volle Stromstärke überzugehen. Diese Maßnahme ist wichtig, um das sogenannte Überbrücken und die daraus resultierende Blasenbildung zu vermeiden oder doch auf ein Minimum zu reduzieren. Das Plattieren sollte daher für eine Anfangsphase von etwa 15-20 min mit einer Stromdichte von 1,2-1,8 A/ft² (12,9-19,3 A/m²) beginnen. Die Leistung wird dann auf etwa 6-7 A/ft² (64,6-75,3 A/m²) erhöht, um die Kupferbeschichtung fertigzustellen. Die Kupferbeschichtung sollte eine ebene fertige Oberfläche haben, die eine gute Basis für die abschließende Beschichtung bildet. Daher kann der Elektrolytlösung eine begrenzte Menge eines Netzmittels und eines Trägers und Glanzerzeugers zugesetzt werden. Zu diesem Zweck können verschiedene handelsübliche Reagenzien verwendet werden, von denen viele nur anhand ihrer Warenbezeichnungen identifiziert werden können. Beispiele für Reagenzien, die als Netzmittel, Träger und Glanzerzeuger verwendet werden können, sind z. B. das Produkt "Barrel CuBath B-76 leveler", welches als Glanzerzeuger verwendet werden kann, und "Barrel CuBath B-76 Carrier". Beide Produkte werden von der Firma Sel-Rex Oxy Metal Industries hergestellt. Geeignet sind ferner die Produkte "Deca-Lume D-1-R, D-2-R und D-3-R", die von der Firma M & T Chemicals vertrieben werden. Als Netzmittel kann, wie oben erwähnt, "Y-17" der Firma M & T Chemicals verwendet werden.It has been found that when depositing the copper, it is advantageous to start with a low current of about 1 / 6-1 / 4 of the full amperage and only later to go to full amperage. This measure is important in order to avoid the so-called bridging and the resulting blistering or at least to reduce it to a minimum. The plating should therefore begin for an initial phase of about 15-20 minutes with a current density of 1.2-1.8 A / ft ² (12.9-19.3 A / m ² ). The power is then increased to about 6-7 A / ft ² (64.6-75.3 A / m ² ) to complete the copper plating. The copper coating should have a flat finished surface which forms a good base for the final coating. Therefore, a limited amount of a surfactant and a carrier and gloss generator may be added to the electrolytic solution. For this purpose, various commercially available reagents can be used, many of which can only be identified by their trade names. Examples of reagents which can be used as wetting agents, carriers and shine generators are e.g. For example, the product "Barrel CuBath B-76 leveler", which can be used as a shine generator, and "Barrel CuBath B-76 Carrier". Both products are manufactured by Sel-Rex Oxy Metal Industries. Also suitable are the products "Deca-Lume D-1-R, D-2-R and D-3-R", which are sold by M & T Chemicals. As the wetting agent, as mentioned above, "Y-17" from M & T Chemicals can be used.

Weitere Informationen hinsichtlich der Plattierzeit für eine gegebene Dicke können theoretisch unter Berücksichtigung der folgenden Beziehungen erhalten werden:Further information regarding plating time for a given thickness can theoretically under Consider the following relationships:

Elektrochemische Äquivalente Electrochemical equivalents

Das folgende Beispiel II soll die Kupferplattiervorgänge noch näher erläutern:The following example II is intended to illustrate the copper plating operations explain in more detail:

Example II

Als nächstes erfolgt das Kupferplattieren. Dies geschieht durch Eintauchen der rotierenden Plattiertrommel in ein saures Elektroplattierbad. Für die Zusammensetzung des Kupferplattierbades und die Betriebsparameter können der nachfolgenden Tabelle 2 typische Werte entnommen werden:Next, copper plating occurs. this happens by immersing the rotating plating drum in one acid electroplating bath. For the composition of the copper plating bath and the operating parameters taken from the following table 2 typical values become:

Kupfersulfat|255 g/lCopper sulfate | 255 g / l Kupfer (metallisch)Copper (metallic) 56 g/l56 g / l Schwefelsäuresulfuric acid 57 g/l57 g / l Chloridionenchloride ions 70 ppm70 ppm pH-WertPH value 1,01.0 Temperaturtemperature 24°C24 ° C Stromdichtecurrent density 6-7 A/ft² = 64,6-75,3 A/m²6-7 A / ft² = 64.6-75.3 A / m² phosphorisierte KupferanodenPhosphorized copper anodes

Hier handelt es sich um ein handelsübliches, firmeneigenes Elektroplattiersystem, welches von der Firma Sel-Rex Oxy Metal Industries vertrieben wird. Die Firma empfiehlt, daß die "CuBath B-76"-Ergänzungsmischung auf Amperestunden-Basis zugesetzt wird, und zwar in einer Menge von 1 cm³/Ah. Die Mischung enthält eine Trägerkomponente zu einer Ausgleicherkomponente im Verhältnis von 8 : 1.This is a commercial, proprietary electroplating system sold by Sel-Rex Oxy Metal Industries. The company recommends that the "CuBath B-76" is added to -Ergänzungsmischung ampere-hour basis, in an amount of from 1 cm ³ / Ah. The mixture contains a carrier component to an equalizing component in the ratio of 8: 1.

Andere handelsübliche saure Kupferplattiersysteme sind verfügbar und könnten ebenfalls verwendet werden.Other commercial acid copper plating systems are available and could also be used.

Das erfindungsgemäße Kupferplattierverfahren unterscheidet sich von den normalen Plattierpraktiken durch die Tatsache, daß das Plattieren bei einer niedrigen Stromdichte eingeleitet wird, beispielsweise bei 1/5 der vollen Stromdichte für etwa 15 min (1,2-1,4 A/ft² (12,9 -15 A/m²)). Nach dieser kurzen Zeit wird die volle Stromdichte angelegt, und zwar für etwa 4 Stunden, um eine Beschichtung auszubilden, die etwa 6 Gew.-% (des Endgewichts) ausmacht (vergl. Tabelle 5). The copper plating method of the present invention differs from the normal plating practices in the fact that plating is initiated at a low current density, for example, 1/5 of the full current density for about 15 minutes (1.2-1.4 A / ft ² (12); 9 -15 A / m ² )). After this short time, the full current density is applied for about 4 hours to form a coating that is about 6% by weight (final weight) (see Table 5).

Wie Fig. 1 zeigt, gestattet es die niedrige Stromdichte am Anfang der Kupferbeschichtung der Kontur der Mikroporen des Stahls bzw. des zunächst erzeugten Nickelniederschlags zu folgen. Hierdurch wird eine Überbrückung der Mikroporen vermieden, welche später beim Glühen zur Bildung kleiner Blasen führen könnte. In Fig. 1 ist der Kern 10 schräg schraffiert, während der Nickelniederschlag 11 senkrecht schraffiert ist und die zunächst erzeugte Kupferschicht 12 als punktierte Schicht dargestellt ist.As shown in Figure 1, the low current density at the beginning of the copper coating allows it to follow the contour of the micropores of the steel or the nickel precipitate initially formed. This avoids a bridging of the micropores, which could later lead to the formation of small bubbles during annealing. In Fig. 1, the core 10 is obliquely hatched, while the nickel precipitate 11 is vertically hatched and the copper layer 12 initially produced is shown as a dotted layer.

Der anfängliche, dünne, galvanisch abgeschiedene Film reduziert Kerben, Gruben und Kratzer, wodurch die Schaffung einer ebenen Plattieroberfläche unterstützt wird. Die im Zusammenhang mit der Erfindung durchgeführten Arbeiten haben gezeigt, daß bei einem Verzicht auf den anfänglichen Schritt, bei dem mit niedriger Stromdichte gearbeitet wird, eine starke Tendenz dafür besteht, daß sich kleine Bläschen bilden.The initial, thin, electrodeposited film reduces nicks, pits and scratches, causing the Creation of a flat plating surface supported becomes. The performed in connection with the invention Work has shown that in the absence of the initial step, with low current density is working, there is a strong tendency that small bubbles form.

Die saure Kupferplattierlösung enthält zusätzlich Netzmittel und Ausgleicher (levelers), deren Wirksamkeit durch den sehr langsam verlaufenden Plattierzyklus gefördert und verstärkt wird.The acid copper plating solution additionally contains Wetting agents and levelers, their effectiveness through the very slow plating cycle promoted and strengthened.

Wenn gleich zu Beginn mit voller Stromdichte gearbeitet wird, dann ergibt sich gemäß Fig. 2 an den Kanten der Mikroporen zunächst eine höhere Stromdichte, welche eine schnelle Abscheidung an den Kanten fördert. Gegebenenfalls wird dabei das obere Ende einer Pore geschlossen, so daß sich oberhalb des geschlossenen Mikrohohlraums der Pore eine Stelle ergibt, an der wahrscheinlich eine Blase entsteht. Die Blasenbildung kann dabei durch eingeschlossene Wasserstoff- oder Lösungsreste verursacht werden und tritt speziell beim Glühen auf. If working at the beginning with full current density, then results in accordance with FIG. 2 at the edges of the micropores initially a higher current density, which promotes rapid deposition at the edges. Optionally, the upper end of a pore is closed, so that above the closed micro-cavity of the pore results in a point at which a bubble is likely to arise. The blistering can be caused by trapped hydrogen or solvent residues and occurs especially during annealing.

In Fig. 2a in der der Kern 10a und der Nickelniederschlag 11a in entsprechender Weise schraffiert sind wie in Fig. 1, ist für die hohe Stromdichte gleich zu Beginn des Kupfer-Plattierprozesses das dendritische Aufwachsen der Kupferschicht 12a längs des Randes einer Pore angedeutet. Fig. 2b zeigt die Endphase des Plattierprozesses, in der eine "Überbrückung" bzw. Überdeckung der Pore auftritt, da die Kupferplattierung 12b längs des Randes der Pore schneller abgeschieden wurde.In Fig. 2a in which the core 10 a and the nickel precipitate 11 a are hatched in a corresponding manner as in Fig. 1, for the high current density equal to the beginning of the copper plating process, the dendritic growth of the copper layer 12 a along the edge of a pore indicated. FIG. 2b shows the final stage of the plating process, occurs in a "bridging" or coverage of the pore, since the copper plating 12 b along the edge of the pore was deposited faster.

Typischerweise beträgt die Zeit für die Abscheidung eines 6%igen Kupferniederschlags bei einer Charge von 5-Cent-Rohlingen etwa 4 Stunden, wobei die abgeschiedene Kupferschicht eine Dicke von etwa 0,034 mm aufweist (vergl. Tabelle 5).Typically, the time for the deposition of a 6% copper precipitate at a batch of 5-cent blanks about 4 hours, with the deposited Copper layer has a thickness of about 0.034 mm (See Table 5).

Die Plattiertrommel wird dann in einem Kaltwassertank gespült. Anschließend erfolgt ein Spülen mit heißem Wasser und schließlich ein Spülen mit entionisiertem Wasser für etwa 30 s.The plating drum is then placed in a cold water tank rinsed. This is followed by rinsing with hot water and finally a rinse with deionized water for about 30 s.

Wenn sich an das Spülen mit heißem Wasser ein Spülen mit kaltem Wasser anschließt, ergibt sich eine gewisse "Pumpwirkung". Die Kontraktion der Mikrostruktur unterstützt dabei das Austreiben der Plattierlösung aus den Poren, wodurch eine Fleckenbildung und ein Ausblühen verhindert wird.When rinsing with hot water rinse with followed by cold water, there is a certain "Pumping action". The contraction of the microstructure supports the expulsion of the plating solution the pores, causing staining and blooming is prevented.

Die richtige Steuerung der Menge des Glanzmittels (brightener), des Trägers oder Ausgleichers und des Netzmittels ist wesentlich, wie dies dem Fachmann bekannt ist. Dem Bad werden anfänglich 40 ml der 8 : 1-Ergänzungsmischung, wie z. B. das oben erwähnte "Cu-Bath B-76" pro Gallone (3,79 l) der elektrolytischen Plattierlösung zugesetzt. Das Ergänzen der Zusatzstoffe mit einer Geschwindigkeit von 0,5 cm³ pro Ah hält die Konzentration der Zusatzstoffe in der Ergänzungsmischung, wie z. B. Ausgleicher, Spannungsverringerer, Kornverfeinerer und Trägermittel im Gleichgewicht und in dem Plattierbad auf dem rechten Pegel.Proper control of the amount of brightener, carrier or leveler and wetting agent is essential as known to those skilled in the art. The bath is initially 40 ml of the 8: 1 supplement mixture such. For example, the above-mentioned "Cu-Bath B-76" per gallon (3.79 L) is added to the electrolytic plating solution. Supplementing the additives at a rate of 0.5 cm ³ per Ah keeps the concentration of the additives in the supplement mixture such. Balancer, stress reducer, grain refiner and carrier in balance and in the plating bath at the right level.

Das Verfahren kann nunmehr mit einer abschließenden Nickelplattierung fortgesetzt werden oder durch Glühen als Zwischenschritt unterbrochen werden. Dies geschieht zum Abbau von beim Plattieren entstandenen Spannungen in der relativ dicken Kupferschicht, zum Entfernen von eingeschlossenem Wasserstoff und zum Entfernen organischer Komponenten von der Oberfläche, d. h. von Additiven in dem Kupfer-Elektroplattierbad; die genannten Stoffe könnten nämlich bei der anschließenden Nickelplattierung zur Blasenbildung führen. Außerdem wird durch das Glühen die Kornstruktur vor dem Prägevorgang verfeinert. Ferner ergibt sich beim Glühen die Tendenz, die Mikroporen zu schließen.The process can now be concluded with a final Nickel plating can be continued or by annealing as Intermediate step be interrupted. This happens for Degradation of tensions during plating in the relatively thick copper layer, for removing trapped hydrogen and removing organic Components from the surface, d. H. of additives in the Copper electroplating; the said substances could namely in the subsequent nickel plating for Cause blistering. In addition, by the annealing the Grain structure refined before the stamping process. Further During annealing, there is a tendency to micropores shut down.

Wenn ein mit Kupfer beschichteter Rohling geglüht werden soll, dann sollte das Glühen in einer reduzierenden Atmosphäre, beispielsweise in Wasserstoff, erfolgen, um die Entstehung von Oxiden zu verhindern und gegebenenfalls sogar vorhandene Oxide zu reduzieren. Das Glühen sollte bei einer Temperatur von 500-600°C durchgeführt werden. Bisher ist es üblich gewesen, die beschichteten Rohlinge auf eine höhere Temperatur zu erhitzen, womit versucht wurde, ein Verschmelzen des Nickels mit dem Stahl zu erreichen. Es hat sich jedoch gezeigt, daß diese höheren Temperaturen vermieden werden sollten, da sie zu einer Blasenbildung führen können. Der geglühte, mit Kupfer plattierte Rohling sollte eine Härte von etwa 35-40 R30T haben.When a copper-coated blank is annealed should, then the glow should be in a reducing Atmosphere, for example in hydrogen, take place to to prevent the formation of oxides and, if necessary even to reduce existing oxides. The glow should be carried out at a temperature of 500-600 ° C. So far it has been common to use the coated blanks to heat to a higher temperature, thus trying became a merging of the nickel with the steel to reach. However, it has been shown that these higher Temperatures should be avoided as they become one Blistering can result. The annealed, with copper clad blank should have a hardness of about 35-40 R30T to have.

Der spezielle Glüh-Zwischenschritt dient zahlreichen Zwecken. Zunächst wird Wasserstoff entfernt, welcher von den aufplattierten Kupfer- und Nickelschichten eingeschlossen wurde. Da die Kupferschicht ziemlich dick ist, sollte jeglicher beim Plattieren eingeschlossener Sauerstoff ausgetrieben werden, ehe ein weiteres Plattieren erfolgt. Zweitens steht der Kupferniederschlag unter hohen inneren Spannungen, die durch eine Wärmebehandlung abgebaut werden können, wodurch letztlich die Bildung von Rissen vermieden wird, wenn beim Prägen eine starke Verformung erfolgt. Es ist bekannt, daß durch das Glühen auch die Formstruktur von Kupfer modifiziert wird und bessere Kaltverformungseigenschaften erreicht werden. Schließlich werden von der Oberfläche des Kupfers organische Rückstände entfernt, wodurch die Bindung zwischen der Kupferschicht und der anschließend aufgebrachten Nickelschicht verbessert und die Blasenbildung reduziert wird. Das organische Material in der Kupferplattierlösung wurde benötigt, um beim Plattieren eine gute Abdeckung und eine geringe Grubenbildung zu erreichen. Am Ende des Kupferplattierprozesses haben die entsprechenden organischen Substanzen jedoch ihre Aufgabe erfüllt und sollten entfernt werden, ehe ein weiteres Plattieren mit Nickel erfolgt. Es hat sich gezeigt, daß das auf diese Weise erhaltene Münzmaterial blasenfrei ist.The special annealing intermediate step serves numerous Purposes. First, hydrogen is removed, which of the plated copper and nickel layers was included. Because the copper layer is quite thick should any be trapped in plating Oxygen be expelled before another Plating is done. Second, the copper precipitate under high internal tension caused by a Heat treatment can be degraded, ultimately The formation of cracks is avoided when embossing a strong deformation takes place. It is known that through the annealing also modifies the shape structure of copper is achieved and better cold deformation properties become. Finally, from the surface of the copper organic residues removed, reducing the bond between the copper layer and the subsequent improved applied nickel layer and the Blistering is reduced. The organic material in The copper plating solution was needed to Plating a good coverage and a low Reach pit formation. At the end of Copper plating process have the corresponding organic substances, however, fulfills its task and should be removed before further plating Nickel takes place. It has been shown that on this The resulting coinage is bubble-free.

(Alternativ kann im Anschluß an das abschließende Aufbringen der äußeren Nickelschicht ein Glühen bei einer Temperatur von 200-400°C in einer reduzierenden Atmosphäre erfolgen und danach ein Glühen bei einer Temperatur von mindestens 530°C.) (Alternatively, following the final Applying the outer nickel layer annealing at a Temperature of 200-400 ° C in a reducing Atmosphere done and then a glow at a Temperature of at least 530 ° C.)

Der nächste Schritt besteht darin, daß eine äußere Nickelschicht hergestellt wird. Diese Nickelschicht sollte etwa 1-1,5 Gew.-% der fertigen Münze ausmachen bzw. etwa 4-8 µm dick sein, und zwar auf allen Oberflächen. Beim Elektroplattieren wird vorzugsweise ein Glanzmittel verwendet, um eine glatte glänzende Außenschicht zu erhalten. Auch hier wird das Nickel zunächst mit niedriger Stromdichte von etwa 0,5-0,7 A/ft² (5,38-7,53 A/m²) abgeschieden, d. h. mit einer Stromdichte von etwa 1/6-1/4 der vollen Stromdichte. Mit der niedrigen Stromdichte wird für eine Anfangszeit von 15-20 min gearbeitet, an die sich 100-120 min mit der vollen Stromdichte von 3-4 A/ft² (32,3-43 A/m²) anschließen. Es wird davon ausgegangen, daß dieses Arbeiten mit einer anfänglich niedrigen Stromdichte in Verbindung mit dem vorausgehenden Glühen bei niedriger Temperatur zu einer guten Haftung der aufplattierten Schicht an ihrem Träger und außerdem dazu beiträgt, das "Überbrücken" zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren, wie dies eingangs erläutert wurde. Der mit Nickel beschichtete Rohling besitzt eine Härte von etwa 45-50 R30T.The next step is to make an outer nickel layer. This nickel layer should be about 1-1.5% by weight of the finished coin, or about 4-8 μm thick, on all surfaces. In electroplating, a brightener is preferably used to obtain a smooth glossy outer layer. Again, the nickel is first deposited at a low current density of about 0.5-0.7 A / ft ² (5.38-7.53 A / m ² ), ie, with a current density of about 1 / 6-1 / 4 the full current density. The low current density works for an initial 15-20 minute period, followed by 100-120 min at the full current density of 3-4 A / ft ² (32.3-43 A / m ² ). It is believed that this work, with an initially low current density in conjunction with the previous low temperature anneal, will contribute to good adhesion of the plated layer to its support and also to avoid or minimize "bridging". as explained at the beginning. The nickel coated blank has a hardness of about 45-50 R30T.

Die Bedingungen, unter denen das Aufplattieren der äußeren Nickelschicht erfolgt, werden nachstehend anhand von Beispiel III erläutert.The conditions under which the plating of the outer Nickel layer occurs, are described below with reference to Example III explained.

Example III

Wenn man sich entscheidet, sofort mit der Herstellung der äußeren Nickelschicht fortzufahren, würde die Plattiertrommel zunächst bei Raumtemperatur für 30 s in einer 10%igen Schwefelsäurelösung gedreht und dann in das abschließende Sulfamat-Nickelbad eingetaucht. If one decides, immediately with the production of the outer nickel layer, the Plating drum first at room temperature for 30 s in a 10% sulfuric acid solution and then into the immersed in the final sulfamate nickel bath.

Die Zusammensetzung des Nickelbades und die Betriebsparameter sind in Tabelle 3 angegeben.The composition of the nickel bath and the Operating parameters are given in Table 3.

Nickelsulfamat|77 g/lNickel sulfamate | 77 g / l Nickelchloridnickel chloride 6 g/l6 g / l Borsäureboric acid 37,5 g/l37.5 g / l pH-WertPH value 3,83.8 Temperaturtemperature 50°C50 ° C Stromdichtecurrent density 3-4 A/ft² = 32,3-43 A/m²3-4 A / ft² = 32.3-43 A / m²

Hier handelt es sich um ein handelsübliches Nickel-Elektroplattiersystem, welches von der Firma M & T Chemicals geliefert wird.This is a commercial one Nickel electroplating system, produced by M & T Chemicals is supplied.

Ein Werkstoff gegen Grubenbildung (antipit agent), beispielsweise vom Typ Y-17 der Firma M & T Chemicals kann nach Bedarf in einer Menge von 0,15 Vol.-% zugesetzt werden. Ein handelsüblicher Ausgleicher bzw. Egalisierer oder ein Glanzerzeuger können ebenfalls zugesetzt werden, um eine unterschiedlich glänzende Oberfläche zu erzeugen. Es hat sich als befriedigend erwiesen, den Glanzerzeuger "Niproteq W" in einer Menge von 0,125 ml pro Ah oder den Träger "Niproteq" in einer Menge von 0,3 ml pro Ah zuzusetzen. Andere handelsüblicher Glanzerzeuger und Träger können ebenfalls verwendet werden.A material against pit formation (antipit agent), for example, type Y-17 from M & T Chemicals added as needed in an amount of 0.15% by volume become. A commercial equalizer or equalizer or a shine generator can also be added, to create a different shiny surface. It has proved satisfactory, the Glanzerzeuger "Niproteq W" in an amount of 0.125 ml per Ah or the Carrier "Niproteq" in an amount of 0.3 ml per Ah add. Other commercial gloss generators and Carriers can also be used.

Es ist wiederum wichtig, daß der Nickel-Plattier-Schritt mit einer niedrigen Stromdichte von etwa 20 % der vollen Stromdichte (0,6-0,8 A/ft² (6,45-8,6 A/m²)) für etwa 15 min begonnen wird, ehe in der Elektroplattierlösung die volle Stromdichte von etwa 3-4 A/ft² (32,3-43 A/m²) für die Dauer von 2 Stunden erzeugt wird, um eine Beschichtung von etwa 1,5 Gew.-% zu erzeugen.Again, it is important that the nickel plating step with a low current density of about 20% of full current density (0.6-0.8 A / ft ² (6.45-8.6 A / m ² )) for is begun for about 15 minutes before the full current density of about 3-4 A / ft ² (32.3-43 A / m ² ) for 2 hours is generated in the electroplating solution to give a coating of about 1.5 % By weight.

Der zweite Nickel-Plattier-Schritt folgt denselben Überlegungen, die weiter oben für die Kupferplattierung angestellt wurden. Es hat sich wiederum gezeigt, daß auch bei diesem Schritt das Arbeiten mit einer abgestuften Stromdichte sehr wichtig ist, um die Erzeugung von Blasen zu vermeiden oder auf ein Minimum zu reduzieren.The second nickel plating step follows them Considerations above for copper plating were hired. Again, it has been shown that too at this step working with a graduated Current density is very important to the generation of bubbles to avoid or to reduce to a minimum.

Die Plattiertrommel wird dann in einem kalten Spülwassertank gespült und anschließend mit heißem Wasser gespült und schließlich mit entionisiertem Wasser, welches Isopropylalkohol enthält.The plating drum is then in a cold Rinsing water tank rinsed and then with hot water rinsed and finally with deionized water, which Contains isopropyl alcohol.

Typischerweise beträgt die Zeit für das Abscheiden eines Nickelanteils von 1,5% bei einer Schichtdicke von etwa 0,008 mm (vergl. Tabelle 5) bei einer Charge von 5-Cent-Rohlingen etwa 2 Stunden.Typically, the time for depositing is one Nickel content of 1.5% at a layer thickness of about 0.008 mm (see Table 5) for a batch of 5 cent blanks about 2 hours.

Wenn die Rohlinge zwischen dem Abscheiden der Kupferschicht und der äußeren Nickelschicht nicht in einem Zwischenschritt geglüht wurden, dann werden sie abschließend in einer reduzierenden Atmosphäre bei einer mittleren Temperatur zwischen 200 und 400°C für 40 min geglüht und unmittelbar anschließend bei einer Mindesttemperatur von 530°C für 20 min. Das Glühen bei niedriger Temperatur fördert das Entfernen von eingeschlossenem Wasserstoff, während beim Glühen mit höherer Temperatur die beim Plattieren entstandenen Materialspannungen abgebaut, die Kornstruktur der Kupferplattierung geändert und die Bindung zwischen dem Kupfer und dem Nickel gefördert werden. Schließlich werden die plattierten Rohlinge gereinigt und geprägt, d. h. mit Prägestempeln mit einer Schlagkraft in der Größenordnung von 170 000-200 000 psi (11,95-14,06 t/cm²) gepreßt, um die Oberflächen mit einer Prägung zu versehen und um einen glatten oder einen geriffelten Rand zu erzeugen.If the blanks were not annealed in an intermediate step between the deposition of the copper layer and the outer nickel layer, then they are finally annealed in a reducing atmosphere at an average temperature between 200 and 400 ° C for 40 minutes and immediately thereafter at a minimum temperature of 530 ° C for 20 min. The low temperature annealing promotes the removal of entrapped hydrogen, while in the higher temperature anneal, the stress on the plating is reduced, the grain structure of the copper plating is changed, and the bond between the copper and the nickel is promoted. Finally, the clad blanks are cleaned and embossed, ie stamped with an impact force of the order of 170,000-200,000 psi (11.95-14.06 t / cm ² ), to emboss and to emboss the surfaces to create a smooth or ribbed edge.

Ein sehr hoher Anteil der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Münzen ist frei von Fehlern und bleibt von Fehlern selbst unter erschwerten Umgebungsbedingungen frei, beispielsweise wenn die Münzen Salzwasser oder bei ihrer Handhabung saurem Schweiß aussetzt werden. Die vorstehend erläuterten Verfahrensschritte wurden bei den nachstehend beschriebenen Beispielen IV und V mit den in Tabellenform angegebenen Parametern durchgeführt. A very high proportion of the according to the invention Method produced coins is free of errors and remains hampered by mistakes even under Environmental conditions free, for example when the coins Salt water or sweat when handling it be suspended. The above explained Process steps have been described below Examples IV and V with those in tabular form specified parameters.

Beispiel IV Example IV

Tabelle 4 Table 4

Beispiel IV(a) 5-Cent-Stücke Example IV (a) 5-cent pieces

Beispiel IV(b) 10-Cent-Stücke Example IV (b) 10-cent pieces

Beispiel IV(c) 25-Cent-Stücke Example IV (c) 25 cent pieces

Beispiel V Example V

Tabelle 5 Table 5

Typische Charge = 100 Stücke Typical batch = 100 pieces

Beispiel V(a) 5-Cent-Stücke Example V (a) 5-cent pieces

Beispiel V(b) 10-Cent-Stücke Example V (b) 10-cent pieces

Beispiel V(c) 25-Cent-Stücke Example V (c) 25-cent pieces

Vergleichsversuche wurden einerseits mit geprägten Münzen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt und mit einer Ni-Cu-Ni-Auflage beschichtet wurden, und andererseits mit handelsüblichen, mit Nickel plattierten Münzen der Firma Sherritt Gordon Mines Limited durchgeführt, die nach Auffassung der Anmelderin gemäß den Lehren der kanadischen Patentschriften 11 05 210 und 11 98 073 hergestellt waren und nachstehend als nickel-plattierte Münzen bezeichnet werden.Comparative tests were on the one hand with embossed coins, produced by the process according to the invention and coated with a Ni-Cu-Ni coating, and on the other hand, with commercial, nickel-plated Coins of the company Sherritt Gordon Mines Limited which, in the view of the Applicant, Teachings of Canadian Patents 11 05 210 and 11 98 073 were manufactured and hereinafter as nickel-plated coins are called.

1. Moisture chamber test

Die geprägten Exemplare wurden in eine künstliche Schweißlösung eingetaucht. Anschließend wurde von der Oberfläche der Münzen die überschüssige Feuchtigkeit entfernt, und die Münzen wurden in der Feuchtigkeitskammer für 72 Stunden bei Raumtemperatur Luft mit einer relativen Feuchtigkeit von 95% ausgesetzt. Bei dem in den Tabellen verwendeten Bewertungssystem bedeutet 1=gut und 5= schlecht; die Zwischenwerte haben die in der Tabelle 6 näher erläuterten Bedeutungen.The embossed specimens were in an artificial Immersed in welding solution. Subsequently, by the Surface of the coins the excess moisture removed, and the coins were in the moisture chamber for 72 hours at room temperature air with a relative Humidity of 95% exposed. When in the tables used rating system means 1 = good and 5 = bad; the intermediate values are given in Table 6 explained meanings.

Bewertungszahlen gemäß dem Grad der OberflächenkorrosionRating numbers according to the degree of surface corrosion Bewertungszahlrating number Grad der KorrosionDegree of corrosion 11 keinenone 22 minimal (leichter Beschlag)minimal (slight fogging) 33 schwach (etwas wolkig, gelblich; Vorstufe einer Korrosion)weak (somewhat cloudy, yellowish, precursor of corrosion) 44 mäßig (stark wolkig und/oder braune Stellen)moderate (very cloudy and / or brown spots) 55 schwer (deutliche Braunfärbung, rote oder schwarze Punkte)heavy (marked brown, red or black dots)

Die bei den Vergleichsversuchen erhaltenen Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefaßt.The results obtained in the comparative experiments are summarized in Table 7.

Tabelle 7 Table 7

2. rust scar test

Die geprägten Münzen wurden für 4 Stunden in eine 2%ige NaCl-Lösung getaucht, wobei die Münzen in der Lösung nach 2 Stunden umgedreht wurden. Anzumerken ist, daß bei dem erfindungsgemäßen Ni-Cu-Ni-System kein Rost auftritt.The embossed coins were in a 2% for 4 hours NaCl solution immersed, with the coins in the solution after 2 hours were turned over. It should be noted that in the Ni-Cu-Ni system according to the invention no rust occurs.

Die Ergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle 8 zusammengefaßt.The results are shown in Table 8 below summarized.

Tabelle 8 Table 8

Bei den Ni-Cu-Ni-Münzen wurde in keinem Fall ein orangefarbener oder roter Rostfleck ermittelt. Die Bewertung 3 ergab sich aufgrund einiger gelblicher Flecken am Rand. Andererseits konnten bei den Münzen mit Nickel-Beschichtung speziell längs des Randes rötlich-schwarze oder orangefarben-schwarze Flecken festgestellt werden.The Ni-Cu-Ni coins never became one orange or red rust spot detected. The Rating 3 was due to some yellowish spots on the edge. On the other hand, could with the coins with Nickel coating specially along the edge reddish-black or orange-black spots be determined.

3. Wear test

Die üblichen Verschleiß-Prüfungen wurden an den Prüflingen während eines Zeitraums von 8 Stunden durchgeführt. Die visuelle Begutachtung der Münzen erfolgte am Ende des Prüfzeitraums. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengefaßt.The usual wear tests were on the test specimens during a period of 8 hours. The visual inspection of the coins took place at the end of the Test period. The results are in Table 9 summarized.

Die erfindungsgemäßen Münzen mit Ni-Cu-Ni-Beschichtung bieten eine wesentlich höhere Verschleißfestigkeit als die mit Nickel beschichteten Münzen. Da die Ni-Cu-Ni-Oberfläche weniger beschädigt wird, erscheinen die erfindungsgemäßen Münzen glänzender, während die mit Nickel beschichteten Münzen stumpf erscheinen.The coins according to the invention with Ni-Cu-Ni coating offer a much higher wear resistance than that coated with nickel coins. Because the Ni-Cu-Ni surface is less damaged appear the coins according to the invention shining, while those with Nickel coated coins appear dull.

Tabelle 9 Table 9

Es ist wichtig, zu beachten, daß die erfindungsgemäßen Münzen mit Ni-Cu-Ni-Beschichtung eine etwa 10% geringere Härte haben als die mit Nickel beschichteten Münzen, welche geprüft wurden. Dennoch ist die Verschleißfestigkeit erfindungsgemäß weit überlegen. Es wird daher davon ausgegangen, daß umlaufende Ni-Cu-Ni-Münzen dem Gebrauch bzw. Mißbrauch weit besser widerstehen als die derzeit üblichen, nur mit Nickel beschichteten Münzen.It is important to note that the coins of the invention with Ni-Cu-Ni coating have about a 10% lower hardness as the nickel-coated coins which tested were. Nevertheless, the wear resistance is according to the invention far superior. It is therefore assumed that circulating Ni-Cu-Ni coins widely used or misused resist better than the current ones, only with nickel coated coins.

Die theoretische Erklärung für die überlegene Verschleißfestigkeit wird darin gesehen, daß die einlagige Nickelschicht der nur mit Nickel beschichteten Münzen nur eine einzige metallische Kornstruktur, nämlich eine Dendritstruktur hat und daher für das Entstehen von Kerben, Riefen und dergleichen wesentlich empfindlicher ist als die mehrlagige Ni-Cu-Ni-Schicht der erfindungsgemäßen Münzen, bei denen die Kornstrukturen und Größen der einzelnen Schichten verschieden sind und daher einen höheren Eindringwiderstand aufweisen, wenn die Münzen normal umlaufen oder wenn der Versuch unternommen wird, die Münzoberfläche absichtlich zu beschädigen.The theoretical explanation for the superior Wear resistance is seen in that the single-layered Nickel layer of coins coated with nickel only one single metallic grain structure, namely a dendrite structure has and therefore for the emergence of notches, grooves and The same is much more sensitive than the multilayer Ni-Cu-Ni layer of the coins according to the invention, in which the Grain structures and sizes of the individual layers different are and therefore have a higher penetration resistance, if the coins circulate normally or if the attempt to intentionally increase the coin surface to damage.

Außer den in den Vergleichsversuchen ermittelten Vorteilen zeigten sich folgende zusätzliche Vorteile der erfindungsgemäßen Münzen:Except for the advantages found in the comparative experiments showed the following additional advantages of coins according to the invention:

a) Coins with a core of low-alloy steel Carbon content using commercially available Plating solutions with a Ni-Cu-Ni coating were plated, showed a bright surface with a excellent optical appearance and outstanding Resistance to tarnishing and corrosion.
b) The system according to the invention leads to a coin, which compared to high-purity nickel (99% +), Copper-nickel, stainless steel (type 430) and others usual with nickel plated or one laminated Nickel surface possessing coins a superb Have wear resistance. The reason for this lies in the Nature of the multilayer undercoating.
c) The produced by the process according to the invention Coins typically have a nickel backing of 0.8-1.5 Wt .-%, a copper intermediate layer of 4-7 wt .-% and an outer nickel layer of 1-2 wt%. Therefore There are savings in terms of material costs. The Ni-Cu-Ni system costs about 60-66% of the material for the examined nickel coated coins.
d) The system according to the invention offers a better Resistance to corrosion and corrosion scars as one single layer metal layer.
e) The system according to the invention is very flexible, since the Production of the coated coin blank after the Completion of the copper layer can be canceled to make a "copper coin", or continue can be to produce the outer nickel layer, so that a bright coin or "silver coin" are produced can.
f) All acid plating solutions are fully compatible, so that a dangerous mixture of an acid Nickel plating and a copper plating on Cyanide base is avoided. The invention Ni-Cu-Ni system is also more environmentally friendly than the commonly used cyanide systems. The preferred acidic Copper plating solution can be easily neutralized and be disposed of. A cyanide-based bath does that Decomposing the cyanide into a less dangerous one Connection required before the bath in one Conventional wastewater system can be emptied.
g) In the deposition of copper cladding and the deposition of the outer nickel layer is worked in each case with two different current densities. In particular, at the beginning of the plating process, a very low current density of, for example, 20% of the full current density is used for a short time interval of, for example, 15-30 minutes and only then with a high current, ie with the full current density. This two-step process results in excellent interfacial bonding - compared to conventional plating processes, where full current density is used from the beginning. This practice promotes intermolecular bonding between dissimilar materials as well as a careful coating of the micropores. In addition, the risk of bridging and resulting blistering is reduced to a minimum.
The initially slow plating provides intimate and excellent physical bonding without the high temperature treatment sometimes employed to achieve metallurgical diffusion of metal for better bonding. The method according to the invention thus leads to energy savings and can reduce the overall treatment time and the cost of producing the coins, since in some cases the need for a thermal post-treatment is eliminated.
h) The applied in the inventive method Annealing temperature is low and does not approach Temperature at which phase changes or changes in the Crystal structure of a body-centered cubic Ferrite to a surface-centered cubic austenite occur. This explains the ability of the method according to the invention, conveniently blanks with a Hardness of 40 R30T while others usual procedures, where one with high temperature and thermal diffusion works, a high Temperature gradient occurs, which makes it difficult to one average hardness of the blanks of less than 45-50 R30T too to reach.
i) The extremely smooth and soft copper interlayer facilitates the flow of material during the stamping process. It will only a relatively low force needed to reach the To coin coins produced according to the invention, what to a significantly higher life of the dies leads. The Ni-Cu-Ni coating provides for embossing thanks to the Copper layer, which is more supple than a single one Nickel layer, a better flow than one single-layer nickel layer. In fact, laboratory tests have showed that at the embossing stamps the sooner Wear marks or scars occur, the thicker the Nickel layer is, d. H. the higher the percentage the nickel is on the finished (known) coin. Accordingly, shortens in these known coins or coin blanks the life of the dies.
j) The outer nickel layer with its thickness of about 0.005 mm is relatively smoother than a 6-8 times thicker one Nickel layer, as it is needed to get a good Cover and protect the steel core, if there is no copper underlay this fact has turn out to be beneficial for the reduction or Avoiding a phenomenon which, in the Coin making is called "starbursting". The thicker nickel layer has higher dendrite tips, which cause a considerable amount of abrasion. The abrasion effect of the nickel injures the surface of the dies and damage them. A thinner nickel layer has against it only shorter dendrite tips, one correspondingly cause less abrasion.
k) The preparation of the Ni-Cu-Ni coating system takes place about twice as fast as the production of the Ni-coating system. To use a coating thickness 1% nickel, 4-7% copper and 1-1.5% nickel too obtained, the plating time is in the laboratory without the rinse times 5.25-6 hours, while it is about 11-12 Hours lasted for a 6% nickel plating receive.
l) The nature of the multi-layer coating makes the whole System less active in terms of galvanic effect and the potential difference between the nickel and the Steel core. The results of experiments have shown that the multilayer system is less prone to corrosion as a system with a single-layer nickel layer.
m) The nickel-copper-nickel structure is on steel produce more economically and offers a better Protection against corrosion as a nickel layer on steel, because the thinner and more expensive nickel layer only is provided to a light (silver) surface of the to get finished coin while the thicker, cheaper Copper layer the function of a protective layer takes over the steel core.

Claims

A blank for a coin of the like with a coated, microporous iron metal core, characterized in that the core ( 10 ) is coated with a nickel precipitate ( 11 ) over which a copper coating ( 12 ) is provided whose weight is about 4-7 Wt .-% of the final weight of the blank and which does not bridge the micropores of the core and the copper coating is annealed at a moderate temperature such that their deformability is increased during embossing or the like, without the risk of blistering.

2. blank according to claim 1, characterized in that an outer nickel coating is provided, whose Weight about 1-1.5 wt .-% of the finished blank is.

3. blank according to claim 2, characterized in that the nickel precipitate, the copper coating and the outer nickel layer are formed such that when Embossing or the like. No cracks or pores arise or remain, through which the iron metal core of outside accessible.

4. blank according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the nickel precipitate no Brilliant additive contains and that the outer Nickel layer contains a Glanzerzeugungszusatz.

5. blank according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the surface hardness of the Copper coated blanks in the annealed state in in the range of 35 to 40 R30T.

6. blank according to claim 2 or 3, characterized characterized in that the surface hardness of the outer Nickel layer in the annealed state in the range of 45 to 50 R30T lies.

7. A method for producing a blank comprising a core of a ferrous metal and a core enclosing coating for a coin or the like, characterized by the following method steps:

a) the core of ferrous metal is cleaned in such a way that it is substantially free of oxides;
b) the cleaned core is provided with a nickel precipitate by electroplating;
c) the nickel precipitate is provided with a copper plating by electroplating using first low current density and then high current density to avoid or minimize the bridging of micropores in the ferrous metal core.

8. The method according to claim 7, characterized in that the one with the nickel precipitate and the Copper coating provided by core Electroplating with an outer nickel layer is provided, initially with a low Current density and then with a high current density is working to bridge the micropores in to avoid the iron metal core or to a minimum to reduce.

9. The method according to claim 7 or 8, characterized characterized in that the coated blank for Making a coin subjected to an embossing process is such that the emergence of jumps or Pores that would expose the iron metal core, is avoided.

10. The method according to any one of claims 7 to 9, characterized characterized in that for cleaning the iron metal core An acidic solution is used to add oxides remove and that the nucleus immediately afterwards is rinsed with a buffer solution.

11. The method according to any one of claims 7 to 10, characterized characterized in that for the production of Nickel precipitate a dull nickel material is used.

12. The method according to any one of claims 7 to 11, characterized characterized in that the copper coating under Use of an acidic bath is applied.

13. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized in that the lower current density at which the copper layer is applied, about 1.2-1.5 A / ft ² (12.9-16.1 A / m ² ) is.

14. The method according to any one of claims 7 to 12, characterized in that the lower current density at which the coating is carried out with copper, about 1.2-1.8 A / ft ² (12.9-19.4 A / m ² ) and that the high current density is about 6 to 7 A / ft ² (64.6-75.3 A / m ² ).

15. The method according to any one of claims 8 to 14, characterized in that the lower current density at which the outer nickel layer is plated, about 0.5-0.7 A / ft ² (5.38-7.5 A / m ² ).

16. The method according to claim 15, characterized in that the high current density during the second phase of the deposition of the outer nickel layer is about 3-4 A / ft ² (32.2-43 A / m ² ).

17. The method according to any one of claims 8 to 16, characterized characterized in that the nickel precipitate in a such thickness is produced that its nickel content on Total weight of finished coated part 0.8-1.2 Wt .-% is and that the copper coating in the Manner is applied, that their gewichsanteil of the finished coated article 4-7 wt .-% is.

18. The method according to claim 17, characterized that the outer nickel layer applied in the manner is that their weight percentage of the total weight of finished coated element about 1-1.5 wt .-% is.

19. The method according to any one of claims 8 to 18, characterized characterized in that after the manufacture of the Copper coating and before making a outer nickel coating a glow of the coated blanks at a temperature in the Range of 500-600 ° C in a reducing Atmosphere takes place.

20. The method according to any one of claims 8 to 18, characterized characterized in that the coated element in Following the production of the outer nickel layer in a reducing atmosphere first at a Temperature in the range of 200-400 ° C annealed is used to remove trapped Hydrogen to promote, and then at a Temperature of at least 530 ° C, to material stresses to compensate for the grain structure of the copper improve and bind to the bond between the copper and to promote the nickel.