DE4120291C2

DE4120291C2 - Blank for a coin and the like and method for its production

Info

Publication number: DE4120291C2
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: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2011-06-20
Also published as: GB9111184D0; CN1057496A; GB2245283A; ZA913677B; CN1022699C; CA2019568A1; DE4120291A1; GB2245283B; CA2019568C

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohling für eine Münze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen beschichteten Rohlings gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 6.The invention relates to a blank for a coin according to the The preamble of claim 1 and a method for Producing such a coated blank according to the Preamble of claim 6.

Ein gattungsgemäßer Rohling sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung sind aus der US-PS 4 279 968 bekannt. Diese Druckschrift beschreibt ein Verfahren, gemäß welchem ein scheibenförmiger Stahlkern zunächst galvanisch mit einer Nickel- oder Zink-Zwischenschicht und dann galvanisch mit einer Kupferschicht versehen und schließlich bei hoher Temperatur (ca. 800°C) geglüht wird, um an den Grenzschichten zwischen den einzelnen Metallen eine Interdiffusion zu erreichen, welche eine gute Haftung der Schichten aneinander und an dem Kern bewirkt, wobei die Wärmebehandlung auch dazu dienen kann, die Härte des Stahlkerns in einen für das Prägen von Münzen geeigneten Bereich abzusenken.A generic blank and a method for his Preparation are known from US-PS 4,279,968. These Document describes a method according to which a Disk-shaped steel core first with a galvanic Nickel or zinc interlayer and then galvanically with a copper layer and finally at high Temperature (about 800 ° C) is annealed to the boundary layers interdiffusion between the individual metals achieve a good adhesion of the layers to each other and at the core, the heat treatment also being effected can serve the hardness of the steel core in one for embossing to lower coins from suitable areas.

Es hat sich gezeigt, daß dieses bekannte Verfahren zu Qualitätsproblemen und anderen Problemen führt. Der Stahlkern besitzt nämlich Mikroporen, welche bei dem bekannten Verfahren durch die galvanisch aufgebrachte Beschichtung überdeckt werden. Diese Gase in den dadurch gebildeten Hohlräumen expandieren dann beim Glühen mit hoher Temperatur, so daß das Endprodukt mit Blasen unterschiedlicher Größe bedeckt sein kann, die zu einer hohen Ausschußquote führen. It has been found that this known method to Quality problems and other problems. The steel core namely has micropores, which in the known Process by the electroplated coating be covered. These gases in the thus formed Voids then expand upon annealing at high temperature, so that the final product with bubbles of different sizes which leads to a high reject rate.

Aus der DE 25 40 213 C2 ist ferner ein Verfahren zum Herstellen von galvanisch mit Nickel beschichteten Rohlingen bekannt, bei dem sich die metallischen Kerne während des Galvanisierens in einem im Galvanisierbad um eine horizontale Achse rotierenden perforierten Behälter befinden, wobei Rohlinge erhalten werden, bei denen die Dicke der Nickelbeschichtung am Rand, in radialer Richtung gemessen, das 2- bis 4fache der Dicke der Beschichtung an jeder Seitenfläche des Rohlings ausmacht. Auf diese Weise gelingt es, Nickel-Münzenrohlinge zu erhalten, die bei im übrigen gleicher Qualität wie andere bekannte Münzen einen niedrigeren Metallwert haben und billiger herstellbar sind. Auch bei diesem bekannten Verfahren erfolgt wieder ein Glühen des beschichteten Rohlings bei einer hohen Temperatur von etwa 800 bis 1000°C, um zwischen der Nickelschicht und dem Kernmaterial eine gute Bindung über eine Diffusionsschicht zu erreichen. Bezüglich der Wärmebehandlung der Rohlinge beschreibt ferner die DE 32 27 048 C2 die Möglichkeit, die Kerne vor dem Galvanisierungsprozeß zur Verringerung ihrer Härte zunächst auf eine hohe Temperatur von etwa 800 bis 1000°C zu erhitzen und dann nicht, wie üblich, abzuschrecken, sondern relativ langsam abkühlen zu lassen.From DE 25 40 213 C2 is also a method for Manufacture of galvanically nickel-coated blanks known, in which the metallic cores during the Galvanizing in a plating bath around a horizontal Axis rotating perforated container are located, taking Blanks are obtained in which the thickness of the Nickel coating on the edge, measured in the radial direction, 2 to 4 times the thickness of the coating on each Side surface of the blank makes up. In this way succeeds it to obtain nickel coin blanks, which by the way same quality as other known coins one have lower metal value and are cheaper to produce. Also in this known method is again a glow of the coated blank at a high temperature of about 800 to 1000 ° C, between the nickel layer and the Core material good bond through a diffusion layer too to reach. Regarding the heat treatment of the blanks DE 32 27 048 C2 further describes the possibility of the Cores before the galvanization process to reduce their Hardness first to a high temperature of about 800 to Heated to 1000 ° C and then not, as usual, deter, but to cool down relatively slowly.

Allgemein hat es sich gezeigt, daß bei Münzen u. dgl. aus galvanisch mit Nickel beschichteten metallischen Rohlingen in allen bekannten Fällen die Tendenz besteht, daß sich im Bereich von Poren (pinholes), an denen die Beschichtung den Stahl nicht vollständig bedeckt, Rostflecken auftreten. Feine Poren bzw. Mikroporen können in der galvanisch abgeschiedenen Schicht dadurch auftreten, daß die Schicht selbst nicht durchgehend erzeugt wurde oder dadurch, daß bereits in der Oberfläche des beschichteten Kerns aus Eisenmetall 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 Metalloberfläche aufgrund des Streckens nach außen freiliegt. Außerdem können sich speziell im Bereich der Kanten Risse bzw. Sprünge in der galvanischen Beschichtung ergeben. Derartige Defekte führen letztlich zur Rostbildung.In general, it has been found that in coins u. Like. Off electroplated with nickel coated metallic blanks in all known cases tend to be in the Area of pores (pinholes) where the coating the Steel not completely covered, rust marks occur. Fine Pores or micropores can occur in the electrodeposited layer characterized in that the Layer itself was not generated continuously or characterized in that already in the surface of the coated core Ferrous metal 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 metal surface due to the Stretching outward. In addition, you can especially in the area of edges cracks or cracks in the galvanic Coating result. Such defects ultimately lead for rust formation.

Wenn in dem Kern Poren vorhanden sind und diese beim galvanischen Beschichten 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 galvanisch abgeschiedenen 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 galvanic coating 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 electrodeposited 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 galvanischen Abscheiden 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 electrodepositing 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 Specify coin production, 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, das den Rohling selbst angelangt, durch den Rohling gemäß Anspruch 1 gelöst.The task asked becomes the blank itself reached, solved by the blank according to claim 1.

Was das Verfahren anbelangt, so wird die gestellte Aufgabe durch das Verfahren gemäß Anspruch 6 gelöst.As far as the method is concerned, so does the task solved by the method according to claim 6.

Gemäß einer bevorzugten Realisierung der Erfindung wird ein Kern aus Stahl bzw. einem Eisenmetall mit einer mehrlagigen galvanischen Beschichtung 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 irgendeine Mikropore in einer Schicht durch alle drei Lagen hindurchgeht und das Eisenmetall freilegt. Wenn an bzw. in der Oberfläche des Rohlings 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 galvanischen Beschichtung aus Nickel und Kupfer erzielt werden, wobei die Kupferschicht die Außenschicht bildet.According to a preferred embodiment of the invention, a core made of steel or a ferrous metal with a multilayer galvanic Coating 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 metal. If on or in the Surface of the 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 galvanic coating made of nickel and copper, the Copper layer forms the outer layer.

Das galvanische Abscheiden mehrerer Schichten inklusive einer Kupferschicht und einer Nickelschicht ist im Zusammenhang mit der Herstellung von Stoßstangen für Kraftfahrzeuge bereits bekannt. 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 4 418 125 die Möglichkeit, einen Grundkörper aus Stahl nacheinander mit Schichten aus Nickel, Cadmium, Kupfer, Nickel und Chrom zu versehen. Ferner beschreibt die CA-PS 369 046 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, U.S. Patent 4,418,125 describes the Possibility to use a basic steel body in succession Layers of nickel, cadmium, copper, nickel and chromium too Provided. Furthermore, the CA-PS describes 369 046 the opportunity, 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 galvanischen Beschichtung führen. Das Auftreten des Effekts der Überbrückung ist dabei besonders bei mehrlagigen galvanisch abgeschiedenen Schichten 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 Blowing in the galvanic coating lead. The appearance of the Bridging effect is especially included multilayer electrodeposited 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 galvanischen Beschichtung 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 galvanic coating, 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 blank of ferrous metal is cleaned so that it is in is substantially free of oxides, fats or dirt;
b) the blank is formed by electroplating with a Provided nickel precipitate;
c) over the nickel precipitate is by galvanic Coating produces a copper layer, 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 by galvanic Coating 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 core of ferrous metal would expose.

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

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigtThe invention is Below explained in more detail with reference to drawings. It shows

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt zur Erläuterung der Abscheidung einer (molekularen) Kupferschicht mit niedriger Stromdichte zu Beginn der galvanischen Abscheidung, wobei sich an diese Phase das galvanische Abscheiden mit voller Stromdichte anschließt, Fig. 1 shows a schematic cross section illustrating the deposition of a (molecular) copper layer having low current density at the start of electrodeposition, wherein the galvanic deposition with full current density adjoins this phase,

Fig. 2 eine vergleichende Querschnittsdarstellung zur Erläuterung dessen, was beim galvanischen Abscheiden des Kupfers mit einer von Anfang an hohen Stromdichte geschehen würde. Fig. 2 is a comparative cross-sectional view for explaining what would happen in the galvanic deposition of 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 12fache 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 galvanischen Beschichten das Entstehen von Eindrücken und das Zerkratzen 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 galvanic Coating the creation of impressions and scratching 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 sauerstofffreien 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 einem Druck von ca. 300 N [30 kg] und einer Kugel von ca. 1,6 mm [1/16″].) 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 at a pressure of about 300 N [30 kg] and a ball of about 1.6 mm [1/16 "].) 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 Galvanisiertrommel 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 galvanischen Beschichten werden weitgehend die üblichen Reinigungsschritte durchgeführt, um die Rohlinge für das galvanische Beschichten 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 the galvanic coating are largely the usual Cleaning steps performed to prepare the blanks for the galvanic Prepare coating. 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 galvanischen Beschichten 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 takes place even if before the galvanic coating 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 obenerwähnten, 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 fed to the above-mentioned rotatable drum, which when cleaning, when working with the acidic solution and rotated at a speed of 10 rpm when 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, galvanisch einen Nickelniederschlag aufzubringen, um eine Nickelschicht abzuscheiden, die etwa 0,8-1,2% des Endgewichts der Münze ausmacht. Der zur 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 galvanically precipitate nickel to deposit to deposit a nickel layer, about 0.8-1.2% of the final weight of the coin. The to 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 galvanisch 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 at short notice galvanic 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 86 A/m²86 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 Schritt der galvanischen Abscheidung 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 galvanic deposition 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 (vgl. 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 galvanisch beschichteten 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 electroplated pieces are then placed 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 galvanischen Beschichten 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 galvanic coating with a 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 galvanische Beschichten sollte daher für eine Anfangsphase von etwa 15-20 min mit einer Stromdichte von 1,3-1,9 mA/cm² (1,2-1,8 A/ft²) beginnen. Die Leistung wird dann auf etwa 6,45-7,5 mA/cm² (6-7 A/ft²) erhöht, um die Kupferbeschichtung fertigzustellen. Die Kupferbeschichtung sollte eine ebene fertige Oberfläche haben, die eine gute Basis für die abschließende Beschichtung bilden. 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 was found that it deposited the copper is advantageous, with a low current of about 1 / 6-1 / 4 the full amperage to start and later on to change the full current. This measure is important to the so-called bridging and the resulting to avoid resulting blistering or at least on one Minimum to reduce. The galvanic coating should therefore be for an initial phase of about 15-20 minutes with a Current density of 1.3-1.9 mA / cm² (1.2-1.8 A / ft²) begin. The power is then increased to about 6.45-7.5 mA / cm² (6-7 A / ft²) increased to the copper coating finish. The copper coating should be a level have finished surface, which is a good basis for the form final coating. Therefore, the Electrolyte solution a limited amount of a wetting agent and a carrier and gloss generator. To that purpose various commercial reagents are used, many of them only by their trade names can be identified. (Examples of reagents that used as wetting agents, carriers and shine generators can, for. 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 will be manufactured by the company Sel-Rex Oxy Metal Industries. Also suitable are the products "Deca-Lume D-1-R, D-2-R and D-3-R "marketed by M & T Chemicals become. As wetting agent, as mentioned above, "Y-17" of Company M & T Chemicals are used.)

Weitere Informationen hinsichtlich der Zeit für die galvanische Beschichtung für eine gegebene Dicke bzw. Schichtstärke können theoretisch unter Berücksichtigung der folgenden Beziehungen erhalten werden:Further information regarding the time for the galvanic Coating for a given thickness or layer thickness can theoretically under Consider the following relationships:

Elektrochemische Äquivalente Electrochemical equivalents

Das folgende Beispiel II soll die Vorgänge beim galvanischen Abscheiden von Kupfer noch näher erläutern:The following example II is intended to illustrate the operations of explain galvanic deposition of copper in more detail:

Example II

Als nächstes erfolgt das galvanische Beschichten mit Kupfer. Dies geschieht durch Eintauchen der rotierenden Galvanisiertrommel in ein saures Galvanisierbad. Für die Zusammensetzung des Kupfergalvanisierbades und die Betriebsparameter können der nachfolgenden Tabelle 2 typische Werte entnommen werden:Next is the galvanic coating with copper. this happens by immersing the rotating galvanizing drum in a acid plating 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 6,45-7,5 mA/cm²6.45-7.5 mA / cm² phosphorisierte KupferanodenPhosphorized copper anodes

(Hier handelt es sich um ein handelsübliches, firmeneigenes Galvanisiersystem, 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 produced by Sel-Rex Oxy Metal Industries is distributed. The company recommends that the "CuBath B-76" supplement mixture Amperestunden base is added, in one Quantity of 1 cc / Ah. The mixture contains one Carrier component to a compensation component in Ratio of 8: 1)

Handelsübliche saure Kupfergalvanisiersysteme sind verfügbar und könnten ebenfalls verwendet werden.Commercially available acidic copper electroplating systems are available and could also be used.

Das erfindungsgemäße Kupfergalvanisierverfahren unterscheidet sich von den normalen Galvanisierverfahren durch die Tatsache, daß das Galvanisieren bei einer niedrigen Stromdichte eingeleitet wird, beispielsweise bei 1/5 der vollen Stromdichte (1,29-1,5 mA/cm²) für etwa 15 min. 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 (vgl. Tabelle 5). The Kupfergalvanisierverfahren invention differs from the normal electroplating process by the Fact that galvanizing at a low Current density is initiated, for example, at 1/5 of full current density (1.29-1.5 mA / cm²) for about 15 minutes. After this short time will be the full Current density applied, for about 4 hours to a Form coating containing about 6 wt .-% (of 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 Oberfläche für das Galvanisieren 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 surface for galvanizing 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 Kupfergalvanisierlösung enthält zusätzlich Netzmittel und Ausgleicher (levelers), deren Wirksamkeit durch den sehr langsam verlaufenden Galvanisierzyklus gefördert und verstärkt wird.The acidic copper plating solution contains additional Wetting agents and levelers, their effectiveness through the very slow electroplating 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 one works at the beginning with full current density, then, according to FIG. 2, a higher current density initially results at the edges of the micropores, 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-Galvanisierprozesses das dendritische Aufwachsen der Kupferschicht 12a längs des Randes einer Pore angedeutet. Fig. 2b zeigt die Endphase des Galvanisierprozesses, in der eine "Überbrückung" bzw. Überdeckung der Pore auftritt, da die Kupferschicht 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, is for the high current density equal to the beginning of the copper electroplating process, the dendritic growth of the copper layer 12 a along the edge of a Pore indicated. Fig. 2b shows the final phase of the plating process, in which a "bridging" or overlap of the pore occurs because the copper layer 12 b was deposited more rapidly along the edge of the pore.

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 (vgl. 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 Galvanisiertrommel 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 galvanizing 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 Galvanisierlösung 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 obenerwähnte "Cu-Bath B-76") pro 3,79 l (1 Gallone) der elektrolytischen Galvanisierlösung 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 Galvanisierbad auf dem rechten Pegel.The correct control of the amount of brightener (brightener), the vehicle or stabilizer and the Wetting agent is essential, as known in the art is. The bath will initially be 40 ml 8: 1 supplemental mixture (such as the one mentioned above "Cu-Bath B-76") per 3.79 l (1 gallon) of electrolytic Galvanizing added. The addition of additives at a rate of 0.5 cc per Ah keeps the Concentration of the additives in the supplement mixture, such as B. stabilizer, voltage reducer, Grain refiners and carriers in equilibrium and in the plating bath at the right level.

Das Verfahren kann nunmehr mit einer abschließenden Nickelgalvanisierung fortgesetzt werden oder durch Glühen als Zwischenschritt unterbrochen werden. Dies geschieht zum Abbau von beim Galvanisieren 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-Galvanisierbad; die genannten Stoffe könnten nämlich bei der anschließenden galvanischen Nickelabscheidung 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 to be continued or by annealing as Intermediate step be interrupted. This happens for Degradation of galvanizing stresses in the relatively thick copper layer, for removing trapped hydrogen and removing organic Components from the surface, d. H. of additives in the Copper plating bath; the said substances could namely in the subsequent galvanic nickel deposition 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, galvanisch mit Kupfer beschichtete 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, galvanic with copper coated 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 galvanisch abgeschiedenen Kupfer- und Nickelschichten eingeschlossen wurde. Da die Kupferschicht ziemlich dick ist, sollte jeglicher beim Galvanisieren eingeschlossener Sauerstoff ausgetrieben werden, ehe ein weiteres Galvanisieren 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 Struktur 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 Kupfergalvanisierlösung wurde benötigt, um beim Galvanisieren eine gute Abdeckung und eine geringe Grubenbildung zu erreichen. Am Ende des Kupfergalvanisierprozesses haben die entsprechenden organischen Substanzen jedoch ihre Aufgabe erfüllt und sollten entfernt werden, ehe ein weiteres Galvanisieren 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 electrodeposited copper and nickel layers was included. Because the copper layer is quite thick should be any trapped in electroplating Oxygen be expelled before another Electroplating takes place. 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 glow also modified the 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 work on the Galvanize 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 electroplating 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 Galvanisieren wird vorzugsweise ein Glanzmittel verwendet, um eine glatte glänzende Außenschicht zu erhalten. Auch hier wird das Nickel zunächst mit niedriger Stromdichte von etwa 0,54-0,75 mA/cm² (0,5-0,7 A/ft²) 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 3,2-4,3 mA/cm² (3-4 A/ft²) 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 durch Galvanisieren aufgebrachten 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 that an outer Nickel layer is produced. This nickel layer should be Make up about 1-1.5 wt .-% of the finished coin or about 4-8 microns thick, on all surfaces. At the Electroplating is preferably a brightener used to create a smooth shiny outer layer too receive. Again, the nickel is initially lower Current density of about 0.54-0.75 mA / cm² (0.5-0.7 A / ft²) isolated, d. H. with a current density of about 1 / 6-1 / 4 the full current density. With the low current density is worked for an initial time of 15-20 min, on 100-120 min with the full current density of 3.2-4.3 mA / cm² (3-4 A / ft²). It gets away assumed that this work with an initial low current density in conjunction with the previous one Glow at low temperature to ensure good adhesion through Electroplating applied layer on its support and also to it helps to avoid "bridging" or on Minimum to reduce, as explained above. The nickel-coated blank has a hardness of about 45-50 R30T.

Die Bedingungen, unter denen das galvanische Abscheiden der äußeren Nickelschicht erfolgt, werden nachstehend anhand von Beispiel III erläutert.The conditions under which the galvanic deposition 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 Galvanisiertrommel 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 Galvanizing 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 3,2-4,3 mA/cm²3.2-4.3 mA / cm²

(Hier handelt es sich um ein handelsübliches Nickel-Galvanisiersystem, welches von der Firma M & T Chemicals geliefert wird.)(This is a commercial one Nickel electroplating system manufactured 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 handelsübliche Glanzerzeuger und Träger können ebenfalls verwendet werden.A material against pit formation (antipit agent) (for example, the type Y-17 M & T Chemicals) can 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 Glanzerzeuger and Carriers can also be used.

Es ist wiederum wichtig, daß der Nickel-Galvanisierschritt mit einer niedrigen Stromdichte von etwa 20% der vollen Stromdichte 0,65-0,86 mA/cm² (0,6-0,8 A/ft²) für etwa 15 min begonnen wird, ehe in der Elektroplattierlösung die volle Stromdichte von etwa 3,2-4,3 mA/cm² (3-4 A/ft²) 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 the full Current density 0.65-0.86 mA / cm² (0.6-0.8 A / ft²) for about 15 min before the electroplating solution starts full current density of about 3.2-4.3 mA / cm² (3-4 A / ft²) for the duration of 2 hours is generated to a coating of about To produce 1.5 wt .-%.

Der zweite Nickel-Galvanisierschritt folgt denselben Überlegungen, die weiter oben für die galvanische Abscheidung des Kupfers 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 electroplating step follows them Considerations above for the electrodeposition of copper 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 Galvanisiertrommel wird dann in einem kalten Spülwassertank gespült und anschließend mit heißem Wasser gespült und schließlich mit entionisiertem Wasser, welches Isopropylalkohol enthält.The galvanizing 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 (vgl. 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 Galvanisieren entstandenen Materialspannungen abgebaut, die Kornstruktur der Kupferbeschichtung geändert und die Bindung zwischen dem Kupfer und dem Nickel gefördert werden. Schließlich werden die beschichteten Rohlinge gereinigt und geprägt, d. h. mit Prägestempeln mit einer Schlagkraft in der Größenordnung von 11,95-14,06 · 10⁴ N/cm² (170 000-200 000 psi) gepreßt, um die Oberflächen mit einer Prägung zu versehen und um einen glatten oder einen geriffelten Rand zu erzeugen.If the blanks between the deposition of the Copper layer and the outer nickel layer not in one Intermediate step were annealed, then they will finally in a reducing atmosphere at a medium temperature between 200 and 400 ° C for 40 min annealed and immediately afterwards at a Minimum temperature of 530 ° C for 20 min. The glow at low temperature promotes the removal of trapped hydrogen while annealing with higher temperature incurred during galvanizing Material stresses degraded, the grain structure of Copper coating changed and the bond between the Copper and the nickel are promoted. Finally the coated blanks cleaned and embossed, d. H. With Embossing with an impact of the order of magnitude of 11.95-14.06 x 10⁴ N / cm² (170,000-200,000 psi), to emboss the surfaces and to emboss 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 ausgesetzt 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 get abandoned. 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 V Example V

Tabelle 5 Table 5

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 beschichteten Münzen durchgeführt, die nachstehend als galvanisch mit Nickel beschichtete 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, coated with nickel coins carried out, the below as galvanic with Nickel coated 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. pitting 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 exam

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 zusätzlichen 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 Electroplating solutions with a Ni-Cu-Ni coating coated, 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 conventional, electroplated with nickel or a 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% by weight, a copper intermediate layer of 4-7% by weight 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 Nickelgalvanisierbads and a Kupfergalvanisierbads 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 case of the electrodeposition of the copper coating and the deposition of the outer nickel layer, two different current densities are used in each case. In particular, at the beginning of the electroplating 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-stage process results in excellent interfacial bonding - compared to the usual electroplating process, 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 initial slow galvanic coating provides intimate and excellent physical bonding without the high temperature treatment sometimes used 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 strong 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 electroplating time is in the laboratory without the rinse times 5.25-6 hours, while it is about 11- 12 hours lasted, a 6% nickel coating too 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

1. blank for a coin od. Like. With a core of iron metal, which is coated with a nickel precipitate over which a copper coating is provided, whose weight is about 4 to 7 wt .-% of the final weight of the blank, in the form of a the application of the copper coating in the course of a heat treatment annealed blank, characterized in that micropores on the surface of the core ( 10 ) through the coating ( 11 , 12 ) are not bridged and below the coating ( 11 , 12 ) form no voids.

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

3. blank according to claim 1 or 2, characterized that of the materials for the outer nickel coating and the nickel precipitate only the material for the outer nickel coating, a luster-forming additive contains.

4. blank according to claim 1 or 2, characterized that the surface hardness of the copper-coated Blank in the annealed state in the range of 35 to 40 R30T lies.

5. blank according to claim 2, characterized in that the surface hardness of the outer nickel coating in the annealed condition in the range of 45 to 50 R30T lies.

6. A method for producing a blank for a coin od. Like. With a core of a Ferrous metal and a coating surrounding the core, in which the iron metal core is cleaned in this way will be that it is essentially free of oxides, in which the cleaned core by galvanic deposition is provided with a nickel precipitate and in which the core thus coated by galvanic Deposition is provided with a copper layer, characterized in that the electrodeposition the copper layer to avoid bridging of micropores on the surface of the core through the Coating in the manner that initially with low current density and then high Current density is worked.

7. The method according to claim 6, characterized in that the one with the nickel precipitate and the copper coating provided core with an external galvanic Nickel coating is provided, with first with a low current density and then a high one Current density is worked.

8. The method according to claim 6 or 7, characterized that for cleaning the core of iron metal a acidic solution is used to remove oxides, and that the nucleus immediately followed by a Rinsed buffer solution.