НАБОР ЗАГОТОВОК ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МОНЕТЫ

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, одновременно сохраняя медный блеск и внешний вид.
В настоящее время с развитием новейших областей техники, высоких технологий и возросших требований к свойствам защитно-декоративных покрытий все больше внимания уделяется гальваническому производству, обеспечивающему получение уникальных покрытий с заданными физико-химическими свойствами. Применение новых составов электролитов на основе специальных химических добавок, позволяет кардинально улучшить декоративные и защитные свойства покрытий деталей используемых в различных отраслях промышленности.
Поэтому, учитывая возросшие требования монетных дворов к покрытию циркуляционных разменных монет, производители заготовок монет переходят на изготовление монетных заготовок методом гальванического нанесения покрытий. Данный переход выгоден и с точки зрения снижения себестоимости выпуска монетной заготовки, поскольку в отходах вырубки (высечки) металлической ленты отсутствует наличие цветных металлов.
Достоинство монет часто оценивается публикой по их внешнему виду, который считается представляющим блеск золота, серебра или меди в зависимости от их номинальной величины. Необходимо, чтобы монеты не изменяли цвета со временем или вообще не подвергались коррозии. Дополнительно к устранению этих нежелательных факторов любая новая монета должно быть также приемлемого веса и иметь электрические и магнитные свойства, которые дают возможность их использования в кассовых аппаратах и торговых автоматах.
Другие требования к монетным материалам состоят в том, что они не должны легко подделываться, должны обладать специфическими свойствами, удовлетворяющими требования устройств сортировки монет, быть способны хорошо воспринимать чеканку при штамповании, одновременно сохраняя достаточную поверхностную твердость после чеканки, чтобы не допускать чрезмерного истирания, и не должны быть дорогими для изготовления.
Так, например, в СА 1219700, опубл. 31.03.1987, и US 4579761, опубл. 01.04.1986, описывается способ изготовления позолоченной монеты и монетной заготовки, имеющих электроосажденное покрытие, содержащее примерно от 8 до 16 маc. и предпочтительно примерно от 11 до 14 маc. олова и баланс меди. Толщина покрытия на сторонах сердцевины составляет около 10-150 мкм, предпочтительно от 30 до 50 мкм. Монеты и заготовки имеют внешний вид золотистого цвета и соответствуют для замены золотых монет.
По причине высокой стоимости рафинированной меди монетная бронза, определяемая как группа сплавов, содержащих 95% меди, с 1-4% цинка и 0-1% олова и имеющая характерный цвет красной меди, или монеты из других медных сплавов, которые в настоящее время используются, являются дорогими. Пошлина за право чеканки монет, которая составляет разность между номинальной стоимостью монеты и ее производственными затратами, соответственно становится незначительной или отрицательной величиной. Попытки наносить покрытие из чистой меди на стальные или цинкованные сердцевины привели к изготовлению монет, подвергающихся коррозии и износу. Считалось, что это связано с размером грубого (крупного) зерна, пористостью покрытия и слабой стойкостью к истиранию такой меди.
Так, бронзовый сплав с низким содержанием олова, связанный с сердцевинной заготовкой, имеет более мелкозернистое и более плотное покрытие, чем медные покрытия, и тем самым обеспечивает лучшую стойкость к коррозии. Предусматриваемый сплав олова меди считается образующим лучшую защиту, чем чистая медь, в отношении сердцевины такой, как стальная подложка, по причине более слабой гальванической коррозионной связи между металлами и более плотного электроосаждения. А добавление олова в диапазоне от 0,5 до 4% значительно повышает стойкость к истиранию при электролитическом покрытии сплавом.
Известны биметаллические монеты из JP 8205912, состоящие из наружного кольца и внутреннего диска. Внутренняя стенка кольца выполнена плоской и вертикальной. Диск имеет канавки на цилиндрической поверхности, выполненные через равные интервалы, с целью улучшить связь между ним и кольцом.
Известны из RU 2125824 биметаллические монеты, включающие выполненные из разных металлов диск и кольцо, при этом диск укреплен внутри кольца, на цилиндрической поверхности диска выполнены пазы, все пазы выполнены под углом к плоскости диска.
Например, ООО «Гурт», RU, - крупнейшее Российское предприятие в области разработки и изготовления заготовок для циркуляционных монет, учитывая требования ФГУП «Гознак» по выпуску отечественной разменной монеты с гальваническим покрытием, построило гальваническое производство по нанесению никелевого, медного и латунного покрытий на стальные заготовки монет. Основу гальванического производства составляют высокопроизводительные автоматизированные гальванические линии барабанного типа, позволяющие получить как однослойные так и многослойные покрытия различных вариантов (Статья «Заготовки циркуляционных монет», выложенная на официальном сайте компании ООО «Гурт» в сети Интернет в режиме он-лайн доступа по адресу: http://www.gurt.su/ru/18/52.html, статья выявлена 19.12.2012 г.).
Известен набор заготовок для изготовления монеты, содержащий первую заготовку, представляющую собой периферийную часть монеты, выполненную в виде кольца, вторую заготовку, представляющую собой сердцевинную часть монеты, выполненную в виде размещаемого внутри кольца диска, имеющего противоположно расположенные поверхности и периферийную боковую кромку (RU 53855, А44С 21/00, опубл. 10.06.2006).
Данное решение принято в качестве прототипа.
На цилиндрической поверхности диска через равные интервалы выполнены дугообразные углубления. Затем диск размещают внутри кольца. Обе детали подвергают давлению, при этом за счет текучести материала кольца он проникает в углубления. Данная монета выполнена из разных металлов или сплавов.
Актуальным сегодня является разработка такого гальванически осаждаемого покрытия, которое имело бы низкую себестоимость и обеспечивало бы удовлетворительную стойкостью к коррозии и истиранию. Кроме того, для такой монеты необходимо соблюсти соответствующие характеристики для использования в действующих монетных торговых и кассовых автоматах.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении стойкости к коррозии за счет формирования покрытия с мелким зерном и сохранении в первоначальном виде оттиска чеканной матрицы.
Указанный технический результат достигается тем, что в наборе заготовок для изготовления монеты, содержащем первую заготовку, представляющую собой периферийную часть монеты, выполненную в виде кольца, вторую заготовку, представляющую собой сердцевинную часть монеты, выполненную в виде размещаемого внутри кольца диска, имеющего противоположно расположенные поверхности и периферийную боковую кромку, кольцо и диск выполнены из низкоуглеродистой качественной стали, периферийная боковая кромка диска выполнена утолщенной по отношению к уровню противоположно расположенных поверхностей диска и с дугообразным пазом, выполненным по окружности и симметрично по толщине диска, при этом на всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля, а на всю поверхность кольца нанесено двухслойное электрохимическое покрытие, наружный слой которого из латуни нанесен на подслой гальванической меди, массовая доля которой 99,99% при массовой доли 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, при этом толщина никелевого слоя равна 17,5±7,5 мкм, а толщина двухслойного покрытия 25±7,5 мкм, в котором толщина латунного слоя равна 7,5 мкм.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 представлена заготовка монеты в виде кольца;
фиг.2 - представлена заготовка монеты в виде диска;
фиг.3 - вид А на фиг.2;
фиг.4 - узел А по фиг.3.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция набора заготовок для изготовления монеты, которая включает в себя первую заготовку, представляющую собой периферийную часть монеты, выполненную в виде кольца 1 в плане (эта часть выполнена из низкоуглеродйстой качественной стали по ГОСТ 9045). На всю поверхность кольца нанесено двухслойное электрохимическое покрытие, наружный слой которого из латуни нанесен на подслой гальванической меди, массовая доля которой 99,99% при массовой доли 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 25±7,5 мкм, в котором толщина латунного слоя равна 7,5 мкм.
Применение двухслойного покрытия для кольца позволяет нанести риски на гурте и дает повышенную корозионностойкость монете в целом. Износостойкость определена тем, что слой латуни расположен с наружной стороны монеты и закрывает слой меди, наложенный на стальную сердцевинную часть заготовки.
Применение чистой меди в монетах известно давно. Еще старые мастера-денежники для изготовления монет предпочитали использовать чистую медь без искусственно введенных легирующих компонентов. Это и понятно, поскольку чистая медь обладает хорошей ковкостью и твердостью. Цинк более дешевый материал по сравнению с медью, поэтому его введение в сплав одновременно с повышением механических, технологических и антифрикационных свойств, приводит к снижению стоимости - латунь дешевле меди. Латунь - двойной медный сплав, с основным легирующим элементом - цинком. По сравнению с медью обладают более высокой прочностью и коррозионной стойкостью. Латуни, за исключением свинцовосодержащих, легко поддаются обработке давлением в холодном и горячем состоянии. Все латуни хорошо паяются твердыми и мягкими припоями. Коррозионная стойкость латуней в атмосферных условиях оказывается средней между стойкостью элементов, образующих сплав, т.е. цинка и меди. Латунь, содержащая более 20% цинка, склонна к растрескиванию при вылеживании во влажной атмосфере (особенно, если присутствуют следы аммиака). Этот эффект часто называют «сезонное растрескивание». Наиболее заметен он в деформированных изделиях, поскольку коррозия распространяется по границам зерен. Для устранения этого явления после деформации латунь подвергают отжигу при 240-260°С. Латуни обладают высокими технологическими свойствами и применяются в производстве различных мелких деталей, особенно там, где требуются хорошая обрабатываемость и формуемость. Из них получают хорошие отливки, так как латунь обладают хорошей текучестью и малой склонностью к ликвации. Латуни легко поддаются пластической деформации - основное их количество идет на изготовление катанных полуфабрикатов - листов, полос, лент, проволоки и разных профилей.
Для двухкомпонентной латуни особое значение имеет фазовый состав сплава. Предел растворимости цинка в меди при комнатной температуре равен 39%. При повышении температуры он снижается и при 905°С становится равным 32%. По этой причине латуни, содержащие цинка менее 39%, имеют однофазную структуру (а-фаза) твердого раствора цинка в меди. Их называют а-латунями. Если в расплав ввести больше цинка, то он не сможет полностью раствориться в меди, и после затвердевания возникнет вторая фаза - (b-фаза). b-фаза очень хрупка и тверда, поэтому двухфазные латуни имеют более высокую прочность и меньшую пластичность, чем однофазные. При увеличении концентрации цинка до 30% возрастают одновременно и прочность, и пластичность. Затем пластичность уменьшается, вначале за счет усложнения твердого раствора, затем происходит резкое ее понижение, так как в структуре сплава появляется хрупкая b-фаза. Прочность увеличивается до концентрации цинка около 45%, а затем уменьшается так же резко, как и пластичность. Особенно пластичны однофазные латуни. Они деформируются при низких и при высоких температурах. Особенностью обработки латуней давлением является то, что для обработки в холодном состоянии (тонкие листы, проволока, калиброванные профили) используют а-латунь с содержанием цинка до 32%, так как она при комнатной температуре имеет высокую пластичность и малую прочность. При повышении температуры до 300-700°С ее пластичность уменьшается, поэтому в горячем состоянии ее не обрабатывают.
Набор заготовок для изготовления монеты так же включает в себя вторую заготовку, представляющую собой сердцевинную часть монеты, выполненную в виде размещаемого внутри кольца диска 2, имеющего противоположно расположенные поверхности 3 и 4 и периферийную боковую кромку 5. Диск так же выполнен из низкоуглеродистой качественной стали по ГОСТ 9045. Периферийная боковая кромка 5 диска выполнена утолщенной 6 по отношению к уровню противоположно расположенных поверхностей диска и с дугообразным пазом 7, выполненным по окружности и симметрично по толщине диска. На всю поверхность диска нанесено электрохимическое покрытие из никеля с толщиной никелевого 17,5±7,5 мкм. Никелевое покрытие наносится на заготовку диска (кружка) 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. Толщина получаемого одного никелевого слоя составляет 12-36 мкм. В данном случае путем проведения экспериментов показана целесообразность образования никелевого покрытия толщиной 17 мкм. Качественное никелевое покрытие способно повысить устойчивость основного металла к внешней среде, высоким температурам и агрессивным средам. Никелирование используется не только для защиты диска из медных, цинковых, алюминиевых сплавов и стальных изделий от коррозии, а также в качестве художественно-декоративного покрытия, позволяющего долговременно сохранять неизменным чеканный профиль.
Применение никелирования в производстве монет объясняется ценными физико-химическими, свойствами электролитически осажденного никеля. Хотя в ряде напряжений никель стоит выше водорода, вследствие сильно выраженной склонности к пассивированию, однако он оказывается достаточно стойким против атмосферного воздуха, щелочей и некоторых кислот. По отношению к железу никель имеет менее электроотрицательный потенциал, следовательно, основной металл - железо - защищается никелем от коррозии лишь при отсутствии пор в покрытии. Микротвердость электролитических осажденных и химических никелевых покрытий зависит от состава электролита и может колебаться за счет введения добавки фосфора в состав покрытия. После термообработки никелевых покрытий, содержащих фосфор, микротвердость их возрастает еще более, что позволяет решить проблемму снижения пор даже при однослойном нанесении никеля.
Монету изготавливают следующим образом. Диск размещают внутри кольца. 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.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть реализована с применением известных технологий по нанесению гальваническим способом металлических покрытий. При этом подбор материалов покрытия и их толщин обеспечивает неразрушение покрытия при чеканке рельефа и повышает срок службы монет за счет затруднения процесса износа.