EP0931843A1 - Copper-Nickel-Zinc-Manganese-Aluminium alloy and its use - Google Patents

Copper-Nickel-Zinc-Manganese-Aluminium alloy and its use Download PDF

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EP0931843A1
EP0931843A1 EP99100175A EP99100175A EP0931843A1 EP 0931843 A1 EP0931843 A1 EP 0931843A1 EP 99100175 A EP99100175 A EP 99100175A EP 99100175 A EP99100175 A EP 99100175A EP 0931843 A1 EP0931843 A1 EP 0931843A1
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copper
manganese
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Andreas Dipl.-Ing. Dr.rer.nat. Bögel
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Wieland Werke AG
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Wieland Werke AG
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the invention relates to a copper-nickel-zinc-manganese-aluminum alloy and their use, in particular as a coin material.
  • Coins of different denominations can be made in one currency Variation of the dimensions of the coin plates and by tactile Characteristics such as B. holes, notches, or their geometric Mold made from this single material.
  • tactile Characteristics such as B. holes, notches, or their geometric Mold made from this single material.
  • ATMs are known to restrict the freedom to geometrically design coins on. In such cases there are repeated confusion of coins, those affected by complaints from the population State bank result. In such cases, it is then advisable additional distinguishing characteristics in one to introduce existing coin system.
  • a copper-nickel-zinc-manganese-aluminum alloy which consists of 62.0 to 69.0% copper, 1.0 to 7.0% nickel, 0.2 to 2.2% manganese, 0.01 to 0.3% aluminum, The rest of zinc and usual impurities together up to a maximum of 0.1% (the% data relate to the weight).
  • the CuNiZnMnAl alloy has a yellow color and is different different from the coin material CuZn10Ni9, but can in terms of their physical properties Density and electrical conductivity exactly on the used coin material can be turned off so that when used the one for the mechanical production of the coins anyway given geometric tolerances weight and electrical The conductivity of a coin made of CuZn10Ni9 can be made the same can.
  • the copper alloy consists of 66.9 to 67.9% copper, 1.7 to 2.4% nickel, 1.7 to 2.1% manganese, 0.1 to 0.3% aluminum, Balance zinc and usual impurities.
  • the copper alloy according to the invention is preferred Coins and medals made.
  • the electrical conductivities of the coin material CuZn10Ni9 discussed are in the range of 6 to 7 MS / m.
  • the density of this material is around 8.8 g / cm 3 .
  • coin rondelles made from the test alloys were accepted under the same test conditions if the electrical conductivity equaled to the conductivity of the conventional standard coin material to ⁇ 0.3 MS. Leg.
  • Cu (% by weight) Ni (% by weight) Zn (% by weight) Mn (wt%) Al (% by weight) Lfkt.

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  • Metallurgy (AREA)
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Abstract

A copper-zinc-nickel-manganese-aluminum alloy of specified composition is used for coinage or medals. The copper-zinc-nickel-manganese-aluminum alloy of composition 62.0-69.0% Cu, 1.0-7.0% Ni, 0.2-2.2% Mn, 0.01-0.3% Al, and balance Zn and up to 0.1% impurities. The alloy preferably has composition 66.9-67.9% Cu, 1.7-2.4% Ni, 1.7-2.1% Mn, 0.1-0.3% Al, and balance Zn and impurities.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kupfer-Nickel-Zink-Mangan-Aluminium-Legierung und deren Verwendung, insbes. als Münzwerkstoff.The invention relates to a copper-nickel-zinc-manganese-aluminum alloy and their use, in particular as a coin material.

Münzen werden u. a. auch aus Kupferlegierungen hergestellt. Eine dieser Legierungen besteht aus 9 Gew.-% Ni, 10 Gew.-% Zn, Rest Cu und üblichen Verunreinigungen von insgesamt nicht mehr als 0,1 Gew.-%. Diese Legierung ist für die Herstellung von Münzen eingeführt und hervorragend geeignet, da sie die Anforderungen an einen Münzwerkstoff gut erfüllt. Dies sind im einzelnen:

  • Sicherheit gegen Fälschungen durch Verschiedenheit von üblichen Werkstoffen, die für elektrische Leitungszwecke, Schmuck, den allgemeinen Maschinenbau oder das Bauwesen eingesetzt werden
  • hohe Dichte wegen der psychologischen, günstigen Wirkung auf den Münzenbenutzer
  • ansprechende Cu-helle, rötliche Farbe
  • elektrische Leitfähigkeit verschieden von derjenigen anderer Münzwerkstoffe
  • geeignet für das Stanzen und Prägen
  • resistent gegen das Anlaufen und Verfärben im Gebrauch der Kursmünzen
  • gut herstellbar mit herkömmlichen Fertigungsgängen
  • moderate Werkstoffkosten.
Coins are also made from copper alloys. One of these alloys consists of 9% by weight of Ni, 10% by weight of Zn, the rest of Cu and usual impurities totaling no more than 0.1% by weight. This alloy has been introduced for the production of coins and is ideally suited because it meets the requirements for a coin material well. In detail, these are:
  • Security against counterfeiting due to the variety of common materials used for electrical wiring, jewelry, general mechanical engineering or construction
  • high density because of the psychological, beneficial effect on the coin user
  • attractive Cu-bright, reddish color
  • electrical conductivity different from that of other coin materials
  • suitable for punching and embossing
  • resistant to tarnishing and discoloration when using the course coins
  • easy to manufacture with conventional production processes
  • moderate material costs.

Münzen verschiedener Nennwerte können in einer Währung durch Variation der Abmessung der Münzplättchen und durch taktile Charakteristika wie z. B. Löcher, Kerben, oder ihre geometrische Form aus diesem einzigen Werkstoff gefertigt werden. Jedoch kann es vorkommen, daß wegen der vorhandenen Geldautomaten eine hinreichende Unterscheidbarkeit der Nennwerte der Münzen durch geometrische und taktile Charakteristika nicht ausreichend erscheint. Geldautomaten schränken ja bekanntlich die Freiheit zur geometrischen Gestaltung von Münzen ein. In solchen Fällen kommt es wiederholt zu Münzverwechslungen, die in Beschwerden der Bevölkerung bei der betroffenen Staatsbank resultieren. In solchen Fällen ist es dann angezeigt, zusätzliche Unterscheidungscharakteristika in einem bestehenden Münzsystem einzuführen.Coins of different denominations can be made in one currency Variation of the dimensions of the coin plates and by tactile Characteristics such as B. holes, notches, or their geometric Mold made from this single material. However, it can happen that because of the existing ATMs sufficient differentiability of the nominal values of the coins through geometrical and tactile characteristics does not seem sufficient. ATMs are known to restrict the freedom to geometrically design coins on. In such cases there are repeated confusion of coins, those affected by complaints from the population State bank result. In such cases, it is then advisable additional distinguishing characteristics in one to introduce existing coin system.

Eine sehr einfache Möglichkeit ist, eine oder mehrere der umlaufenden Kursmünzen aus einem anderen Werkstoff zu fertigen, der eine deutlich andere Farbe aufweist. Damit wird die leichtere Unterscheidbarkeit dieser Münze oder Münzen herbeigeführt. Die Schwierigkeit, die sich nun für die Betreiber von Geldautomaten ergibt ist die, daß sich in der Regel durch den Wechsel des Werkstoffes nicht nur die Farbe, die für eine automatische Echtheitsprüfung in der Regel unerheblich ist, ändert, sondern sich auch wichtige physikalische Eigenschaften wie die Dichte und die elektrische Leitfähigkeit sich so sehr verändern, daß die neuen Kursmünzen von Geldautomaten bei der Echtheitsprüfung ohne Umstellung nicht akzeptiert werden können. Der Aufwand zur Umstellung von Geldautomaten landesweit ist von extremem Aufwand begleitet und sollte daher tunlichst vermieden werden. Andererseits muß den Beschwerden der Bevölkerung gegenüber der Staatsbank abgeholfen werden. A very simple option is to use one or more of the to produce circulation coins from another material, which has a clearly different color. With that the This makes it easier to distinguish this coin or coins. The difficulty now faced by operators The result of ATMs is that as a rule the change of material not just the color that is necessary for a automatic authentication is usually irrelevant, changes, but also important physical properties like the density and the electrical conductivity so much change that the new coins from ATMs at Authentication without change will not be accepted can. The effort to convert ATMs nationwide is accompanied by extreme effort and should therefore be avoided as far as possible. On the other hand, the complaints help the population with the State Bank.

Daraus ergibt sich die Aufgabe der Erfindung, einen zu dem genannten Münzwerkstoff kompatiblen Münzwerkstoff vorzuschlagen, der außer hinsichtlich der Farbe sich in den physikalischen Eigenschaften so wenig unterscheidet, daß bei gleicher Geometrie der neuen Kursmünzen die Einrichtungen zur Echtheitsprüfung an Geldautomaten nicht umgestellt werden müssen. Eine weitere Anforderung ist, daß der alternative Münzwerkstoff in seinen Bearbeitungseigenschaften und seinen Gebrauchseigenschaften denen des vorher benutzten Werkstoffes ähnlich oder überlegen ist.This results in the object of the invention, one to the propose a compatible coin material, which, except for the color, is in the physical Characteristics differ so little that at the same geometry of the new course coins Authenticity checks at ATMs do not have to be changed. Another requirement is that the alternative coin material in its processing properties and its usage properties those of the previously used material is similar or superior.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kupfer-Nickel-Zink-Mangan-Aluminium-Legierung, die aus 62,0 bis 69,0 % Kupfer, 1,0 bis 7,0 % Nickel, 0,2 bis 2,2 % Mangan, 0,01 bis 0,3 % Aluminium, Rest Zink und üblichen Verunreinigungen zusammen bis maximal 0,1 % besteht (die %-Angaben beziehen sich dabei auf das Gewicht).This object is achieved according to the invention by a copper-nickel-zinc-manganese-aluminum alloy, which consists of 62.0 to 69.0% copper, 1.0 to 7.0% nickel, 0.2 to 2.2% manganese, 0.01 to 0.3% aluminum, The rest of zinc and usual impurities together up to a maximum of 0.1% (the% data relate to the weight).

Die CuNiZnMnAl-Legierung ist von einer gelben Farbe und unterscheidet sich damit deutlich von dem Münzwerkstoff CuZn10Ni9, kann aber hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften Dichte und elektrischer Leitfähigkeit genau auf den verwendeten Münzwerkstoff abgestellt werden, so daß bei Ausnutzung der für die mechanische Herstellung der Münzen ohnehin gegebenen geometrischen Toleranzen Gewicht und elektrische Leitfähigkeit einer Münze aus CuZn10Ni9 gleich gemacht werden können. The CuNiZnMnAl alloy has a yellow color and is different different from the coin material CuZn10Ni9, but can in terms of their physical properties Density and electrical conductivity exactly on the used coin material can be turned off so that when used the one for the mechanical production of the coins anyway given geometric tolerances weight and electrical The conductivity of a coin made of CuZn10Ni9 can be made the same can.

Die elektrische Leitfähigkeit der Münzlegierung kann im Rahmen der vorgesehenen Zusammensetzungstoleranzen der erfindungsgemäßen Legierung an die vorhandene Münzlegierung dadurch angepaßt werden, indem nach dem folgenden Zusammenhang die Zusammensetzung bestimmt wird nach der Gl. (1): χ = 100 100χ* + i=1 4 (Gi - Gi*) . ri (χ: Leitfähigkeit in MS/m; Gi: Gew.-% der Komponente i; ri: Widerstandserhöhung der Komponente i in µΩ . cm/Gew.-%. Für die laufenden Indizes i wurde jeweils folgende Zuordnung getroffen: i = 0: Cu; i = 1: Ni; i = 2: Zn; i = 3: Mn; i = 4: Al; *: Werte der Ausgangs-Legierung).The electrical conductivity of the coin alloy can be adapted to the existing coin alloy within the intended composition tolerances of the alloy according to the invention by determining the composition according to Eq. (1): χ = 100 100 χ * + i = 1 4th (G i - G i *). r i (χ: conductivity in MS / m; G i :% by weight of component i; r i : increase in resistance of component i in µΩ. cm /% by weight. The following assignment was made for the running indices i: i = 0: Cu; i = 1: Ni; i = 2: Zn; i = 3: Mn; i = 4: Al; *: values of the starting alloy).

Für die erfindungsgemäße Legierung sind die Werte der Koeffizienten ri wie folgt:

  • Für Ni: r1 = 1,41 µΩ . cm/Gew.-%;
  • für Zn: r2 = 0,16 µΩ . cm/Gew.-%;
  • für Mn: r3 = 3,87 µΩ . cm/Gew.-%;
  • für Al: r4 = 1,46 µΩ . cm/Gew.-%;
    • The values of the coefficients r i for the alloy according to the invention are as follows:
  • For Ni: r 1 = 1.41 µΩ. cm / wt%;
  • for Zn: r 2 = 0.16 µΩ. cm / wt%;
  • for Mn: r 3 = 3.87 µΩ. cm / wt%;
  • for Al: r 4 = 1.46 µΩ. cm / wt%;

    • Die Werte wurden durch eine Regressionsrechnung aus verschiedenen experimentellen Werten im Bereich der erfindungsgemäßen Legierungen ermittelt.The values were obtained from a regression calculation experimental values in the range of the invention Alloys determined.

    Die Änderung der Dichte ist zu beschreiben nach der Gl. (2): ρ = ρ* + i=0 4 (Gi - Gi*) . di (di: partielle Dichteänderung in g/cm3 . Gew.-%) The change in density must be described according to Eq. (2): ρ = ρ * + i = 0 4th (G i - G i *). d i (d i : partial density change in g / cm 3. % by weight)

    Die Werte für di wurden durch Regressionrechnung aus verschiedenen experimentellen Werten im Bereich der erfindungsgemäßen Legierungen bestimmt. Es zeigte sich, daß sie im Rahmen der experimentellen Genauigkeit nicht von den Dichten der Legierungselemente verschieden sind.The values for d i were determined by regression calculation from various experimental values in the range of the alloys according to the invention. It was found that they are not different from the densities of the alloying elements within the scope of experimental accuracy.

    Die Faktoren di für die partielle Dichteänderung sind für die erfindungsgemäße Legierung

  • für Cu: d0 = 8,96 . 10-2 g/cm3 . Gew.-%;
  • für Ni: d1 = 8,90 . 10-2 g/cm3 . Gew.-%;
  • für Zn: d2 = 7,14 . 10-2 g/cm3 . Gew.-%;
  • für Mn: d3 = 7,43 . 10-2 g/cm3 . Gew.-%;
  • für Al: d4 = 2,70 . 10-2 g/cm3 . Gew.-%;
    • The factors d i for the partial density change are for the alloy according to the invention
  • for Cu: d 0 = 8.96. 10 -2 g / cm 3 . % By weight;
  • for Ni: d 1 = 8.90. 10 -2 g / cm 3 . % By weight;
  • for Zn: d 2 = 7.14. 10 -2 g / cm 3 . % By weight;
  • for Mn: d 3 = 7.43. 10 -2 g / cm 3 . % By weight;
  • for Al: d 4 = 2.70. 10 -2 g / cm 3 . % By weight;

    • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht die Kupfer-Legierung aus 66,9 bis 67,9 % Kupfer, 1,7 bis 2,4 % Nickel, 1,7 bis 2,1 % Mangan, 0,1 bis 0,3 % Aluminium, Rest Zink und üblichen Verunreinigungen.According to a preferred embodiment of the invention, the copper alloy consists of 66.9 to 67.9% copper, 1.7 to 2.4% nickel, 1.7 to 2.1% manganese, 0.1 to 0.3% aluminum, Balance zinc and usual impurities.

    Aus der erfindungsgemäßen Kupfer-Legierung werden vorzugsweise Münzen und Medaillen hergestellt.The copper alloy according to the invention is preferred Coins and medals made.

    Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert:The invention is illustrated by the following example:

    Die elektrischen Leitfähigkeiten des diskutierten Münzwerkstoffes CuZn10Ni9 liegen im Bereich von 6 bis 7 MS/m. Die Dichte dieses Werkstoffes liegt bei ca 8,8 g/cm3.The electrical conductivities of the coin material CuZn10Ni9 discussed are in the range of 6 to 7 MS / m. The density of this material is around 8.8 g / cm 3 .

    Ausgehend von den Anforderungen für Analysengenauigkeit und Darstellbarkeit unter Gießereibedingungen wurden verschiedene Zusammensetzungsvarianten gemäß Tabelle 1 in einem Tamman-Ofen erschmolzen, in Standkokillen abgegossen, warmgewalzt, allseitig gefräst und durch Kaltumformen und Zwischenglühen auf eine Dicke von 1,5 mm reduziert. Die nun vorliegenden Streifen wurden auf ihre Eigenschaften hin untersucht. Sämtliche Streifen lagen nach dem Weichglühen unter 90 HV Härte und wiesen die in der Tabelle 1 aufgeführten elektrischen Leitfähigkeiten auf. Aus den Streifen wurden mit Versuchswerkzeugen Münzrondellen gefertigt, die im Vergleich zu den herkömmlichen Münzrondellen aus CuZn10Ni9 hinsichtlich ihrer Automatengängigkeit vergleichend geprüft wurden. Nach Ausgleich der geringen Dichtedifferenz durch Ausnutzung der geometrischen Toleranzen bei den Abmessungen der Münzrondellen wurden unter gleichen Versuchsbedingungen Münzrondellen aus den Versuchslegierungen dann akzeptiert, wenn die elektrische Leitfähigkeit auf ± 0,3 MS der Leitfähigkeit des herkömmlichen Standardmünzwerkstoffes gleichkam. Leg. Cu (Gew.-%) Ni (Gew.-%) Zn (Gew.-%) Mn (Gew.-%) Al (Gew.-%) Lfkt. (MS/m) Dichte (g/cm3) 1 66,88 2,85 28,10 2,17 0,01 5,88 8,47 2 66,72 2,63 28,26 2,17 0,22 5,88 8,45 3 67,23 2,74 28,32 1,71 0,01 6,62 8,48 4 68,75 1,54 27,56 2,15 0,01 6,53 8,47 5 66,68 2,54 28,87 1,71 0,20 6,58 8,46 6 68,07 1,52 28,04 2,17 0,20 6,38 8,44 Based on the requirements for analysis accuracy and displayability under foundry conditions, various composition variants according to Table 1 were melted in a Tamman furnace, poured into stand molds, hot-rolled, milled on all sides and reduced to a thickness of 1.5 mm by cold forming and intermediate annealing. The properties of the strips now available were examined. After the soft annealing, all of the strips were below 90 HV hardness and had the electrical conductivities listed in Table 1 . Coin rondelles were produced from the strips using experimental tools, which were compared with the conventional coin rondelles made of CuZn10Ni9 in terms of their automatability. After compensating for the small difference in density by utilizing the geometric tolerances in the dimensions of the coin rondelles, coin rondelles made from the test alloys were accepted under the same test conditions if the electrical conductivity equaled to the conductivity of the conventional standard coin material to ± 0.3 MS. Leg. Cu (% by weight) Ni (% by weight) Zn (% by weight) Mn (wt%) Al (% by weight) Lfkt. (MS / m) Density (g / cm 3 ) 1 66.88 2.85 28.10 2.17 0.01 5.88 8.47 2nd 66.72 2.63 28.26 2.17 0.22 5.88 8.45 3rd 67.23 2.74 28.32 1.71 0.01 6.62 8.48 4th 68.75 1.54 27.56 2.15 0.01 6.53 8.47 5 66.68 2.54 28.87 1.71 0.20 6.58 8.46 6 68.07 1.52 28.04 2.17 0.20 6.38 8.44

    Beispiel zu Gl. (1): Example for Eq. (1) :

    Angenommen, man hat Leg. 1 nach der Tabelle mit der Leitfähigkeit 5,88 MS/m, wie groß ist dann die Leitfähigkeit von Legierung 2 rechnerisch?Suppose you have Leg. 1 according to the table with the conductivity of 5.88 MS / m, how big then is the conductivity of alloy 2 calculated?

    Lösung:Solution:

    χLeg.2 = 100 1005,88 + (2,63 - 2,85) . 1,41 + (28,26 - 28,10) . 0,16 + (2,17 - 2,17) . 3.87 + (0,22 - 0,01) . 1,46 = 10017,0 - 0,310 + 0,026 + 0 + 0,307 = 10017,023 = 5,874 MS/m Experimentell: 5,88 MS/m; d.h. sehr gute Übereinstimmung χ Leg.2 = 100 100 5.88 + (2.63 - 2.85). 1.41 + (28.26-28.10). 0.16 + (2.17 - 2.17). 3.87 + (0.22 - 0.01). 1.46 = 100 17.0 - 0.310 + 0.026 + 0 + 0.307 = 100 17.023 = 5.874 MS / m Experimental: 5.88 MS / m; ie very good agreement

    Beispiel zu Gl. (2): Example for Eq. (2) :

    Angenommen, man hat Leg. 1 nach der Tabelle mit der Dichte von 8,47 g/cm3, wie groß ist dann die Dichte von Legierung 2 rechnerisch?Suppose you have Leg. 1 according to the table with the density of 8.47 g / cm 3 , how big is the density of alloy 2 calculated?

    Lösung:Solution:

    ρLeg. 2 = ρLeg.1 + ((66,72 - 66,88) . 8,96 + (2,63 - 2,85) . 8,90 + (28,26 - 28,10) . 7,14 + (2,17 - 2,17) . 7,43 + (0,22 - 0,01) . 2,70) . 10-2 = 8,47 + (- 1,43 - 1,958 + 1,1424 + 0 + 0,567) . 10-2 = 8,47 - 0,0168 = 8,45 g/cm3 Experimentell: 8,45 g/cm3; d.h. sehr gute Übereinstimmung ρLeg. 2 = ρLeg.1 + ((66.72 - 66.88). 8.96 + (2.63 - 2.85). 8.90 + (28.26 - 28.10). 7.14 + ( 2.17 - 2.17). 7.43 + (0.22 - 0.01). 2.70). 10- 2nd = 8.47 + (- 1.43 - 1.958 + 1.1424 + 0 + 0.567). 10- 2nd = 8.47 - 0.0168 = 8.45 g / cm 3rd Experimental: 8.45 g / cm 3 ; ie very good agreement

    Claims (3)

    Kupfer-Nickel-Zink-Mangan-Aluminium-Legierung,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 62,0 bis 69,0 % Kupfer, 1,0 bis 7,0 % Nickel, 0,2 bis 2,2 % Mangan, 0,01 bis 0,3 % Aluminium,
    Rest Zink und üblichen Verunreinigungen zusammen bis maximal 0,1 % besteht.    Copper-nickel-zinc-manganese-aluminum alloy,
    characterized in that it consists of 62.0 to 69.0% copper, 1.0 to 7.0% nickel, 0.2 to 2.2% manganese, 0.01 to 0.3% aluminum,
    The rest of zinc and usual impurities together up to a maximum of 0.1%.         Kupfer-Legierung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß sie aus 66,9 bis 67,9 % Kupfer, 1,7 bis 2,4 % Nickel, 1,7 bis 2,1 % Mangan, 0,1 bis 0,3 % Aluminium,
    Rest Zink und üblichen Verunreinigungen besteht.    Copper alloy according to claim 1,
    characterized in that it consists of 66.9 to 67.9% copper, 1.7 to 2.4% nickel, 1.7 to 2.1% manganese, 0.1 to 0.3% aluminum,
    Rest of zinc and usual impurities.         Verwendung einer Kupfer-Legierung nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Münzen oder Medaillen.Use of a copper alloy according to claim 1 or 2 for the production of coins or medals.
    EP99100175A 1998-01-22 1999-01-07 Copper-Nickel-Zinc-Manganese-Aluminium alloy and its use Withdrawn EP0931843A1 (en)

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    DE19802246 1998-01-22
    DE1998102246 DE19802246C1 (en) 1998-01-22 1998-01-22 Use of a copper-zinc-nickel-manganese-aluminum alloy

    Publications (1)

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