Заготовка 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.
Из уровня техники известна заготовка монеты (RU 133697 U1, опубл. 27.10.2013), содержащая сердцевинную часть заготовки из низкоуглеродистой качественной стали, на противоположные стороны которой нанесено электроосажденное покрытие, включающее подслой гальванической меди с массовой долей 99,99% при массовой доле примесей не более 0,01% и слой латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2%, а цинк – остальное. Описанное покрытие может наноситься также на периферийную боковую кромку заготовки – торец, образующий гурт. Однако между сердцевиной заготовки и покрытием образуется недостаточная адгезия, что может приводить к разрушению гальванического покрытия, его растрескиванию или отслаиванию, а также к коррозии. Известная заготовка выбрана в качестве прототипа.
Задачей полезной модели является создание заготовки монеты с сердцевиной из низкоуглеродистой качественной стали и с медьсодержащем электроосажденном покрытием, у которой повышена стойкость к коррозии, улучшена адгезия слоев и минимизирована возможность возникновения растрескиваний, отслаиваний, пористости, следов проката, пузырей, изменений цвета и окислений.
Технический результат заключается в минимизации возможности возникновения растрескиваний и отслаиваний медьсодержащего электроосажденного покрытия от стальной сердцевины заготовки.
Данный результат достигается за счет того, что заготовка монеты содержит сердцевинную часть из низкоуглеродистой качественной стали с шероховатостью Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм, на противоположные стороны которой нанесено электроосажденное покрытие, включающее подслой гальванической меди при содержании примесей не более 0,01% и слой латуни с массовой долей меди 73,0±10,0% при содержании примесей не более 0,2%, при этом заготовка выполнена отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600-800°С.
Более конкретно, заготовка монеты выполнена отжигом в атмосфере азота при температуре 600°С.
Сердцевинная часть заготовки, как правило, выполнена из низкоуглеродистой качественной стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод
0,02-0,04
марганец
0,25-0,45
сера
≤0,025
фтор
≤ 0,02
кремний
≤ 0,03
алюминий
0,02-0,07
железо
остальное
4
3
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 поверхность сердцевины с вытеснением атомов меди покрытия, в результате чего образуется диффузионный промежуточный слой в виде соединения FeCu, 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 заготовка монеты в разрезе.
На фиг.2 показан участок А фиг.1.
В данной полезной модели рассматривается конструкция заготовки монеты, которая включает в себя сердцевинную часть 1, имеющую заданную форму в плане круга, квадрата или иной формы. Сердцевинная часть 1 (или сердцевина 1) имеет противоположные стороны 2 и периферийную боковую кромку 3 – торец, образующий гурт. Часть 1 выполняется из низкоуглеродистой качественной стали, например, по ГОСТ 9045-93 с ограниченным содержанием углерода – 0,02-0,04 массовых долей процента, марганца –0,25-0,45 массовых долей процента, серы – не более 0,025 массовых долей процента, фтора – не более 0,02 массовых долей процента, кремния – не более 0,03 массовых долей процента, алюминия – 0,02-0,07 массовых долей процента, а железо – остальное.
На стороны 2 электроосаждено многослойное покрытие гальваническим методом. В общем случае, покрытие наносится на все стороны заготовки монеты, в том числе и на торец 3. Покрытие состоит из подслоя гальванической меди 4 и слоя латуни 5. При этом подслой гальванической меди 4 содержит массовую долю меди 99,99% при содержании примесей не более 0,01%, а слой латуни 5 содержит массовую долю меди 73,0±10,0%, не более 0,2% примесей и цинк – остальное. Толщина латунного слоя 5 и общая толщина покрытия будут понятны для специалиста в данной области техники.
Поверхность сердцевинной части 1 заготовки имеет шероховатость Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм. Такая шероховатость позволяет обеспечить качественное сцепление сердцевины 1 и слоев 4-5 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 покрытие 4-5 не будет равномерным, что может привести к появлению сквозных пор до сердцевины 1 и, как следствие, появлению растрескиваний, пузырей, отслаиваний.
4
3
Вместе с покрытием 4-5 заготовка 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 многослойного покрытия 4-5, так как происходит диффузии атомов железа на поверхность сердцевины 1 с вытеснением атомов меди, т.е. образуется диффузионный промежуточный слой в виде соединения FeCu, обеспечивающего качественное сцепление без растрескиваний и отслаиваний.
Таким образом, наличие указанной шероховатости поверхности сердцевины 1 и выполнение упомянутого отжига минимизирует возможность растрескиваний и отслаиваний медьсодержащего электроосажденного покрытия 4-5 от стальной сердцевины 1 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.
Сердцевинную часть 1 заготовки монеты производят из низкоуглеродистой качественной стали со следующим соотношении компонентов, мас.%:
углерод
0,02-0,04
марганец
0,25-0,45
сера
≤0,025
фтор
≤0,02
кремний
≤0,03
алюминий
0,02-0,07
железо
остальное
Далее противоположные стороны 2 сердцевинной части 1 обрабатывают, например, путем полировки до шероховатости Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм для улучшения сцепления с покрытием 4-5 в процессе отжига, в некоторых случаях обрабатывают и гурт 3.
Затем на стороны 2 и, например, 3 в гальванической линии наносят электроосажденное покрытие 4-5. Сначала наносят подслой гальванической меди 4 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.
После чего заготовку монеты вместе с покрытием 4-5 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 происходит качественное сцепление поверхности сердцевины 1 и покрытия 4-5 без образования окислов с минимизацией дальнейших растрескиваний и отслаиваний.
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. Для устранения этого явления после деформации осуществляется отжиг при 600-800°С.
Ниже приведены примеры реализации полезной модели.
Пример 1. Заготовка монеты содержит сердцевинную часть из низкоуглеродистой качественной стали со следующим соотношении компонентов, мас.%:
углерод
0,04
марганец
0,45
сера
0,025
фтор
0,02
кремний
0,03
алюминий
0,07
железо
остальное
На противоположные стороны сердцевинной части с шероховатостью Ra 0,8 мкм нанесено электроосажденное покрытие, включающее первый слой гальванической меди с массовой долей 99,99% при массовой доле примесей не более 0,01% и второй слой латуни с массовой долей меди 83,0% при содержании примесей не более 0,2%, а цинка – 16,8% соответственно. Толщина покрытия составляет 32,5 мкм, а толщина латунного слоя – 8,0 мкм. Заготовка выполнена отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 800°С.
Пример 2. Заготовка монеты содержит сердцевинную часть из низкоуглеродистой качественной стали со следующем соотношении компонентов, мас.%:
углерод
0,02
марганец
0,25
сера
0,022
фтор
0,01
кремний
0,02
алюминий
0,02
железо
остальное
На противоположные стороны сердцевинной части с шероховатостью Ra 0,4 мкм нанесено электроосажденное покрытие, включающее первый слой гальванической меди с массовой долей 99,99% при массовой доле примесей не более 0,01% и второй слой латуни с массовой долей меди 63,0% при содержании примесей не более 0,2%, а доля цинк – 36,8% соответственно. Толщина покрытия составляет 17,5 мкм, а толщина латунного слоя – 7,5 мкм. Заготовка выполнена отжигом в атмосфере азота при температуре 600°С.
В обоих примерах обеспечивается повышенная адгезия стальной сердцевинной части заготовки и медьсодержащего электроосажденного покрытия, в результате чего минимизирована возможность появлений растрескиваний и отслаиваний, соответственно улучшена коррозионная стойкость и повышен срок службы монет за счет затруднения процесса их износа.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть реализована с использованием известных средств и методов.