WO1998053719A2 - Verfahren zum einprägen von mikrostrukturen in metalle oder andere hartstoffe, prägewerkzeug sowie münze - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for embossing microstructures into metals or other hard materials according to the preamble of claim 1, an embossing tool according to the preamble of claim 6 and a coin according to the preamble of claim 9.
  • the invention is based on the object of specifying a method by means of which the aforementioned classic, plastic design elements can be combined in a piece of metal, in particular a coin, with microstructures, in particular holograms.
  • a novel stamping tool for carrying out such a method and a novel coin are also to be specified.
  • the idea underlying this invention is to replace the classic design elements, or preferably in combination and supplement with these elements, to integrate additional optically effective elements into the coin or metals, which safeguard against counterfeiting Use value and the aesthetic value of the coin or other product significantly increased.
  • optically effective, light-diffracting microstructures mentioned can be integrated into the flat regions of the metal piece or the coin using the method according to the invention using the tool according to the invention.
  • the microstructures can also be integrated into the surface of plastically raised design elements.
  • the additional optically active elements can be imaging holograms or holographically generated optical light diffraction or refraction elements, or mechanically generated light diffraction or light refraction elements or other fine structures.
  • These additional coin design elements e.g. holographic microstructures, give the coin or other minted product four essential elements of added value:
  • the basis and / or the first stage of the method according to the invention lies in the use of a new method of stamp production, in which the classic design elements are combined with the additional optically effective elements and then converted into a material-homogeneous, uniform master die.
  • This stage is preferably manufactured in metals or other materials that are comparatively softer than the later stamping steel.
  • the separately manufactured optically effective diffraction elements are preferably electroplated in e.g. a nickel sulfamate bath.
  • This impression copy of the optically effective pre-master in nickel is still relatively easy to process and e.g. Milling or laser cutting according to shape or shape and can then be combined mechanically with the still unhardened steel blank, which already contains the classic form elements.
  • optical pre-master copies which are also identical in size, are embedded in the form-matched (engraved or lasered) recesses.
  • the impression medium can consist of metal or plastic. Additional duplicates can be drawn from this overall impression or from the mechanical combination (preliminary stage) for further operations and for archiving. According to the invention, the overall impression referred to here is to be referred to as a preliminary stage matrix.
  • this preliminary stage matrix is now molded into a particularly hard-elastic stamp in a multilayer structure.
  • This further impression which is to be referred to as the master die, is preferably produced with a greater hardness than that of the uncured tool steel.
  • This steel stamp manufactured in accordance with the invention is now hardened and then "embossed" into any number of pieces for the further copies of the copies into further still unhardened blanks. After subsequent hardening, these are called Embossing stamp for the production process.
  • the steel stamp has to be hardened in such a way that the optically effective microstructure is not negatively influenced by the hardening process and the light diffraction efficiency is reduced.
  • the surface hardness of the master die can be set so hard that the microstructures can be embossed directly into the already hardened embossing die, ie into the production tool.
  • Another preferred procedure is a manufacturing technique for the production of the master die, which is already set so hard in the impression copy that an embossing in tool steel and subsequent hardening or embossing in the already hardened steel stamp can be dispensed with, thus making the use of classic steel stamps superfluous.
  • the edition stamping is carried out directly from the duplicates of the master matrices produced in the required number.
  • the alloy deposits of particular hardness also being matrix-reinforcing hard materials, such as Diamond, silicon carbonite or boron carbite can be incorporated, and the finely structured surface layer consisting of e.g. plasma-generated, diamond-like carbon layer is formed.
  • the multi-layer structure gives the embossing stamp an elasticity which Ripping, jumping or breaking of the stamp during the embossing process is excluded.
  • the plasma coating is not applied according to the invention as the last layer on the microstructure of the embossed surface, but in reverse order as the first layer on the pre-master.
  • This preliminary stage master is the relief-developed laser-exposed photoresist or an impression thereof.
  • the preliminary stage master is to be detached from the diamond-like carbon layer after completion of the multilayer structure or after an intermediate stage. This is done using solvents, alkalis or acids, depending on whether it is the photoresist precursor master itself or an impression or a casting thereof or an engraving or etching in another material.
  • the now exposed surface of the diamond-like carbon layer serves as an embossing surface.
  • This method according to the invention ensures a 1 to 1 impression of the relief structure without flattening and loss of diffraction efficiency.
  • Another procedure according to the invention for stamping production is to produce a hard-elastic master matrix only from the holographically or otherwise optically active areas of the stamp to be produced and then only "stamping" this partial master matrix into the still unhardened steel stamp, which already has the rest includes engraved design elements.
  • a variant of the coin minting method according to the invention derived therefrom is to work in two stages. Only the holographic or otherwise optically effective areas are embossed by the partial optical embossing stamp, while the classic plastic elements are embossed by another embossing stamp of the classic embodiment.
  • the embossing is carried out in accordance with the respective designs and the technical conditions in the following four different production methods:
  • embossing all-over flat motifs and surfaces formed by light-diffracting microstructures of various designs. According to the invention, the embossing takes place in one step.
  • the embossing takes place according to the invention in two steps, each with a conventional stamp, which contains the plastic elements, and with a second stamp, which is adapted to the shape of the plastic elements and which contains the light-diffracting microstructures.
  • the light-diffractive microstructure can also be integrated into the surface of the plastic elements, in the method according to the invention first in two steps with Microstructure stamp is used to emboss the flat surface of the material and then use the plastically conventional stamp to emphasize raised or recessed elements. The micro structure is retained if the embossing pressure is not too high.
  • the figure shows a matrix structure of an embossing stamp.
  • optically active elements achieved by laser exposure can be image-forming holographic interference patterns or other light-refractive or light-diffracting surface structures, all of which are used individually or in combination due to their optical properties in the security, scientific, technical and decorative fields.
  • microstructures can also be electroplated from substrates other than laser-exposed photoresist layers.
  • optically effective microstructures and light-diffractive or refractive elements does not necessarily have to be done by laser exposure in photoresist.
  • light diffraction elements can also be done by direct Engraving can be introduced into glass and other substrates using diamond tools.
  • electron beam or laser engraving can be used, or various fine etching techniques.
  • pre-master optically effective, light-refractive, light-diffractive or image-forming elements or surfaces or other fine structures produced by means of various techniques.
  • These nickel matrices which are electroplated from a prepress master, have a hardness of 200 - 300 HV, which can be achieved depending on the deposition process and are therefore adjusted to the thermoplastic embossing process (reproduction process) currently used in the holography sector in plastics, e.g. various types of foils and varnishes.
  • holographic embossing stamps or embossing stamps with other optically effective diffraction elements with a degree of hardness of greater than 400 HV are preferably more than 1000 HV manufactured.
  • Nickel-cobalt deposits 400 - 550 HV 0.1
  • Nickel-tin deposits 600 - 750 HV 0.1 Reductive (“external currentless”) nickel
  • Unhardened, soft tool steel has a hardness starting at approx. 400 HV depending on the steel type. Nickel-cobalt separation alone exceeds the hardness of unhardened tool steel.
  • An increase in hardness> 1000 HV 0.1 happens e.g. B. by storage of hard materials such as finely divided diamond dust, silicon carbide or boron carbite in the nickel matrix during the electrodeposition. This can be done electrolytically or without external current (reductive).
  • the hard material granules should have a grain size of less than 0.3 ⁇ , so that they can be built into the relief of the microstructures to be embossed in a matrix-reinforcing manner.
  • the layer hardness can be increased from 570 to 1400 HV 0.1 by temperatures of 400 ° C for about 1 h.
  • H layer metal-doped, electrically conductive layer with
  • H layer electrically insulating layer with hydrogen content
  • hardness 2,000 - 4,000 HV 0.1 i-C layer electrically insulating, hydrogen-free layer
  • the last surface layer being formed from a diamond-like carbon-containing layer which has a hardness of 1,000 to 6,000 HV 0.1 and the stamping dies are so elastic despite the high surface hardness that cracking, cracking or breaking during the Embossing process is excluded.
  • Layer 1 shows a holographic microstructure, alternatively formed from a plasmatic deposit of a diamond-like carbon layer with a surface hardness of up to 6,000 HV 0.1 as required.
  • Layer 2 is an electrolessly (reductively) deposited nickel-phosphorus alloy, which is adjusted to approx. 1,400 HV 0.1 by tempering and possibly by matrix-reinforcing storage of hard materials.
  • Layer 3 is an electrolytically deposited hard material-reinforced nickel-cobalt alloy of approx. 750 HV 0.1, produced by, for example, diamond incorporation or silicon carbide incorporation in the metal matrix.
  • the layers 4, 5, 6 have different hardnesses, produced by different alloy baths or metal spraying processes or other metal deposition processes.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einprägen von Mikrostrukturen, insbesondere Hologrammen, in Münzen oder dergleichen, ein Prägewerkzeug sowie eine hierzu verwendbare Mastermatrize und die damit hergestellte Münze.

Description

Verfahren zum Einprägen von MikroStrukturen in Metalle oder andere Hartstoffe, Prägewerkzeug sowie Münze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einprägen von MikroStrukturen in Metalle oder andere Hartstoffe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , ein Prägewerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 sowie eine Münze nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Bei der Münzprägung werden die für Münzen und Medaillen typischen plastischen, erhöht oder vertieft herausgearbeiteten Gestaltungselemente normalerweise mittels gehärteter Stahlstempel in den Rohling eingeprägt.
Bei diesen plastisch herausgearbeiteten Elementen handelt es sich üblicherweise um Schriften, Zahlen, Bildelemente und den Randstab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem die genannten klassischen, plastischen Gestaltungselemente in einem Metallstück, insbesondere einer Münze, mit MikroStrukturen, insbesondere Hologrammen, kombiniert werden können. Es soll auch ein neuartiges Prägewerkzeug zur Durchführung eines derartigen Verfahrens und eine neuartige Münze angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch die in den Ansprüchen 1 , 6 und 9 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
Der dieser Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, in Ersatz der klassischen Gestaltungselemente oder vorzugsweise in Kombination und Ergänzung mit diesen Elementen, zusätzliche optisch wirksame Elemente in die Münze oder Metalle zu integrieren, welche die Fälschungssicherheit, den Gebrauchswert und den ästhetischen Wert der Münze oder des anderweitigen Produktes deutlich erhöht.
Die genannten optisch wirksamen, lichtbeugenden MikroStrukturen können nach dem erfindungsgemäßen Verfahren mit dem erfindungsgemäßen Werkzeug in die ebenen Bereiche des Metallstückes bzw. der Münze integriert werden. Auch können die MikroStrukturen in die Oberfläche von plastisch erhöhten Gestaltungselementen integriert werden.
Die zusätzlichen optisch wirksamen Elemente können bilderzeugende Hologramme sein oder holographisch erzeugte optische Lichtbeugungs- oder Lichtbrechungselemente, oder mechanisch erzeugte Lichtbeugungs- oder Lichtbrechungselemente oder anderweitige Feinstrukturen. Diese zusätzlichen Münzgestaltungselemente, wie z.B. holographische MikroStrukturen, verleihen der Münze oder dem anderweitigen geprägten Produkt vier wesentliche Elemente zusätzlicher Wertschöpfung:
1. wesentlich erhöhte Fälschungssicherheit,
2. Automatenerkennbarkeit der holographischen Bestandteile durch optische Sensoren in Münzautomaten oder anderen Prüfstellen,
3. außerordentlich erhöhter optisch ästhetischer Wert,
4 wesentlich erhöhter Sammlerwert.
Mittels bisher bekannter Techniken der Münzstempelherstellung bzw. der Prägestempelherstellung ist es nicht möglich, optisch wirksame Beugungselemente mit der notwendigen Feinheit der Relieftiefe zwischen 0,2 μ und 0,8 μ, also unter 1 μ, in die üblicherweise verwendeten Stahlstempel einzubringen.
Daher liegt die Grundlage und/oder die erste Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Verwendung einer neuen Methode der Stempelfertigung, in der die klassischen Gestaltungselemente mit den zusätzlichen optisch wirksamen Elementen kombiniert werden und zu einer sodann materialhomogenen, einheitlichen Mastermatrize umgewandelt werden.
Die Fertigung dieser Stufe erfolgt vorzugsweise in gegenüber dem späteren Prägestahl vergleichsweise weicheren Metallen oder sonstige Materialien.
Dabei werden vorzugsweise die separat gefertigten optisch wirksamen Beugungselemente (oder Vorstufenmaster) galvanisch abgeformt in z.B. einem Nickelsulfamatbad.
Diese Abformungskopie des optisch wirksamen Vorstufenmasters in Nickel läßt sich noch relativ leicht bearbeiten und z.B. kontur- oder formgerecht ausfräsen oder laserschneiden und kann sodann feinmechanisch mit dem noch ungehärteten Stahlrohling, welcher bereits die klassischen Formelemente enthält, kombiniert werden.
Diese klassischen Formelemente werden mit den bekannten Techniken in den ungehärteten Werkzeugstahl eingearbeitet.
In vorgesehene form-kongruent ausgearbeitete (gravierte oder gelaserte) Vertiefungen werden die ebenfalls abmessungsidentisch vorbereiteten optischen Vorstufenmasterkopien eingelassen.
Vorzugsweise wird nach dieser mechanischen Kombination der klassischen Formelemente und der optischen Beugungselemente eine weitere integrierte Kopie als Gesamtabformung hergestellt. Dieses geschieht galvanisch oder durch Abgießverfahren oder durch Spritzverfahren oder durch Aufdampfungsverfahren oder durch thermoplastische Abformung.
Das Abformmedium kann dabei aus Metall oder Kunststoff bestehen. Es können für die weiteren Arbeitsgänge und zur Archivierung von dieser Gesamtabformung oder von der mechanischen Kombination (Vorstufe) weitere Doubletten gezogen werden. Die hier bezeichnete Gesamtabformung soll erfindungsgemäß als Vorstufenmatrize bezeichnet werden.
Diese Vorstufenmatrize wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Mehrschichtenaufbau nun zu einem besonders hart-elastischen Stempel abgeformt.
Auf diese Weise erhält man eine homogene, geschlossene metallische Oberfläche, welche bei dem weiteren Fertigungschritt, dem sogenannten Umprägen, nicht zerfällt oder auseinandergedrückt wird.
Vorzugsweise wird diese weitere Abformung, welche als Mastermatrize bezeichnet werden soll, in einer größeren Härte als der des ungehärteten Werkzeugstahls hergestellt.
Mit der auf dieser Weise erzeugten kombinierten Mastermatrize ist es nun möglich, in den noch ungehärteten Stahlrohling das Gesamtprägebild einschließlich der holographischen und sonstigen Mikro-Makrostruktur einzuprägen.
Dieser erfindungsgemäß gefertigte Stahlstempel wird nun gehärtet und danach für die weiteren Nutzenkopien in weitere noch ungehärtete Rohlinge in beliebiger Stückzahl "umgeprägt". Diese werden nach anschließendem Härten als Prägestempel für die Produktion_yerwendet.
Das Härten des Stahlstempels hat erfindungsgemäß so zu erfolgen, daß die optisch wirksame MikroStruktur durch den Härtungsvorgang nicht negativ beeinflußt und in der Lichtbeugungseffizienz gemindert wird.
Es ist ein Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß die Oberflächenhärte der Mastermatrize so hart eingestellt werden kann, daß die MikroStrukturen direkt in den bereits gehärteten Prägestempel, also in das Produktionswerkzeug, umgeprägt werden können.
Eine weitere bevorzugte Vorgehensweise ist eine Fertigungstechnik zur Herstellung der Mastermatrize, welche in der Abformkopie bereits so hart eingestellt wird, daß ein Umprägen in Werkzeugstahl und anschließendes Härten oder das Umprägen in den bereits gehärteten Stahlstempel entfallen kann und damit die Verwendung klassischer Stahlstempel überflüssig macht.
In dieser Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Auflagenprägung direkt von den in der erforderlichen Anzahl hergestellten Doubletten der Mastermatrizen durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird dabei ein mehrschichtiger, in der Härte ansteigender Aufbau der Abformformkopie erzeugt, wobei den Legierungsabscheidungen von besonderer Härte noch matrixverstärkende Hartstoffe, wie z.B. Diamant, Siliciumcarbonit oder Borcarbit eingelagert werden können, und wobei die feinstrukturierte Oberflächenschicht aus einer z.B. plasmatisch erzeugten, diamantähnlichen Kohlenstoffschicht gebildet wird.
Durch das erfindungsgemäße Werkzeugfertigungsverfahren erhält der Prägestempel durch den mehrschichtigen Aufbau eine Elastizität, welche ein Reißen, Springen oder Brechen des Stempels während des Prägeyorganges ausschließt.
Da selbst dünne Plasmaabscheidungsschichten auf der Oberfläche der holographischen MikroStruktur eine gewisse einebnende und die Beugungseffizienz mindernde Wirkung haben, wird erfindungsgemäß die Plasmabeschichtung nicht als letzte Schicht auf die MikroStruktur der Prägeoberfläche aufgebracht, sondern in umgekehrter Reihenfolge als erste Schicht auf das Vorstufenmaster. Dieses Vorstufenmaster ist das reliefentwickelte laserbelichtete Fotoresist oder eine Abformung davon.
Erfindungsgemäß soll das Vorstufenmaster nach Beendigung des Mehrschichtenaufbaus oder nach einer Zwischenstufe von der diamantähnlichen Kohlenstoffschicht abgelöst werden. Dies geschieht durch Lösungsmittel, Laugen oder Säuren, je nachdem, ob es sich um das Fotoresist-Vorstufenmaster selbst oder um eine Abformung oder einen Abguß davon oder eine Gravierung oder Ätzung in einem anderen Material handelt.
Die nun freigelegte Oberfläche der diamantähnlichen Kohlenstoffschicht dient als Prägefläche. Dieses erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine 1 zu 1 Abformung der Reliefstruktur ohne Einebnungen und Verluste der Beugungseffizienz.
Eine andere erfindungsgemäße Vorgehensweise der Prägestempelfertigung ist es, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine hart-elastische Mastermatrize nur von den holographisch oder anderweitig optisch aktiven Bereichen des anzufertigenden Prägestempels herzustellen und sodann nur diese partielle Mastermatrize in den noch ungehärteten Stahlstempel "umzuprägen", welcher bereits die übrigen gravierten Gestaltungselemente beinhaltet. Eine daraus abgeleitete erfindungsgemäße Variante des Münzprägeverfahrens ist es, in zwei Prägeschritten zu arbeiten. Dabei werden nur die holographischen oder anderweitig optisch wirksamen Bereiche von dem partiellen optischen Prägestempel geprägt, während die klassischen plastischen Elemente von einem anderen Prägestempel der klassischen Ausführungsform geprägt werden.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, die Prägungen den jeweiligen Designs und den technischen Gegebenheiten entsprechend in den folgenden vier verschiedenen Produktionsmethoden durchzuführen:
1. Prägen von ganzflächigen ebenen Motiven und Flächen gebildet von lichtbeugenden MikroStrukturen verschiedener Ausführungsformen. Das Prägen erfolgt erfindungsgemäß in einem Schritt.
2. Prägen von kombinierten klassischen plastischen Elementen und lichtbeugenden MikroStrukturen, welche konturgerecht den freien Flächen der plastischen Elemente angepaßt sind.
Das Prägen erfolgt erfindungsgemäß in zwei Schritten mit je einem konventionellen Stempel, welcher die plastischen Elemente enthält, und mit einem zweiten Stempel, welcher konturgerecht an die Form der plastischen Elemente angepaßt ist und welcher die lichtbeugenden MikroStrukturen enthält.
3. Prägen von kombinierten plastischen Elementen und lichtbeugenden MikroStrukturen mit nur einem kombinierten erfindungsgemäßen Stempel.
4. Erfindungsgemäß kann die lichtbeugende MikroStruktur auch in die Oberfläche der plastischen Elemente integriert werden, indem in dem erfindungsgemäßen Verfahren in zwei Schritten zunächst mit dem Mikrostrukturstempel die plane Oberfläche des Materials geprägt wird und anschließend mit dem plastisch konventionellen Stempel erhöhte oder vertiefte Elemente ausgeprägt werden. Die MikroStruktur bleibt bei nicht zu hohem Prägedruck dabei erhalten.
Nachstehend sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorstehend offenbarten erfindungsgemäßen Techniken beschrieben.
Die Figur zeigt einen Matrixaufbau eines Prägestempels.
Die optisch wirksamen Masterbestandteile, wie z.B. holographische Beugungsgitter, werden galvanisch von einer Fotoresistplatte abgeformt, welche durch Laserbelichtung ihre lichtbeugende (und bilderzeugende) Reliefstruktur erhalten hat. Diese Strukturen haben typische Linienweiten zwischen 800 Linien und 1.500 Linien pro Millimeter und Relieftiefen zwischen 0,2 μ und 0,8 μ (1 μ = 1/1000 mm).
Bei den durch Laserbelichtung erzielten optisch wirksamen Elementen kann es sich um bilderzeugende holographische Interferenzmuster handeln oder um andere lichtbrechende oder lichtbeugende Oberflächenstrukturen, welche allesamt aufgrund ihrer optischen Eigenschaften einzeln oder kombiniert Einsatz finden im Sicherheitsbereich, im wissenschaftlichen Bereich, im technischen Bereich und in dekorativen Anwendungen.
Die galvanische Abformung der vorgenannten MikroStrukturen kann auch von anderen Substraten als von laserbelichteten Fotoresistschichten erfolgen.
Die Herstellung optisch wirksamer MikroStrukturen und lichtbeugender oder lichtbrechender Elemente muß jedoch nicht zwangsläufig durch Laserbelichtung in Fotoresist erfolgen. Z.B. können Lichtbeugungselemente auch durch direkte Gravur mittels Diamantwerkzeugen in Glas und andere Substrate eingebracht werden.
Ebenso können, nur als Beispiel, aber nicht als Eingrenzung, Elektronenstrahl- oder Lasergravur eingesetzt werden, oder verschiedene Feinätztechniken.
Schließlich können mittels dem hier offenbarten Verfahren auch sonstige Feinstrukturen in den Prägestempel integriert werden.
Alle vorgenannten, mittels verschiedener Techniken erzeugten optisch wirksamen, lichtbrechenden, lichtbeugenden oder bilderzeugenden Elemente oder Flächen oder sonstige Feinstrukturen werden im Rahmen dieser Offenbarung des Verfahrens als Vorstufenmaster bezeichnet.
Diese galvanisch von einem Vorstufenmaster abgeformten Nickelmatrizen haben eine je nach Abscheidungsverfahren erzielbare Härten von 200 - 300 HV und sind somit eingestellt auf das derzeit im Holographiebereich eingesetzte thermoplastische Prägeverfahren (Vervielfältigungsverfahren) in Kunststoffe, wie z.B. diverse Folien- und Lacktypen.
Um das Phasenrelief holographisch erzeugter Beugungsgitter und MikroStrukturen in metallische Substrate zu übertragen, deren Härtegrad bei ca. 400 HV 0,1 und höher liegt, werden holographische Prägestempel oder Prägestempel mit anderen optisch wirksamen Beugungselementen mit einem Härtegrad von größer als 400 HV vorzugsweise über 1000 HV hergestellt.
Dies wird durch drei Verfahren oder eine Kombination der drei Verfahren erreicht:
a. Abscheidung von Nickel und Nickel-Legierungen besonderer Härte von 500 - 1100 HV 0,1. Nickelabscheidungen = 200 - 250 HV 0, 1
Nickel-Kobaltabscheidungen = 400 - 550 HV 0,1
Nickel-Zinnabscheidungen = 600 - 750 HV 0,1 Reduktive ("außenstromlose") Nickel
Phosphorabscheidungen = 550 - 1. 100 HV 0, 1
Ungehärteter, weicher Werkzeugstahl hat je nach Stahltyp eine Härte beginnend bei ca. 400 HV. Schon allein eine Nickel-Kobaltabscheidung übertrifft die Härte von ungehärtetem Werkzeugstahl.
Einbauen von speziellen Hartstoffen in die Nickelmatrix zur Erzielung von Härten ab 1000 HV 0,1.
Eine Erhöhung der Härte > 1000 HV 0,1 geschieht z. B. durch Einlagerung von Hartstoffen wie z.B. feinstverteiltem Diamantstaub, Siliciumcarbit oder Borcarbit in die Nickelmatrix während der galvanischen Abscheidung. Diese kann elektrolytisch oder außenstromlos (reduktiv) erfolgen.
Idealerweise sollten die Hartstoffgranulate eine Körnung von kleiner als 0,3 μ aufweisen, damit sich diese matrixverstärkend besonders in das Relief der abzuprägenden MikroStrukturen einbauen können.
Im Falle einer Hartstoffeinlagerung in eine stromlos abgeschiedene Nickel-Phosphor-Legierung kann durch Temperaturen von 400°C für etwa 1 h die Schichthärte von 570 auf 1400 HV 0,1 gesteigert werden.
Plasmabeschichtung bzw. Ablagerung oder Abformung mittels diamantähnlicher Kohlenstoffschichten (DLC-Schichten) als oberste Werkzeugschicht.
Dabei werden die folgenden Oberflächenhärten erzielt:
Me-C:H Schicht = Metalldotierte, elektrisch leitfähige Schicht mit
Wasserstoffanteil, Härte 1.000 - 1.800 MV 0,1 a-C:H Schicht = elektrisch isolierende Schicht mit Wasserstoffanteil, Härte 2.000 - 4.000 HV 0,1 i-C Schicht = elektrisch isolierende, wasserstoffreie Schicht,
Härte bis 6.000 HV 0,1
d. Kombination der vorstehenden Schritte a, b, c, zur Erzielung von Härten von 1.000 bis 6.000 HV 0,1.
e. Im Härtegrad ansteigender Mehrschichtaufbau, wobei die letzte Oberflächenschicht aus einer diamantähnlichen kohlenstoffhaltigen Schicht gebildet wird, welche eine Härte von 1.000 bis zu 6.000 HV 0,1 aufweist und wobei die Prägestempel trotz großer Oberflächenhärte so elastisch sind, daß ein Reißen, Springen oder Brechen während des Prägevorganges ausgeschlossen ist.
Die Figur zeigt folgendes:
Schicht 1 zeigt eine holographische MikroStruktur, alternativ gebildet aus einer plasmatischen Ablagerung einer diamantähnlichen Kohlenstoffschicht mit einer Oberflächenhärte von bedarfsweise bis zu 6.000 HV 0,1.
Schicht 2 ist eine außenstromlos (reduktiv) abgeschiedene Nickel-Phosphorlegierung, welche durch Temperung und gegebenenfalls durch matrixverstärkende Einlagerung von Hartstoffen auf ca. 1.400 HV 0,1 eingestellt wird. Schicht 3 ist eine elektrolytisch abgeschiedene hartstoff-verstärkte Nickel-Kobalt-Legierung von ca. 750 HV 0,1 , erzeugt durch z.B. Diamanteinlagerung oder Siliciumcarbiteinlagerung in die Metallmatrix.
Die Schichten 4, 5, 6 weisen unterschiedliche Härte auf, erzeugt durch verschiedene Legierungsbäder oder Metallspritzverfahren oder andere Metallabscheidungsverfahren.

Claims

- Ansprüche
1. Verfahren zum Einprägen von MikroStrukturen in Metalle oder andere Hartstoffe, insbesondere Münzen, dadurch gekennzeichnet, daß die MikroStrukturen galvanisch in eine erste Prägevorstufe abgeformt wurden, daß die erste Prägestufe mechanisch mit einer zweiten, insbesondere klassische Gestaltungselemente aufweisenden Prägestufe kombiniert wird, daß die derart kombinierten Prägevorstufen zu einer Mastermatrize größerer Härte umgeformt werden, deren Prägebild in einen Prägerohiing umgeprägt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Prägerohling gehärtet wird und von dem gehärteten Stempel nun weitere Produktionsrohlinge umgeprägt und anschließend gehärtet werden.
3. Verfahren zum Einprägen von MikroStrukturen in Metalle oder andere Hartstoffe, insbesondere Münzen, dadurch gekennzeichnet, daß die MikroStrukturen galvanisch in eine erste Matrizenvorstufe abgeformt werden, daß die erste Matrizenvorstufe mechanisch mit einer zweiten, insbesondere klassische Gestaltungselemente aufweisende Matrizenvorstufe kombiniert wird, daß die derart kombinierten Prägevorstufen zu einer homogenen, materialeinheitlichen Mastermatrize höherer Härte in einem Stück abgeformt werden, von der weitere Doubletten abgeformt werden oder von der Produktionswerkzeuge abgeformt werden oder durch Umprägen in einen Stahlstempel abgeprägt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß direkt von der kombinierten Matrize geprägt wird, wenn das eingearbeitete Matrizenmaterial der MikroStrukturen bereits in einer höheren Härtestufe als das zu prägende Material gefertigt wurde.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auch in zwei Schritten mit zwei Stempeln, nämlich mit einem holographischen oder anderweitig mikrostrukturierten Stempel und mit einem konventionellen Prägestempel geprägt wird.
6. Mastermatrize zum Einprägen von MikroStrukturen in Metalle oder andere Hartstoffe, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine metallische Grundschicht (6) mit einer oder mehreren weiteren metallischen Zwischenschichten (4, 5) verbunden ist, auf die eine oder mehrere diamantverstärkte oder durch andere Hartstoffeinlagerungen verstärkte Trägerschichten (1+2) aufgetragen sind, und daß auf der außenstromlos abgeschiedenen Trägerschicht (2) eine die MikroStrukturen enthaltende diamantähnliche im Plasmaverfahren aufgebrachte Kohlenstoffschicht (1) angeordnet ist, wobei die Schichten von der Grundschicht ausgehend ansteigende Härtegrade aufweisen.
7. Mastermatrize nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Wegfall der DLC-Plasmabeschichtung die MikroStruktur in die der Härteabstufung nächstfolgende Schicht abgeformt ist.
8. Mastermatrize nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize als partieller Stempel nur von den optisch wirksamen lichtbeugenden Bereichen gefertigt ist.
9. Münze oder dergleichen mit einer in der Oberfläche der Münze eingeprägten oder reliefartig angeordneten Struktur, dadurch gekennzeichnet, daß die Münze oder ein anderes geprägtes Produkt zusätzlich eine eingeprägte MikroStruktur, insbesondere ein Hologramm, aufweist. Münze oder dergleichen, hergestellt durch ein Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 5.
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