KR102149384B1 - 주화용 니켈 도금된 아연 합금 - Google Patents

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Abstract

아연과 같은 저융점(melting point) 금속 기재는, 니켈과 같은 고융점 금속 층으로 덮여진다. 균열 없이 코이닝(coining)에 적합한 니켈 층이 되도록, 유도 가열의 버스트로 빠르게 어닐링된다. 유도 가열은, 단지 금속 층이 금속 기재로의 상당한 열 전달을 허용하지 않으면서 가열되도록 제한된다. 이는, 금속 기재를 임의의 상당한 용융, 변형 또는 래핑(wraping)으로부터 보호하며, 금속 기재를 실질적으로 온전하게 그리고 특징들 및 형상의 변화 없이 유지한다.

Description

주화용 니켈 도금된 아연 합금 {NICKEL PLATED ZINC ALLOYS FOR COINAGE}
관련 출원들에 대한 교차 참조
본 출원은 2014년 12월 20일자로 출원된 미국 가출원 제 61/919,364 호의 우선권을 주장하며, 그의 완전한 개시는 인용에 의해서 전체가 본원에 포함된다.
본 출원은 니켈 도금된 아연 합금에 관한 것이다.
순수 금본위제(true gold standard)로부터의 출발 때문에, 연방정부 조폐국(government mints)의 목적은 트레이드(trade)를 위해서 낮은 비용 통화(low cost currency)를 제공하는 것이다. 예컨대, 코인들을 화폐주조할(minting) 때, 금속의 비용이 코인들의 액면가(face value) 미만이어야 한다. 구리의 가격이 페니(penny)보다 더 가치있는 페니들의 구리 가치(value)로 만들어질 때, 아연은 여전히 일 센트(one cent) 미만의 가치를 갖는 실행가능한 코인 재료가 된다. 유사하게, 현재, 다른 코인들이 이들의 명목상 통화 가치(currency value)에 빠르게 접근하거나 초과하는 것을 발생시키도록 실제 가치 또는 비용을 갖는다. 구리 및 니켈을 사용하여 현재 주화(coinage)의 특성과 부합하는 특성들을 갖는 적절한 낮은 비용의 아연 주화를 생산하는 것이 연방정부 조폐국에 비용 절약들을 제공할 수 있다. 그러나, 아연 기재 상에서 적절한 은색(silvery) 또는 "백색" 마무리를 성취하는 것은 지금까지는 문제가 있는 것으로 증명되고 있다.
이러한 개시는, 높은 액면가(coin denomination) 미국 코인에서 통상적으로 사용되는 은색 코인들을 대체하기 위한 아연 제품을 갖는 주화를 위한 은색 또는 "백색" 마무리를 제공하기 위한 방법 및 합금에 관한 것이다. 아연 기재 상에서 단순한 주석 마무리를 사용하기 위한 노력들은, 약간의 부정적인 마모 문제들을 드러냈다. 강 또는 구리 합금 또는 플라이(ply)로부터 스탬핑가공되는(stamped) 현재 코인들은 전형적으로 이들의 표면 상에 니켈을 갖지만, 종래의 생각은, 아연이 견딜 수 있는 것보다 더 높은 온도에서 도금된 니켈을 어닐링하기(anneal) 위한 요구로 인해서, 니켈이 낮은 비용의 아연 위에 도금되는 가능한 코팅이 아니었다는 것이다. 어닐링이 후속 코이닝(coining) 작업을 위해서 허용가능하도록 요구되는데, 그렇지않으면, 비교적 취성이 있는 니켈 코팅에 균열을 발생시킬 것이다.
유도 가열 소스(induction heating source)의 사용을 통해서 아연 기재 상에 도금된 니켈 코팅을 급속하게 어닐링하는 능력은, 도금 균열(cracking) 또는 손상(breaking) 없이 니켈 도금된 표면 상에서 후속 코이닝 작동을 허용할 수 있다. 유도 가열이 광범위한 산업들에서 어닐링을 위해 사용되지만, 전형적으로, 어닐링되는 전체 본체는 어닐링을 위해 적절한 온도로 상승된다. 이는, 아연의 저융점(melting point) 및 니켈의 높은 어닐링 온도로 인해서, 니켈 도금된 아연 시스템에서는 가능하지 않다. 유도 어닐링 에너지는 먼저 니켈에 작용하도록 주파수 조절될(frequency tuned) 수 있으며 또는 바로(just) 니켈 표면 도금 또는 막에 우선적으로 에너지를 부과하도록 조절될 수 있다. 2 개의 즉각적인(immediated) 적용들은 저융점 재료들 상에 보다 내화성 금속들의 어닐링 및 고속의 직접적인 적용, 주화 제품들에 대한 유도 어닐링의 낮은 에너지 비용을 포함한다.
도 1은 좌측에서 우측으로 도시된 바와 같이 감소 수준들의 유도 가열(induction heat)로 처리되는 3 개의 코인 블랭크(coin blank)들의 개략적인 상부 평면도이다.
도 2는 종래의 성공적인 코이닝 프로세스 이후의 도 1의 우측의 코인 블랭크의 상부 평면도이다.
도 3은 도 2의 코인 블랭크의 외부 림(rim) 부분을 통해 취한 단면의 확대도이다.
도 4는 도 3의 코인 블랭크의 우측 최외각(outermost) 에지의 일부의 추가의 확대된 이미지이다.
도 5는 구리 도금된 아연 화폐판금(copper plated zinc planchets) 상에서 도금의 제한된 영향을 도시하는 전자기 시그니쳐(electromagnetic signature) 측정들의 일련의 플롯(plot)들이다.
도 6은 EMS 시그니쳐 상에서 어닐링의 제한된 영향을 나타내는 도 5에 도시된 전자기 시그니처 측정들과 유사한 일련의 플롯들이다.
도 7은 니켈 도금된 유도 어닐링된 코인들이 상당한 내마모성(wear resistance)을 갖는 것을 나타내는 다양한 도금 마무리들에 의해 다양한 유도 어닐링된 코인들 상에서 수행되는 일련의 마모 시험 플롯들이다.
이하 설명은, 코인 적용분야들을 위한 아연 기재들(zinc substrates) 상에 니켈 도금된 층들의 유도 어닐링을 포함한다. 이 개시는, 코인들 및 잠재적으로 다른 적용분야들을 위해 아연 상에 얇은 금속성 층을 사용하는 실행가능성(viability of using)을 지원한다. 다른 가능성들은, 및 동전들을 위해 아연이 위에 도금된 황동(brass), 적색 청동(red bronze), 백색 청동(white bronze), 황색 청동(yellow bronze) 및 아키텍쳐 적용들을 위해 아연이 위에 있는 잠재적인 이러한 동일 금속 필름들을 포함한다. 유도 가열의 급속한 버스트(burst)를 사용함으로써, 취성이 있는(brittle) 금속 층의 어닐링 온도 미만의 용융 온도들을 갖는 비교적 얇은 취성이 있는 금속 층을 이룬(metal layered) 외부 금속 기재들에 더 높은 어닐링 온도들이 적용될 수 있다. 유도 가열의 짧은 지속기간으로 인해, 저융점 기재 금속의 단지 얇은 가장자리 층(marginal layer)이 영향을 받는다.
아연은, 그의 합리적인 비용 및 높은 내부식성(corrosion resistance)으로 인해서 폭넓은 적용분야를 찾은 금속을 대표한다. 주화(coinage)에 대해, 이러한 속성들은 미국의 페니(penny)를 약 30년 동안 비용 효율적으로 통용(currency)되게 하는 기본 금속으로서 아연의 사용을 촉진시켰다. 페니는 그의 색 및 마모 특성들을 부여하는 구리 도금 층으로 클래드된다(clad). 반면에, 많은 다른 코인들은 라미네이션들, 도금 또는 순수 금속의 사용을 통해 다른 금속들로 마무리되고, 아연은 단지 페니에서의 사용에서만 발견되고 있으며, 여기서 연질(soft) 구리는 구리 표면 층의 균열(cracking) 또는 찢김(tearing) 없이 코이닝 프로세스의 변형이 발생하는 것을 허용하도록 적절하게 어닐링될 수 있다.
다른 금속 코팅들은, 아연의 저융점에 대해 도금된 표면 층을 어닐링하는데 요구되는 고온으로 인해서 지금까지(to date) 아연이 위에 있는 것은 가능하지 않았다. 일예로서, 니켈이 강(steel)을 기반으로 하는 코인들 위에 도금될 수 있는데, 이는 1000℉ 초과의 니켈의 요구되는 어닐링 온도가 강 기반 층을 위한 용융 온도 미만이기 때문이다. 황동 및 청동 마무리들은, 비교적 높은 어닐링 온도들을 필요로하는 유사한 이슈들을 갖는다.
실험들의 초기 설정은, 코인의 아연 베이스에 부정적인 영향을 미치지 않고 니켈 도금 층을 어닐링하기 위해서 비평형(non-equilibrium) 가열 프로세스를 사용하는 개념의 실행 가능성을 판정하였다. 아연은, 일반적으로 아연과 상극인(incompatible with) 산 도금욕(acid plating bath)으로부터 도금되어, 구리 도금층이 니켈 도금 이전에 아연을 위한 보호 층으로서 사용된다. 단순화를 위해서, 구리 도금된 페니 블랭크들이 니켈 증착(nickel deposition)을 위해서 사용되었다. 이들은 형상 및 크기를 갖도록 펀치가공되고(punched) 리밍된(rimmed) 아연 스트립(zinc strip)(자르덴 합금 190) 및 약 10 마이크론의 두께로 구리 도금된 배럴(barrel)로 구성되었다. 이러한 프로세스는, 미국 페니 블랭크들의 제조에 사용되는 제품 시안화 동도금 절차(production copper cyanide plating procedure)이다.
동도금된 아연 코인 블랭크(coin blank)들 또는 화폐판금(planchet)들은, 니켈 도금 용액을 사용하여 추가로 도금되었다. 니켈 도금은 2 개의 두께들: 5.8 및 9.9 마이크론으로 행해졌다. 각각의 도금 두께의 약 10 개의 샘플 코인들이 유도 가열 장비로 어닐링되었다. 3 개의 코인들이 에너지 입력의 상이한 레벨들로 유도 시스템에서 어닐링되었다. 코인들의 이미지들이 도 1에 도시된다.
손상되지 않은 양호한 코인형 표면을 산출하면서 유도 어닐링된 샘플들을 코이닝하기(coin) 위한 것이 목적이다. 도 1의 좌측의 제 1 코인은, 유도 에너지의 양이 다층 도금에서 아연 및 가장 가능한 구리 도금 층들 (>1083℃) 양자 모두를 용융시키기에 충분한 것을 나타낸다. 도 1의 제 2 또는 중앙의 코인은 제 1 코인보다 적은 유도 에너지를 수용하였으며, 지지 화폐판금의 유동을 허용하는, 아연의 실질적인 연화(softening)를 도시하지만, 도금 층들은 여전히 온전하다(intact)(1083℃ > T > 419℃). 마지막으로, 도 1의 우측의 제 3 코인은, 가장 적은 유도 에너지량을 수용하였으며, 외부 에지를 따라 아연의 일부의 연화를 도시하지만, 일반적으로 코인은 그의 형상을 유지하였다. 제 3 코인의 부품들은, 아연 융점을 초과하였지만, 국부화되지 않았다. 이러한 코인의 다른 측면은 인지가능한 변형을 나타내지 않았다.
도 1의 우측의 이러한 마지막 샘플은, 코인형이었는데, 이는 변형이 코이닝 다이에 샘플이 피팅되는(fit) 것을 허용할 정도로 충분히 제한되었기 때문이다. 도 2는 제 1 시험 세트로부터 최소 열처리된 샘플을 코이닝하는 결과들을 도시한다. 코인은, 코이닝 프로세스로부터 니켈 도금 층의 찢김(tearing), 균열(cracking), 또는 분할(splitting)의 어떠한 징후들도 보이지 않는다. 이후, 이 코인은 절단되고, 에폭시가 얹혀지고(mounted) 확대 상태에서 단면 평가를 위해서 폴리싱되었다.
광학 현미경을 사용하여 절단된 코인 상에서 현미경 관찰이 수행되었으며, 이미지들이 전체 단면 표면에서 캡쳐되었다. 이들 이미지들 중 2 개의 이미지가 도 3 및 도 4에 도시된다. 도 3은 코인의 우측면의 일반적으로 확대된 단면을 도시한다. 도 4는 도금 및 유도 어닐링 양자 모두의 프로세스를 통해 코인에서 디벨로핑된 다양한 층들을 명확하게 도시하는 도 3의 절단된 코인의 우측 에지의 추가 확대이다. 약 17.4 ㎛ 두께의 우측에서 가장 먼 층은, 도금된 니켈 외부 층이다. 이로부터 내방에는 7.0 ㎛ 두께가 측정된 구리 층이 있다. 비교적 큰 아연 기재 상의 최종 또는 제 3 층은, 구리와 아연 사이의 상호 작용 층이다. 이러한 상호작용 또는 금속간 층(intermetallic layer)이 주목할만한 두께, 즉, 8.1 ㎛이지만, 이는 구리 도금 모두를 소모하지 않으며, 샘플의 코이닝에도 부정적인 영향을 미치지 않는다.
다음 단계는, 외부 니켈 도금 층의 어닐링을 실행하기 위해서 충분한 에너지를 여전히 제공하면서, 구리 도금된 아연 화폐판금들이 실질적으로 변화되지 않고 그리고 결함 없이 남겨지도록 유도 에너지가 더 균일하게 조정될(tuned) 수 있는지를 판정하는 것이었다. 2 백개의 코인들이 이지히트(Easyheat) 8310 유도 가열 시스템을 사용하여 시험되었다. 유도 가열기가 ¼” 구리 배관으로부터 직경 방식으로(diameter fashioned) 대략 2 인치인 나선형 코일에 끼움장착되었다. 코일은 1인치를 약간 초과하는 전체 높이에 대해 튜브 직경과 동일한 공간을 갖는 높이의 3 개의 코일들이었다.
짧은 길이의 알루미나 배관이 화폐판금을 유도 코일들에 대해 평탄하고 동심으로 지지하도록 위치되었다. 화폐판금은 코일들의 저부로부터 상방으로 약 1/3의 경로에 위치되었다. 특정 전류 및 시간을 위해서 제어가 설정되었다. 8310 유닛은 10kW로 지정되었다. 모든 샘플들을 위해서 사용되는 주파수는 330 kHz였다. 전류 세팅들은, 150 밀리초 내지 1 초범위의 시간들을 위해서 350 내지 650 amps로 변경되었다. 유도 어닐링 프로세스 동안 공급된 에너지는, 이러한 페니 크기식 화폐판금들에 대해서만 상대적이며, 다른 중량들 및 치수들을 갖는 샘플들을 위해서 조절될 필요가 있을 것이다.
Figure 112016063800479-pct00001
표 1은 화폐판금들 상에서 상이한 유도 에너지 세팅들의 효과를 식별하기 위해서 수행되는 초기 테스팅을 도시한다. 초기에, 유도 어닐링된 샘플들은 플라이어들(pliers)의 2 개의 세트들 사이에서 구부러졌다. 이러한 시험의 재현성은, 좋지 않은 듯하였으며 실제 코이닝을 위한 샘플들을 절약하기 위해서 중단되었다. 온도에 민감한 페인트가 코인들의 표면에 도포되었다. 지표(indicator) 페인트가 316℃에서 반응을 보였다. 이 페인트는 일부 조건들 하에서 반응(+)을 보였으며, 다른 조건들에서 반응(-)을 보이지 않았으며, 표에서 나타내는 바와 같이 다른 조건들 하에서 반응 또는 부분 반응(0)의 일부 레벨을 보였다.
추가 지표로서, 어닐링 온도가 충분히 높다면, 즉 아연을 위한 융점을 초과한다면, 코인들의 에지에서 블리스터링(blistering)이 발생하기 시작할 것이다. 이러한 관찰들에 의해, 상대 에너지에 대한 일부 결론들이 도출되었다. 블리스터링을 갖는 어떤 것은, 자명하게 온도가 매우 높았다. 이후, 페인트 반응들이 다음으로 낮은 온도 지표를 부여하였다. 샘플들이 코이닝에 대해 유효한 지가 불확실하여, 이러한 초기 연구로부터, 매트릭스(matrix)는, 최소 블리스터링을 갖고, 블리스터링을 갖지 않지만 페인트 반응을 가지며, 페인트 반응이 나타나지 않은 일부(some)로 샘플들을 취하려는 노력에 대해 설정되었다. 이들 샘플들은 표 1에서 아스테리크 표시(*)로 나타낸다. 에지들은, 열을 나타내는 화폐판금의 중심이 에지로부터 이동하기 이전에 페인트와 분명히 반응하였다.
니켈 도금의 9.9 마이크론들을 갖는 수개의 샘플들은, 또한 동일한 조건들 중 일부와 또한 시험되었으며, 이들 샘플들이 더 얇은 5.8 마이크론 니켈 도금 샘플들과 유사하게 반응하는 것으로 나타난다. 매트릭스는 500A|400ms 및 500A|450ms 샘플들을 위해 16 개의 샘플들과 함께 아스테리크로 나타낸 것들 각각 8 개의 샘플들로 구성된 코이닝 연구를 실행한다. 코이닝을 위한 연구 매트릭스가 표 2에 도시된다. 선택되었던 샘플들의 사선 특징은, 유사한 에너지 레벨들을 성취하기 위해서 시간(time)에 대한 파워(power)의 예상되는 트레이드 오프(trade-off)를 나타낸다. "A"로 라벨링된 셀들은 블리스터링이 이전 연구에서 발생되었음을 나타내고, "B"로 라벨링된 셀들은, 페인트 반응이 보여지는 임을 나타내고, "C"로 라벨링된 셀은 페인트가 단지 부분적으로 반응되는 것이다. 9.9 마이크론의 니켈로 도금되었던 표 2의 샘플들과 함께, 5.8 마이크론 니켈 두께에서 나머지 샘플들은 350A|750ms 및 500A|350ms로 어닐링되었다.
Figure 112016063800479-pct00002
샘플들의 시험
일부 대표적인 샘플들에서 수행된 초기 시험은 코이닝 시험이었다. 표 2의 매트릭스 중, 코이닝 시 파단된 샘플들만이 유도 처리가 없는 샘플들을 포함하였으며, 500A에서 350 ms로 어닐링된 일부 샘플들을 포함하였다. 750ms 그리고 350A 및 400A 양자 모두에서 어닐링되었던 매트릭스로부터의 샘플들이 초과 가열의 영향을들 나타내었다. 이들 샘플들은 아직 코이닝가능하지만 제품 관점(product standpoint)으로부터 받아들일 수 없는(unacceptable) 350A 샘플의 경우에 블리스터링을 보이지만, 400A 샘플의 경우에 업셋(upset)의 중대 변형을 보였다.
다음으로, 일부 샘플들은 버니싱(burnishing)의 프로세스가 니켈을 경화시키지 않거나 그렇지 않으면 어닐링의 영향을 무효화하는 것을 보장하도록 코이닝 이전에 버니싱되었다. 코인들이, 버니싱 프로세스에 의해서 변화되지 않는 결과들과 함께 버니싱되었으며 코이닝되었다.
수행된 다른 시험은, EMS(Electromagnetic Signature) 상의 어닐링의 작용을 판정하기 위해서 스캔 코인(Scan Coin) SC4000 머신 상에서 EMS의 측정을 포함하였다. 초기 측정들은, 임의의 어닐링 이전에 코인들에서 취해졌으며, 도 5에 제공된다. 측정들은, 일반적으로 EMS 상의 도금의 최소 효과들을 나타내었다. 도 5에서, "CPZ"는 미국 일 센트 구리 도금된 아연 제품 토큰들을 지칭하고, 9.9 ㎛ Ni/CPZ는 9.9 ㎛ 니켈이 도금된 "CPZ" 토큰들을 지칭하고, 5.8 ㎛ Ni/CPZ는 5.8 ㎛ 니켈이 도금된 "CPZ" 토큰들을 지칭한다. 도 5는 미국 페니들을 위한 현재 제품 토큰들과 비교하여 니켈 도금에 의해 EMS 상에서 최소 효과들을 나타내는 각각의 스캔 사이 EMS의 비교적 근접한 클러스터링을 도시한다. 니켈 도금이 구리 도금된 블랭크에 추가됨에 따라 스펙트럼들 중 하나에서 약간의 변화가 보인다. 이러한 테스팅은 이후 도 6에서 보이는 바와 같은 어닐링 후의 측정들이 후속되었다. EMS 시그니처에 대한 어닐링의 영향은, 도 6의 플롯들에 의해 증명되는 바와 같이 이들의 이른(early) 시험들에서 검출불가하다.
실험(experiment)들의 이러한 단계(round)를 위한 최종 시험은 마모 시험이었다. 표준화된 시험이 아니지만, 이러한 시험은 직물(fabric)/가죽(leather) 재료 및 대용 스Ÿ‡ 용액(surrogate sweat solution)을 가지며 코인들 상의 실제 수명 마모를 고도로(highly) 대표하는 것으로 믿어지는 단지(jar)에서 코인들을 텀블링하는 것(tumbling)을 포함한다. 시험은 1000 시간동안 이루어진다. 5.8 mm 및 9.9 mm 니켈 도금 두께 양자 모두의, 실제 미국 생산으로부터 대표적인 코인들, 백색 청동 도금된 오버 구리 코인들, "Dura-백색" 코인들, "Ni-멀티-플라이" 코인들 및 Ni 오버 구리 도금 도금된 아연 "CPZ" 유도 어닐링된 일 센트 코인들은 시험을 위해서 동일한 마모 단지(jar)에 넣어졌다. 코인들의 초기 중량들이 측정되었으며, 후속 측정은 마모의 징후를 조사하기 위해서 매 250 시간마다 이루어졌다. 이들 마모 결과들은 도 7에 도시된다. 전체 그룹 중, Ni 오버 CPZ 유도 어닐링된 코인들은 그룹에서 적어도 마모를 나타내는, 가장 낮은 중량 손실을 보여주었다. 이는, 니켈 마무리에 의해 코인을 제조하는 것을 추구하는 것을 지지하는 전제(premise)였으며, 의도되는 바와 같이 실행가능하게 분명히 증명된다.
대표적 프로세스
상기 실험에 기초하여, 본원에서 설명되는 일반적은 프로세스는 다음과 같이 개요로 설명된다;
1. 소망하는 코인 또는 제품을 위해 적절한 두께의 아연 합금 스트립 재료로 시작
2. 제품을 위해 소망하는 폼 팩터를 갖는 화폐판금을 얻기 위해서 아연 시트를 스탬핑함
3. 후속 프로세싱에서 아연의 반응을 위해 핀홀들이 없음을 보장하는 두께로 구리를 아연 코인에 도금함
4. 소망하는 외형 및 내구성을 성취하기 위해서 구리 층 위에 니켈 마무리 층을 도금함
5. 아연 화폐판금 샘플들을 역으로 용융시키지 않고 유도 어닐링 니켈 도금함(샘플 중량/크기에 대해 파라미터들을 조절함)
6. 소망하는 마무리를 성취하기 위해서 니켈을 버니싱(burnish) 또는 다른 표면 처리함
7. 화폐판금들은 이제 완료되고, 코이닝 작동을 위해 준비됨
8. 균열, 변형 또는 파손 없이 어닐링된 화폐판금들을 코이닝함.
상기 프로세스와 연관된 추가의 작동 파라미터들이 하기에 설명된다.
유도 가열에 대한 노출 시간: 범위: 지금까지는 대부분의 샘플들에 대해 0.4 내지 0.6초를 이용하는 0.1 내지 2.5초이지만, 이러한 시간 범위 어디에서도 작동하고 허용가능한 결과들을 얻는 것이 가능할 수 있으며-유도 가열은 2.5 초보다 다 길게 작동하고 허용가능한 결과들을 얻는 것이 가능하지만, 이는 설비의 비용, 프로세싱 시간 등을 증가시킨다.
전압: 이는 재료 크기/볼륨 어닐링에 대해서 유도 코일의 크기 및 설계에 크게 의존한다. 시험들은 1050V(250V 내지 1500V의 범위)에서 작동하는 현재 시험 설비(4", 깊이 2"의 유도 코일 직경)와 250V(더 작은 유도 코일 직경)만큼 낮은 전압들도 작동하였다. 허용가능한 결과들은, 사용되는 유도 코일 및 설비의 크기 및 설계에 의존하여 이러한 범위 밖에서 얻어질 수 있다. 이들 중요한 점(key)은, 기저 금속 도금들 및 기재들로의 상당한 열 전달 없이 짧은 시간 주기에서 처리되는 재료의 표면으로 전달되는 정확한 에너지량을 얻는 것이다.
주파수: 전압과 동일, 설비 범위는 50 내지 150 kH이지만, 허용가능한 결과들은 설비 크기 및 설계에 의존하여 이러한 범위 밖에서 얻어질 수 있다. 또한, 이러한 설비에서 주파수는 자동 계산되고 세팅이 아니다.
도금 두께들:
기저 층 ― 구리 99+% - 두께 = < 1 내지 25 마이크론
상부 층 ― 다중 스택들로 아래의 것 중 어느 하나 또는 조합될 수 있디
니켈 ― 99+% - 두께 = 1 내지 35 마이크론
황동 ― 1 내지 50% 아연/나머지 구리 - 두께 = 1 내지 35 마이크론
황색 청동/적색 청동 ― 5 내지 20% 주석/나머지 구리 - 두께 = 1 내지 35 마이크론
백색 청동 ― 8 내지 50% 주석/나머지 구리 - 두께 = 1 내지 35 마이크론
대부분의 시험은, 5 내지 15 마이크론의 구리 기저 층, 및 3 내지 10 마이크론의 니켈 상부 층에서 이루어졌다.
주화를 위한 상기 유도 어닐링된 니켈 도금된 아연 합금들이, 본 발명의 가능한 많은 실시예들 중 단지 대표인 것이며, 본 발명의 범주는 이것으로 제한되는 것이 아니라, 대신에 하기 청구항들에 따라서만 단지 제한되어야 함이 당업자에 의해서 이해될 것이다.

Claims (18)

  1. 도금된 아연 화폐판금(zinc planchet)으로서,
    아연 또는 아연 합금을 포함하며 제 1 융점(melting point)을 갖는 금속 기재(metal substrate); 및
    니켈, 청동 또는 황동을 포함하며 상기 금속 기재 위에 적용되고, 1000℉ 보다 높은 온도에서 금속 층을 어닐링하기에 충분한 미리 정해진 양의 유도 가열을 통해 유도 어닐링된(induction annealed) 금속 층을 포함하며, 상기 유도 어닐링된 금속 층은 상기 제 1 융점보다 더 높은 제 2 융점을 가지며, 상기 금속 기재는 구조에 있어서 상기 유도 어닐링된 금속 층이 상기 미리 정해진 양의 유도 가열을 통해 어닐링되는 것에 의해서 실질적으로 변화없는,
    도금된 아연 화폐판금.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 기재와 상기 유도 어닐링된 금속 층 사이에 제공되는 구리 층을 더 포함하는,
    도금된 아연 화폐판금.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 어닐링된 금속 층은 균열들 및 변형들이 실질적으로 없는 코인형 표면(coined surface) 부분을 포함하는,
    도금된 아연 화폐판금.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 아연 화폐판금은 통화(currency)로서의 사용을 위한 코인이 되도록 형성되는,
    도금된 아연 화폐판금.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 코인은 은색(silver color)을 포함하는,
    도금된 아연 화폐판금.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 기재와 상기 유도 어닐링된 금속 층 사이의 구리 층 및 상기 구리 층과 상기 금속 기재 사이의 상호작용(interaction) 층을 더 포함하는,
    도금된 아연 화폐판금.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속 기재는 아연을 포함하고, 상기 상호작용 층은 아연 기재와 상기 구리 층 사이에 구리 및 아연 층을 포함하는,
    도금된 아연 화폐판금.
  8. 도금된 아연 화폐판금을 제조하기 위해 저융점 금속 기재를 실질적으로 용융시키거나 변형시키지 않으면서 상기 저융점 금속 기재 위에 고융점 금속 층을 어닐링하는 방법으로서,
    상기 방법은,
    아연 또는 아연 합금을 포함하는 저융점 금속 기재 위에 니켈, 청동 또는 황동을 포함하는, 고융점 금속 층을 도금하는 단계; 및
    상기 고융점 금속 층의 적어도 일부를 어닐링하기에 충분한 미리 정해진 양의 유도 가열의 버스트(burst)로 상기 고융점 금속 층을 가열하여, 상기 고융점 금속 층으로부터 저융점 금속 기재로의 열 전달(heat transfer)을 제한하여 상기 저융점 금속 기재의 용융을 실질적으로 회피하는 단계를 포함하고,
    상기 유도 가열은 1000℉ 보다 높은 온도에서 행해지는,
    어닐링하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    0.1 내지 2.5 초의 주기 동안 상기 미리 정해진 양의 유도 가열이 적용되는,
    어닐링하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 저융점 금속 기재는 구리 층이 코팅된 아연 기재를 포함하고, 상기 고융점 금속 층은 니켈을 포함하고, 상기 방법은 상기 아연 기재와 상기 구리 층 사이에 상호작용 층을 형성하는 단계를 더 포함하는,
    어닐링하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 고융점 금속 층 내에 균열들을 형성하지 않으면서 상기 고융점 금속 층을 코이닝하는(coining) 단계를 더 포함하는,
    어닐링하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 코이닝하는 단계 이전에 상기 고융점 금속 층을 버니싱하는(burnishing) 단계를 더 포함하는,
    어닐링하는 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 고융점 금속 층의 적어도 부분을 어닐링하기에 충분한 미리 정해진 양의 유도 가열은 상기 고융점 금속 층에 우선적으로 에너지를 부과하도록 주파수 조절되는(frequency tuned),
    어닐링하는 방법.
  14. 제 2 항에 있어서,
    상기 아연 화폐판금은, 유도 어닐링되지 않았던 니켈 층 및 구리 층을 포함하는 비교 물품보다 적어도 750 시간의 마모 시험 후에 더 적은 중량 손실을 나타내는,
    도금된 아연 화폐판금.
  15. 제 1 항에 있어서,
    상기 유도 어닐링된 금속 층은 5.8 ㎛ 내지 9.9 ㎛의 두께인,
    도금된 아연 화폐판금.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 고융점 금속 층은 5.8 ㎛ 내지 9.9 ㎛의 두께인,
    어닐링하는 방법.
  17. 삭제
  18. 삭제
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AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
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