硬币坯件、硬币和类似制品及其制造方法技术

本发明专利技术克服了电镀硬币坯件及类似制品生产过程中所出现诸如针孔和起泡之类问题。黑色金属坯体经预镀镍后，先以低电流密度，再以最大电流密度镀铜，以将跨镀减至最小程度。最好再镀一层镍表层，以低电流密度起始，随后以最大电流密度镀覆。在镀最终一层镍之前或之后进行退火。本发明专利技术还涉及所制得的硬币坯件和硬币。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电镀硬币坯件、硬币及类似制品如佩章的制造方法。具体来说，本专利技术涉及镀镍硬币坯件和硬币，但本专利技术可用来生产外表层为铜的硬币。硬币向来用镀镍的钢来制造，但在镀层未完全覆盖钢的针孔处，存在着发展成锈点的可能。针孔可因镍镀层中的表面现象而产生，或者可因钢表面上的微孔而产生。精压时，压模将金属拉伸，尤其在硬币的边缘上。由于这种拉伸，针孔得以扩展，暴露出钢。镀层中的裂纹也可能在边缘处发展。这两种现象中的任何一者，都会引起锈蚀。倘若镀层中存在微孔，而且这些微孔在电镀过程中被跨镀（即镀层未将微孔填满，仅在表面上将孔盖住），则所截留的空气可在精压过程中冒出微孔，产生起泡。这是造币时的一个严重问题。据知，有些造币厂家以小钢丸撞击金属，试图将起泡和针孔问题减至最小程度。精压时暴露出来的另一个问题被称为“点状爆裂（starbursts）”。镀镍过程中，镍层上会产生一些尖峰。精压时，这些疵点会被轧掉或压偏。此种磨擦作用会擦伤压模表面。本专利技术的目的是，提供电镀硬币坯件和硬币，并提供在克服上述问题方面比目前作法有显著改进的此类硬币坯件和硬币制造方法。在本专利技术的较佳实施方案中，我们采用多层镀层，即在钢上镀以镍/铜/镍。由于铁由一层铜保护，而铜在电化序中的电位为+0.34V，它与电位为-0.44V的铁和电位为--->0.25V的镍相比，具正电位，故而铁就不太可能被氧化。此外，由于采用三层体系，某一层中所存在的微孔就不大可能贯通所有三层，使铁裸露。如果钢表面有微孔存在，微孔就有可能被三层中的至少一层所覆盖。即使只镀镍/铜，以铜为表层，也能获得本专利技术的某些优点。电镀包括铜和镍的多层体系，已知供例如电镀汽车保险杠之用。举例来说，授权日为1983年11月29日的美国专利US4，418，125述及了相继镀以镍、镉、铜、镍及铬诸镀层的钢。此外，加拿大专利CA369，046（1936年8月15日授权）也公开了先镀一层镍，继而镀铜，再镀镍，从而铜会直观表明抛光是否不当。随着镍、铜和镍相继各层在硬币上的应用，出现一些问题，这些问题在汽车保险杠制造中，至少未以同样的程度遇到过。最严重的问题之一，是起泡问题。如前所述，这是由于在微孔所截留气体上的跨镀层经精压时的加压所致。这种跨镀，尤其可能因多层电镀而产生。另一个问题是造币时出现的严重机械变形和拉伸的问题。因此，本专利技术的另一目的是，提供一种能在精压过程中将各问题减到最小程度的多层电镀操作方法。本专利技术优选提供一种制备硬币坯件、硬币或类似制品的方法，该方法包括：a）清理黑色金属坯体，使其表面上基本不存在氧化物、油类或污垢;b）在所述坯体上电镀一层预镀镍层;c）在预镀镍层上电镀一层铜，起始时用低电流密度镀此铜层，接着以最大电流密度镀此铜层，以将微孔上的跨镀减到最小程度，或者避免跨镀产生;d）优选在铜层上电镀一层镍表层，起始时以低电流密度-->镀此镍层，接着以最大电流密度镀此镍层，以将微孔上的跨镀减到最小程度，或者避免跨镀产生;e）以中等温度将铜退火，以提高其可延压性而不致产生起泡，此步骤或在镀表层镍之前进行，或在镀表层镍之后进行;f）在最终产品为硬币时，则在精压工序中进行压制，不让会使黑色金属裸露的微孔或裂纹发展。本专利技术还包括由该方法制得的硬币和硬币坯件。附图说明了本专利技术的一种较佳实施方案。其中，图1为横截面示意图，示出镀铜开始时以低电流密度，接着又以最大电流密度镀铜时，铜分子层的沉积情况;图2为供对比用的横截面图，示出一开始即以高电流密度镀铜时，可能发生的情况，其中，a为高电流密度促使在孔边缘处枝状生长，b为随着镀铜沉积加快，在孔边缘处跨镀的可能性。现在，我们要来更详细地讨论一下本专利技术的较佳实施方案。按本专利技术制造硬币，由清理钢或其它黑色金属坯体开始进行。这些坯体为圆片状代币，其直径约为厚度的十二倍。圆形坯体或具其它几何形状的坯体，用低碳钢带切割而成，钢带含碳量低于0.02%，以0.01%或更小的含量为佳。然后，使之形成边状，得到光滑的圆周边缘，以便在电镀时避免硌伤或划伤，在以适当吨位模压硬币时有助于形成良好的硬币侧缘平面。然后，在700-900℃无氧气氛中，使坯件退火并缓慢冷却。在缓慢冷却的条件，我们能够得到大约40  R30T的硬度（该标记和下面类似的标记均表示用30kg基准压力，以1/16英寸小球测量的洛氏表面硬度）。不经退火，则发现-->钢表面在强浸蚀时易被氧化。在氢气氛中进行退火，有助于除去钢表面上的氧化物。尔后，将坯件装入旋转式镀桶中。此步加工中所用的坯件个数可从90变到200，依其大小而定。工艺过程说明中所给出的所有数字均指平均装载量为100个坯件。电镀前，用标准清理操作来准备坯件，以供电镀之用。这可包括下列步骤中任何一种步骤式全部步骤：用特定的碱性洗涤剂洗涤坯件、淋洗、溶剂除油、电解清理，以及在去离子水中漂洗。传统的方法是先用碱性溶液清理，再用酸浸蚀液来清理，此方法被认为可改善对镍或其它镀层的结合力。我们已发现，将这两步颠倒一下是有益的。我们先用酸浸蚀，紧接着迅速用稀氢氧化钠溶液洗涤，以缓冲酸。我们发现，用传统的清理方法，即使在电镀之前只经过一段短时间，也还会发生一点氧化。我们发现，颠倒次序即可使氧化大大减少。浸蚀液可为10%盐酸溶液，用它在55℃下浸渍30秒。该溶液在上面提及的滚桶中使用，该桶在清理、强浸蚀和漂洗时，以每分钟10转的速度旋转。漂洗在弱碱性洗涤液中进行，以便将酸中和。适宜的漂洗液含有足量的氢氧化钠，以使溶液的pH值为9.0。第二步骤是预镀镍，以沉积一层约为硬币最终重量0.8-1.2%的镍层。预镀镍所用的镍应当是低硫镍，也即暗镍，而不是被称为光亮镍的镍。预镀镍的适宜条件在下列实施例Ⅰ中加以说明。实施例1-->将坯件快速镀以预镀镍层。镀液优先选用硫酸镍型瓦特槽液，因为它对钢的腐蚀性要比伍德预镀镍槽液要小。适宜的预镀镍槽液组成和操作参数均列于表1中。表1硫酸镍  300g/l氯化镍  90g/l硼酸  45g/lpH  1-2温度  60℃电流密度  8 ASF所用的润湿剂为市售商品，由M&  T化学品公司生产。其用量0.1%（体积）。此电镀步骤产生非常多孔的沉积层。一般来说，对于5美分规格坯件一桶载量，预镀1%镍所需的时间约为30分钟，暗镍沉积层厚度约为0.005mm（见表5）。然后，将滚桶和镀件在冷水槽（cold  drag-out  water  tank）中漂洗去除带出的镀液进而用热水漂洗，最后用冷的去离水漂洗。第三步骤是要镀一层铜。所镀的铜约构成硬币最终重量的4-7%，最好约为6%。每个表面上镀层的厚度约为20-30μm。我们优先选用酸性镀铜液来镀铜。虽然使用氰化物镀铜液时能量效率要高些，但用酸性镀铜液时可采用较高的电流-->密度，从而可节省时间，弥补能量效率较低之弊还有余。此外，氰化物镀液用起来还有危险，而且倘若处理不当，废液处置可造成环境问题。我们发现，镀铜以约为最大电流1/6至1/4的低电流开始，然后将电流增至最大，这是有益的。这对于将跨镀及随之发生的起泡减至最小程度或避免跨镀及随之而发生的起泡来说，是至关重要的。因此，镀铜应当以1.2-1.8ASF的电流密度开始进行，起始阶段的时间约为15-20分钟。然后，将电流密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
制造硬币坯件或类似制品的方法，其中包括：　　（ａ）清理黑色金属坯体，使其表面上基本不存在氧化物；　　（ｂ）在所述坯体上电镀一层预镀镍层；　　（ｃ）在预镀镍层上先以低电流密度，再以最大电流密度，电镀一层铜，以使黑色金属坯体表面微孔上的跨镀减到最小程度或者避免此种跨镀。

【技术特征摘要】
CA 1990-6-21 2,019,5681、制造硬币坯件或类似制品的方法，其中包括：(a)清理黑色金属坯体，使其表面上基本不存在氧化物；(b)在所述坯体上电镀一层预镀镍层；(c)在预镀镍层上先以低电流密度，再以最大电流密度，电镀一层铜，以使黑色金属坯体表面微孔上的跨镀减到最小程度或者避免此种跨镀。2、制造硬币坯件或类似制品的方法，其中包括：（a）清理黑色金属坯体，使其表面上基本不存在氧化物;（b）在所述坯体上电镀一层预镀镍层;（c）在预镀镍层上先以低电流密度，再以最大电流密度，电镀一层铜，以使黑色金属坯体表面微孔上的跨镀减到最小程度或者避免此种跨镀;（d）在铜层上先以低电流密度，再以最大电流密度，电镀镍表层，以使黑色金属坯体表面微孔上的跨镀减到最小程度，或者避免此种跨镀。3、权利要求2所述的硬币制造方法，其中包括，在精压操作中压制电镀过的坯件而不产生裂纹或微孔致使黑色金属裸露的步骤。4、权利要求1、2或3中所述的方法，其中在清理时使用稀酸液来除去氧化物，紧接着进行缓冲洗涤。5、权利要求1、2或3中所述的方法，其中镍预镀层所用的镍为暗镍。6、权利要求1、2或3中所述的方法，其中铜用酸性镀液来镀覆。7、权利要求1、2或3中所述的方法，其中镀铜用的低电流密度约为1.2-1.5ASF。8、权利要求1、2或3中所述的方法，其中镀铜用的低电流密度约为1.2-1.8ASF，最大电流密度约为6-7ASF。9、权利要求2或3中所述的方法，其中镀表层镍用的低电流密度约为0.5-0.7ASF。10、权利要求1、2或3中所述的方法，其中镀表层镍用的低电流密度约为0.5-0.7ASF，镀表层镍用的最大电流密度约为3-4ASF。11、权利要求1、2或3中所述的方法，其中镍预镀层约为硬币最终重量的0.8-1.2%，铜镀层约为硬币最终重量的4-7%。12、权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑尤C特龙，玛丽亚迪蕾，
申请(专利权)人：加拿大皇家造币厂，
类型：发明
国别省市：CA[加拿大]