RU219436U1 - Заготовка для изготовления монеты - Google Patents

Abstract

Полезная модель касается монет и заготовок для их изготовления, имеющих повышенную износостойкость по сравнению с монетами из медного сплава, покрытыми медью или плакированных. Заготовка для изготовления монеты содержит выполненные из низкоуглеродистой качественной стали и имеющие шероховатость Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм периферийную часть в виде кольца и размещенную в нем сердцевинную часть в виде диска с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки, при этом на всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля, а на всю поверхность кольца нанесено электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди при содержании примесей не более 0,01%, кроме того, заготовка с указанными покрытиями выполнена отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600-800°С. Использование полезной модели позволяет уменьшить риски коррозии в известной заготовке из низкоуглеродистой качественной стали за счет улучшения адгезии электрохимических покрытий к ее частям.

Description

Полезная модель касается таких изделий из металлического сплава, как монеты, а также заготовок, используемых для изготовления монет. Более конкретно, касается монет и заготовок для их изготовления, имеющих повышенную износостойкость по сравнению с монетами из медного сплава, покрытых медью или плакированных.

Из уровня техники известна заготовка для изготовления монеты (RU 131951 U1, опубл. 05.04.2013), содержащая выполненные из низкоуглеродистой качественной стали периферийную часть в виде кольца и сердцевинную часть в виде диска, размещенного внутри кольца, с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки диска. На всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля, а на всю поверхность кольца нанесено двухслойное электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди при содержании примесей не более 0,01%. При этом толщина никелевого слоя равна 17,5±7,5 мкм, а толщина двухслойного покрытия 25,0±7,5 мкм, в котором толщина латунного слоя равна 7,5 мкм. Известная заготовка выбрана в качестве прототипа.

Основной недостаток данной заготовки заключается в том, что между ее частями и их покрытиями образуется недостаточная адгезия, а это может приводить к разрушению покрытий, их растрескиваниям или отслаиваниям, и соответственно к коррозии монеты.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании той же заготовки для изготовления монеты из низкоуглеродистой качественной стали, у которой периферийная часть выполнена в виде кольца, а сердцевинная - в виде диска с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки диска, причем на указанную сердцевинную часть нанесено электрохимическое покрытие из никеля, а на периферийную - двухслойное электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% с содержанием примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди с содержанием примесей не более 0,01%, но у которой дополнительно снижены риски коррозии, изменений цвета или окислений из-за возникновения пузырей, пористости, следов проката, а также растрескивания или отслаивания покрытия от стальных частей заготовки.

Техническим результатом является уменьшение рисков коррозии в описанной заготовке за счет улучшения адгезии электрохимического покрытия из никеля к сердцевинной части из низкоуглеродистой качественной стали и электрохимического покрытия из латуни и подслоя гальванической меди к периферийной части в виде кольца из низкоуглеродистой качественной стали.

Данный результат достигается за счет того, что заготовка для изготовления монеты содержит выполненные из низкоуглеродистой качественной стали и имеющие шероховатость Ra в диапазоне 0,4 - 0,8 мкм периферийную часть в виде кольца и размещенную в нем сердцевинную часть в виде диска с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки, при этом на всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля, а на всю поверхность кольца нанесено электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди при содержании примесей не более 0,01%, кроме того, заготовка с указанными покрытиями выполнены отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600-800°С.

Как правило, толщина электрохимического покрытия диска равна 17,5±7,5 мкм, а толщина электрохимического покрытия кольца равна 25±7,5 мкм, где толщина латунного слоя составляет 7,5 мкм.

Части предпочтительно выполняются отжигом в атмосфере азота при температуре 600°С.

Благодаря отжигу заготовки в защитной атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600-800°С происходит полное вытеснение кислорода, из-за которого появляются приводящие к растрескиванию и отслаиванию окислы, а также происходит диффузия атомов железа на поверхности заготовки с вытеснением атомов меди и никеля в соответствующих покрытиях, в результате чего в первом случае образуется диффузионный промежуточный слой в виде соединения Fe4Cu3, а во втором - виде соединения FeNi3, обеспечивающий качественное сцепление поверхности сердцевинной части и покрытия. Выполнение поверхности сердцевины с шероховатостью в диапазоне 0,4-0,8 мкм наилучшим образом позволяет обеспечить качественное сцепление слоев в процессе отжига без растрескиваний и отслаиваний.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг.1 представлена периферийная часть заготовки в виде кольца.

На фиг.2 показана центральная часть заготовки в виде диска.

На фиг.3 дан вид сбоку на центральную часть.

На фиг.4 увеличен край центральной части, вид сбоку.

В данной полезной модели рассматривается конструкция заготовки для изготовления монеты, которая включает в себя периферийную часть 1, имеющую форму плоского кольца в плане (фиг.1), и сердцевинную часть 2, имеющую форму диска с утолщенными краями 6 на противоположно расположенных поверхностях 3 и 4 и с дугообразным пазом 7, выполненным по окружности периферийной боковой кромки 5 (фиг.3-4) и симметрично по толщине диска 2. На фиг. 4 показан конкретный пример того, как может быть реализован диск 2 с утолщенными краями 6 и пазом 7. Обе части 1,2 изготавливаются из низкоуглеродистой качественной стали, например, по ГОСТ 9045-93.

На всю поверхность периферийной части заготовки в виде кольца 1 нанесено двухслойное электрохимическое покрытие, в котором наружный слой из латуни нанесен на подслой гальванической меди, массовая доля которой 99,99% при массовой доле примесей не более 0,01%, а латунь состоит из массовой доли меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2%, цинк - остальное. Толщина двухслойного покрытия на кольце 1 составляет обычно 257,5 мкм, где толщина латунного слоя равна ±7,5 мкм.

Применение двухслойного покрытия для кольца 1 позволяет нанести риски на гурте и дает повышенную коррозионностойкость монете в целом. Износостойкость определена тем, что слой латуни расположен с наружной стороны монеты и закрывает слой меди, наложенный на стальную сердцевинную часть заготовки.

На всю поверхность сердцевинной части 2 заготовки в виде диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля с содержанием примесей не более 1,0% с толщиной никелевого слоя 17,5±7,5 мкм. Никелевое покрытие наносится на заготовку диска гальваническим путем еще до штамповки и гуртовки монеты.

Создание никелевого покрытия на поверхности стального диска производится с целью предохранения его от коррозии. Проводится гальваническим способом с использованием электролитов, содержащих сульфат никеля, хлорид натрия, гидроксид бора, поверхностно-активные и глянцующие вещества, и растворимых никелевых анодов.

Поверхности сердцевинной 2 и периферийной 1 частей заготовки имеют шероховатость Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм. Такая шероховатость позволяет обеспечить качественное сцепление частей 1,2 и электрохимических покрытий в процессе отжига без растрескиваний и отслаиваний, так как при шероховатости ниже 0,4 мкм не будет хорошего сцепления слоев в процессе отжига и, как следствие, может возникнуть эффект растрескивания и отслаивания. А при шероховатости выше 0,8 мкм покрытия не будут равномерными, что может привести к появлению сквозных пор до стальной поверхности и, как следствие, появлению растрескиваний, пузырей, отслаиваний.

Вместе с покрытиями заготовка для изготовления монеты проходит отжиг в атмосфере азота высокой чистоты с объемной долей основного компонента не менее 99,999% при температуре 600-800°С, однако наибольший эффект достигается при температуре 600°С. Защитная атмосфера азота необходима для полного вытеснения кислорода, под воздействием которого происходит образование окислов, приводящих к растрескиванию и отслаиванию слоя покрытия. Отжиг при таких параметрах улучшает адгезию заготовки и покрытий частей 1,2, так как происходит диффузии атомов железа на поверхности кольца 1 и диска 2 с вытеснением атомов меди и никеля соответственно, т.е. образуется диффузионные промежуточные слои в виде соединений Fe4Cu3 на кольце и FeNi3 на диске, обеспечивающих качественное сцепление без растрескиваний и отслаиваний.

Таким образом, наличие указанной шероховатости на поверхностях периферийной 1 и сердцевинной 2 частей и выполнение упомянутого отжига минимизирует возможность растрескиваний и отслаиваний заявленных электрохимических покрытий от низкоуглеродистой стальной заготовки, а также возможность возникновений пористости, следов проката, пузырей, изменений цвета и окислений, что сказывается на повышении стойкости к коррозии и на повышении срока службы монет за счет затруднения процесса их износа.

Изготавливают полезную модель следующим образом.

Периферийную часть 1 в виде кольца и сердцевинную часть 2 в виде диска с утолщенными относительно противоположных поверхностей 3 и 4 краями 6 и с дугообразным пазом 7, выполненным по окружности боковой кромки 5, заготовки монеты производят из низкоуглеродистой качественной стали.

Далее стороны кольца 1 и диска 2 обрабатывают, например, путем полировки до шероховатости Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм для улучшения сцепления с электрохимическими покрытиями в процессе отжига, в некоторых случаях обрабатывают и гурт 3.

Затем на все поверхности диска 2 известными технологиями наносят электрохимическое покрытие из никеля при массовой доле примесей не более 1,0%. По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, следовательно, основной металл - железо - защищается никелем от коррозии лишь при отсутствии пор в покрытии. Для исключения пор в покрытии используют попеременное осаждение нескольких слоев никеля, при таком многослойном нанесении поры каждого слоя обычно не совпадают. Один слой обычно имеет толщину до 0,20-0,30 мкм, а общая толщина никелевого покрытия составляет как правило 17,5±7,5 мкм, что исключает появление коррозионных процессов.

Так же на все поверхности кольца 1 наносят двухслойное электрохимическое покрытие: сначала наносят подслой гальванической меди с массовой долей меди 99,99% при массовой доле примесей не более 0,01% и поверх него - слой латуни 5 с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2% и долей цинка - остальное.

Далее кольцо 1 и диск 2 вместе с покрытиями обрабатывают путем отжига в печи в атмосфере азота высокой чистоты при температуре, выбранной из диапазона 600-800°С, предпочтительно при температуре 600°С, в результате чего происходит качественное сцепление стальных поверхностей заготовки и покрытий без образования окислов с минимизацией дальнейших растрескиваний и отслаиваний.

После чего диск 2 размещают внутри кольца 1. Собранную композицию кладут под чеканочный пресс, (т.е. тот, который наносит "орел" и "решку" на аверс и реверс). Обе детали подвергают давлению при 150-ти тонном обжатии со стороны аверса и реверса. При этом за счет текучести материала диска в области утолщений в зону дугообразного паза и пластической деформации толщина монеты становится меньше, а диаметр возрастает, утолщения "расплющивается", заполняя область паза, и упираются в стенку кольца. Таким образом, диск застревает в кольце по прессовой посадке.

Отдельно стоит отметить, что коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью цинка и меди. Латунь, содержащая более 20% цинка, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере, особенно, если присутствуют следы аммиака. Это наиболее заметно в деформированных изделиях, поскольку коррозия распространяется по границам зерен. Отжига при температуре 600-800°С устраняет это явление после деформации.

Ниже приведены примеры реализации полезной модели.

Пример 1. Периферийная часть заготовки в виде кольца и сердцевинная часть заготовки в виде диска с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки, выполнены из низкоуглеродистой качественной стали и имеют шероховатость Ra 0,4 мкм.

На всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля с содержанием примесей не более 1,0% и толщиной 10,0 мкм. А на всю поверхность кольца нанесено электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 63,0% при содержании примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди при содержании примесей не более 0,01%. Толщина такого покрытия кольца равна 17,5 мкм, при этом толщина латунного слоя составляет 7,5 мкм.

Заготовка вместе с покрытием обработана отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600°С.

Пример 2. Периферийная часть заготовки в виде кольца и сердцевинная часть заготовки в виде диска с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки, выполнены из низкоуглеродистой качественной стали и имеют шероховатость Ra 0,8 мкм.

На всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля с содержанием примесей не более 1,0% и толщиной 25,0 мкм. А на всю поверхность кольца нанесено электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 83,0% при содержании примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди при содержании примесей не более 0,01%. Толщина такого покрытия кольца равна 32,5 мкм, при этом толщина латунного слоя составляет 7,5 мкм.

Заготовка вместе с покрытием обработана отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 800°С.

В обоих примерах полученные изделия не теряют преимуществ ближайшего аналога и дополнительно снижают риск коррозии, изменений цвета или окислений из-за возникновения пузырей, пористости, следов проката, а также растрескивания или отслаивания покрытий от стальных частей заготовки благодаря их улучшенной адгезии.

Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть реализована с использованием известных средств и методов.

Claims (3)

1. Заготовка для изготовления монеты, содержащая выполненные из низкоуглеродистой качественной стали периферийную часть в виде кольца и сердцевинную часть в виде диска, размещенного внутри кольца, с утолщенными краями и с дугообразным пазом, выполненным по окружности боковой кромки, при этом на всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля, а на всю поверхность кольца нанесено электрохимическое покрытие из слоя латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2% и подслоя гальванической меди при содержании примесей не более 0,01%, отличающаяся тем, что периферийная и сердцевинная части имеют шероховатость Ra в диапазоне 0,4 - 0,8 мкм и вместе с покрытиями выполнены отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600-800°С.

2. Заготовка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина электрохимического покрытия диска равна 17,5±7,5 мкм, а толщина электрохимического покрытия кольца равна 25±7,5 мкм, где толщина латунного слоя составляет 7,5 мкм.

3. Заготовка по п. 1, отличающаяся тем, что части выполнены отжигом в атмосфере азота при температуре 600°С.