КОМПОЗИЦИОННЫЙ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ МОНЕТНЫХ ДВОРОВ
COMPOSITE CARBON CONTAINING MATERIAL FOR ITEMS OF MINT PLACES

Изобретение относится к композиционным углеродсодержащим наноматериалам - материалам для изготовления изделий монетных дворов, таких как монеты, жетоны, медали из металлических порошков.
В настоящее время в качестве исходных материалов для изделий монетных дворов в основном используются сплавы на основе меди с никелем (мельхиоры - сплавы белого цвета), сплавы меди с оловом (бронзы) или с цинком (латуни - сплавы желтого цвета). Заготовки изделий получают традиционным способом: вырубкой из листового проката. При этом образуется значительное количество отходов цветных металлов, имеют место сравнительно высокие энергетические затраты и предъявляются особые требования к стойкости штампов.
Производство спеченных изделий сдерживалось высокой стоимостью исходных порошков и пресс-форм. В последнее время стоимость порошков приблизилась к стоимости проката, а стоимость пресс-форм значительно сократилась благодаря появлению современных методов проектирования и изготовления.
Известно применение материалов, полученных по технологии порошковой металлургии, для изготовления монет (GB 1562712 A, 12.03.1980, JP 3258206 A, 18.11.1991, RU 2354729 C1, 10.05.2009).
Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является спеченный сплав, описанный в документе RU 2354729 C1, 10.05.2009, применяемый для изготовления монет и других декоративных изделий. Известный сплав имеет следующий состав, мас.%: алюминий 24,0-26,0, никель 24,0-26,0, серебро 24,0-26,0, индий 24,0-26,0. В известном сплаве введение индия приводит к повышению коррозионной стойкости изделий.
К недостаткам прототипа можно отнести высокую себестоимость материала за счет использования дорогих компонентов индия и серебра, а также отсутствие защитных признаков, обусловленных специфическими свойствами материала. В качестве защитных признаков для изделий монетных дворов можно рассматривать удельную электропроводность, магнитные свойства (коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, максимальный магнитный момент), удельный вес.
Задача, решаемая изобретением, и технический результат: разработка материала, обладающего оптимальным сочетанием механических свойств, защитными признаками, а также более экономичного.
Для решения поставленной задачи предлагается композиционный углеродсодержащий материал, содержащий медь, никель, олово, железо и углеродные наноструктуры фуллероидного типа при следующем соотношении компонентов, мас.%:
никель
1,0-2,0
олово
9,0-12,0
железо
2,0-4,0
углеродные наноструктуры фуллероидного типа
0,1-0,2
медь
остальное.
Отличительной особенностью предлагаемого материала является оптимальное сочетание механических и физических свойств и экономичность. Введение в состав композиционного материала углеродных наноструктур фуллероидного типа положительно влияет на его электропроводность. Магнитные свойства достигаются благодаря введению в композицию железа и никеля, а также за счет технологии получения материала, в частности спекания композиции при определенной температуре. Уникальным свойством предлагаемого материала являются слабо выраженные магнитные свойства, которыми не обладают близкие по составу бронзы, полученные по традиционной технологии. Магнитные свойства предлагаемого материала в сочетании с электропроводностью и удельным весом позволяют создать машиночитаемые защитные признаки для продукции монетных дворов.
Спеченный композиционный материал получают методом порошковой металлургии, включающим смешивание исходных компонентов в смесителе типа «пьяная бочка» в течение двух часов, холодное прессование в закрытой пресс-форме при давлении 350-400 МПа и спекание в защитной атмосфере диссоциированного аммиака в течение двух часов при температуре 750-850°С. На полученных образцах определяли твердость, пластичность, удельную электропроводимость и магнитные свойства спеченного материала.
Сравнительная характеристика известного (№4) и предлагаемого (№1-3) спеченных материалов приведена в таблице. Как следует из приведенных в таблице данных, введение частиц с углеродной наноструктурой в сочетании с никелем, оловом и железом позволяет получать широкую гамму физико-механических свойств.
Таблица
№п/п
Состав компонентов, мас.%
Свойства
Магнитные свойства
Cu
Ni
Fe
Sn
Углерод-ные нано-структуры
Твердость НВ, МПа
Критерий пластичности, %
Удельная электропроводность, МСм/м
1
81,8
2
4
12
0,20
400-410
10,3-11,4
2,10-2,17
+
2
87,9
1
2
9
0,10
375-395
18,6-19,3
4,90-4,96
+
3
85,9
2
2
10
0,10
370-380
15,8-16,4
3,52-3,60
+
4
ГОСТ 26719-85. Материалы антифрикционные порошковые на основе меди.
200-350
8,5-19,5
3,10-4,50
отсутствуют
Примечание:
1. Свойства материалов №№1-3 приведены при пористости 20%.
2. Свойства известного материала (№4) приведены при пористости 15-25%.