СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ АМОРФНОМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВОЛОКОН
METHOD OF PRODUCING AMORPHOUS METAL FIBERS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к области защиты ценных документов от подделки и описывает способ изготовления аморфнометаллических волокон, предназначенных для приборного определения подлинности защищаемых носителей информации, таких как бланки и документы с защитой копирования, банкноты, ценные бумаги, этикетки, акцизные и почтовые марки, платежные, идентификационные и проездные документы, а также пластиковые карточки и ключи доступа.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Из уровня техники известно об использовании в качестве защитных меток для контроля подлинности документов магнитных элементов на основе волокон из аморфно-металлических сплавов, обладающих свойством скачкообразно перемагничиваться под воздействием приложенного магнитного поля («эффект Баркгаузена»). Скачкообразное перемагничивание аморфнометаллического волокна сопровождается испусканием электромагнитного импульса, что позволяет проводить надежный бесконтактный, дистанционный, контроль подлинности защищенного носителя. Изменяя морфологию (геометрические размеры) магнитных элементов, их количество в метке, а также свойства их материала, можно добиться заданной совокупности соотношения интенсивностей и фаз следования электромагнитных импульсов, излучаемых меткой под воздействием внешнего магнитного поля. В свою очередь, это позволяет осуществлять кодирование и/или идентификацию защищаемых объектов - носителей информации.
Таким образом, варьируя химический состав сплава и размер микропроводов, возможно конструировать защитные метки с заданными свойствами, характеризующиеся соотношением интенсивностей и фазами следования излучаемых электромагнитных импульсов при воздействии на нее внешним переменным магнитным полем. При этом совокупность фаз и соотношений интенсивностей импульсов можно рассматривать как «ключ» или «код», используемый для идентификации носителя, содержащего метку.
Под защитной (идентификационной) меткой понимается устройство, по крайней мере, одним из элементов которого является магнитный элемент из ферромагнитного сплава, имеющий определенную геометрическую форму и заданные магнитные свойства, и служащий в качестве отличительного признака или идентификатора.
Традиционный способ изготовления волокон (проводов) из аморфнометаллических сплавов, описанный в источниках, заключается в сверхбыстром охлаждении (до 1 млн. °С в секунду) провода, при его вытягивании из расплава через фильеру на стадии формирования материала.
Полный технологический процесс изготовления провода, пригодного для использования в качестве метки при определении подлинности носителя информации, заключается в нагреве сплава, расположенного в стеклянной трубке, до температуры плавления, перегрева полученного расплава с последующим его вытягиванием в капиллярную трубку и ее быстрого охлаждения. Далее провод разрезают на отрезки, которые используют в качестве элементов меток, и, при необходимости, склеивают в брикеты водорастворимым клеем - для удобства транспортирования и использования.
Известен ряд технических решений, использующих аморфнометаллические волокна в качестве меток в электронных системах наблюдения за объектами, в ключах систем доступа, а также в качестве элементов для определения подлинности.
Из международной публикации WO 02082475 известны метки, представляющие собой отрезок микропровода, выполненный из аморфнометаллического сплава на основе кобальта; микропровод, содержит жилу из ферромагнитного сплава, состоящего из выбранных в разном процентном соотношении кобальта, железа, марганца, бора и кремния, проявляет при перемагничивании магнитобистабильные свойства и характеризуется практически прямоугольной петлей гистерезиса. Жила микропровода покрыта стеклянной оболочкой, диаметр которой находится в диапазоне от 5 до 35 мкм. Изготовление микропровода осуществляют посредством нагрева сплава, расположенного в стеклянной трубке, до температуры плавления, при которой происходит размягчение материала трубки, перегрева сплава с последующим вытягиванием размягченной трубки в капиллярную трубку и последующего охлаждения капиллярной трубки со сплавом. Далее микропровод разрезают на отрезки, которые используют в качестве магнитных элементов меток. В процессе изготовления в зависимости от применяемых временных и температурных режимов может быть получен сплав, имеющий аморфную, аморфно-кристаллическую, микрокристаллическую или мелкокристаллическую микроструктуру.
Недостаток известных меток состоит в том, что блоки кодирования, изготовленные из этих волокон, не обладают требуемой стабильностью своих электрофизических (магнитных) свойств, и, как следствие, достаточной надежностью регистрации из-за отсутствия какого-либо контроля проводимости в процессе отлива волокна.
Известен способ изготовления проволоки из аморфного магнитного сплава, включающий размещение в стеклянной трубке металлической заготовки, расплавление металлической заготовки совместно с трубкой, вытягивание металлического расплава в виде металлической проволоки, покрытой слоем стекла, охлаждение с получением проволоки из аморфного сплава, покрытой слоем стекла, удаление с поверхности проволоки слоя стекла (патент РФ на изобретение №2430433). Удаление слоя стекла осуществляют протягиванием проволоки по криволинейной поверхности твердого тела поперек образующей криволинейной поверхности с радиусом кривизны, обеспечивающим напряжение растяжения в слое стекла равным или большим предела его прочности при растяжении и напряжения растяжения в проволоке при изгибе во время ее протягивания поперек образующей криволинейной поверхности твердого тела в интервале предела прочности стекла при растяжении и предела упругости аморфного сплава проволоки.
Стабильность электрофизических (магнитных) свойств известных волокон недостаточна для надежной регистрации, ввиду отсутствия какого-либо контроля проводимости при отливе волокна.
По той же причине метки описанные в опубликованной заявке РФ на изобретение №№2003101292 и 2007111536, а также в патенте РФ на изобретение №2219299, не обладают достаточной стабильностью.
Известен способ изготовления проволоки из аморфного сплава, включающий размещение в стеклянной трубке металлической заготовки, расплавление металлической заготовки, вытягивание металлического расплава в виде металлической проволоки покрытой слоем стекла, охлаждение сплава проволоки с сохранением аморфного состояния сплава проволоки, покрытой слоем стекла, удаление слоя стекла с поверхности проволоки из аморфного сплава. Удаление слоя стекла с поверхности проволоки из аморфного сплава выполняют протягиванием проволоки из аморфного сплава, покрытой слоем стекла, по криволинейной поверхности твердого тела поперек образующей криволинейной поверхности (опубликованная заявка РФ на изобретение №2009138455).
Помимо уже отмеченного выше недостатка, связанного с отсутствием контроля проводимости, данное решение не описывает процесс и способ образования защитной метки, включающей более одного элемента кодирования на основе микропроводов с различными магнитными свойствами.
Наиболее близкими аналогом является магнитный элемент идентификационной метки выполненный в виде, по крайней мере, одного отрезка микропровода с практически нулевой магнитострикцией, имеющего жилу из ферромагнитного сплава, покрытую стеклянной оболочкой (патент США №6441737). Данный микропровод выполнен из сплава на основе кобальта с разным процентным содержанием Со, Fe, Mn, В, и Si, что обуславливает его различную микроструктуру. Магнитный элемент изготавливают путем отливки микропровода из расплава, имеющего жилу из ферромагнитного сплава, покрытую стеклянной оболочкой, и разрезания микропровода на отрезки. Метки формируют из полученных отрезков микропровода, используя один отрезок или несколько отрезков, соединенных различным образом.
Недостаток упомянутого аналога, равно как и общий недостаток всех вышеупомянутых меток, состоит в том, что блоки кодирования, изготовленные из аморфнометаллических волокон, не обладают требуемой стабильностью своих электрофизических (магнитных) свойств ввиду отсутствия в предлагаемых способах изготовления волокон контроля проводимости, что на практике выражается в недостаточно высоких уровнях сигнала и разном времени отклика магнитного элемента на воздействие внешнего магнитного поля, что ограничивает зону обнаружения метки, затрудняет ее регистрацию и увеличивает вероятность ошибки.
Как следствие, предложенные в известных решениях способы получения аморфнометаллических волокон не позволяют обеспечить создание стабильно работающей защитной метки с кодом, образованным элементами на основе данных с заданными амплитудами и фазами следования сигнала при воздействии на них переменным магнитным полем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Особенностью предлагаемого технического решения, позволяющей расширить число разновидностей уникальных защитных меток для различных групп документов и товаров, является использование в составе единой защитной метки совокупности элементов с различными, но строго заданными магнитными свойствами, образующими заданный, присущий только одной группе изделий, идентификационный код. При этом защитная метка, по сути, образует блок кодирования, причем состав и содержание кода устанавливается при изготовлении защитной метки и не может быть изменен или уничтожен.
Целью и задачей представленного изобретения является разработка улучшенного способа получения волокон, обеспечивающего получение материала с повышенной стабильностью заданных электрофизических свойств, которая позволяет обеспечить заданные последовательности импульсов при формировании из волокон элементов кодирования, позволяет создавать идентификационные метки с повышенной надежностью регистрации.
Поставленная задача решена благодаря тому, что предлагаемый способ получения аморфнометаллических волокон, в котором используют установку Улитовского-Тейлора, включающий в себя следующие этапы:
1) формирование аморфнометаллических волокон методом индукционного литья на упомянутой установке,
2) склеивание полученного волокна в жгуты посредством водорастворимого клея, и
3) разрезание жгутов на отрезки заданной длины, характеризующийся тем, что в нем
упомянутая установка дополнительно снабжена емкостным датчиком, включенным в систему отрицательной обратной связи, и выполнена таким образом, чтобы изменять скорость наматывания отлитого волокна в зависимости от измеренной удельной проводимости отливаемого волокна, тем самым обеспечивая стабильность электротехнических свойств последнего.
Как будет понятно из сказанного выше, поставленная задача решена главным образом за счет введения в состав известной установки индукционного литья элемента глубокой отрицательной обратной связи, регулирующий скорость наматывания отлитого волокна в зависимости от величины сигнала емкостного датчика проводимости.
Что касается склеивания водорастворимым клеем - данная стадия предназначена для упрощения нарезки волокон (или пучков/плоских структур, изготовленных посредством склеивания волокон нерастворимым в воде клеем) на отрезки заданной длины, после чего водорастворимый клей может быть удален.
В одном из вариантов осуществления вышеописанного способа перед вышеупомянутым этапом 2 заданное количество вышеупомянутых волокон с заданными электротехническими свойствами склеивают продольно в пучки или плоские структуры нерастворимым в воде клеевым составом, тем самым формируя элементы кодирования.
Вышеупомянутые волокна, - в одном из вариантов осуществления вышеописанного способа, - могут быть выполнены на основе железокобальтового сплава, содержащего хром, бор и кремний, или на основе железоникелевого сплава, содержащего фосфор, бор и серу.
Еще одним объектом настоящего изобретения, решающим поставленную задачу, является идентификационная метка, содержащая в себе отрезки аморфнометаллических волокон, изготовленных, как описано выше.
Вышеописанная метка, - в одном из частных вариантов воплощения, - может быть выполнена в виде блоков кодирования, образованных заданным количеством аморфнометаллических волокон с заданными свойствами, которые соединены в виде пучка, или плоской структуры продольной склейкой нерастворимым в воде клеевым составом.
Вышеупомянутая идентификационная метка, - в одном из частных вариантов воплощения, - выполнена визуально неразличимой при наблюдении на отражение при нормальном освещении.
Еще одним объектом настоящего изобретения, решающим поставленную задачу, является носитель информации, характеризующийся тем, что он содержит в себе, по меньшей мере, одну идентификационную метку по любому из п.п. 4-5.
Вышеупомянутые идентификационные метки, - в одном из частных вариантов воплощения, - расположены равномерно хаотически во всем объеме носителя, либо равномерно в виде полосы шириной от 1 до 100 мм без включения в объем носителя на остальных его участках.
Вышеупомянутый носитель, - в одном из частных вариантов воплощения, - представляет собой документ, защищенный от копирования, выбранный из группы, включающей банкноту, акцизную марку, почтовую марку, паспорт, проездной документ, водительские права, удостоверение личности, ценную бумагу, пластиковую карту, этикетку и платежный документ.
Предложенное изобретение поясняется примерами.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Пример 1
Способ получения многожильного пучка для использования в идентификационной метке
Волокна формировали методом индукционного литья на установке Улитовского-Тейлора.
Для обеспечения стабильности электротехнических свойств волокна, установка имеет систему встроенной отрицательной обратной связи, включающую микропроцессорный контроллер, емкостной датчик и широтно-импульсный (ШИМ) преобразователь, обеспечивающей регулировку скорости наматывания отлитого волокна на приемную бобину в зависимости от измеренной удельной проводимости отливаемого волокна.
Одно из волокон имеет диаметр жилы 10 мкм, а второе - 20 мкм, обе жилы выполнены на основе железокобальтового сплава с содержанием компонентов, мас. %:
Со
49,5;
Fe
50,0;
Cг
0,2;
В
0,1;
Si
0,2.
В обоих волокнах металлическая жила имеет оболочку из легкоплавкого стекла со следующим содержанием компонентов, мас. %:
Bi<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
42,0;
PbO
38,0;
ZnO
12,0;
SiO<sub>2</sub>
2,0;
B<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
6,0.
Для использования в дальнейшем технологическом процессе, указанные многожильные пучки из двух волокон склеивают в жгуты длиной 5 мм водорастворимым клеем БФ-2 на основе поливинилстирола.
На основе многожильных пучков выполнены идентификационные метки, которые равномерно и хаотически размещены по всей поверхности бумажного носителя, и не видны невооруженным глазом при наблюдении на отражение при диффузном освещении.
На указанном носителе выполнен ценный документ в виде банкноты.
Введение обратной связи позволяет получать волокна со стабильно воспроизводимыми свойствами, снижает процент брака.