[发明专利]增加硬币坯表面硬度的电镀方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及电镀硬币坯的方法。

背景技术

二十世纪早期，流通硬币由银合金制成。为降低成本，在1950年代，流通硬币由非铁基合金制成；在1970年代，使用电镀了的钢材料。为了制造电镀了的钢流通硬币，直接在钢上电镀一层或多层金属。

一种单层（mono-ply）电镀法被用来在钢上电镀一个单层，例如铜（使用氰化物法电镀）或镍（利用酸性法使用硫酸镍或氨基磺酸镍电镀）。在单层电镀法中，在约850℃电镀后，将硬币坯退火，从而使钢坯足够软而用于铸币。

多层（multi-ply）电镀法被用来在钢上电镀超过两层，并在美国专利5,319,886和5,151,167中描述过。在多层电镀法中，钢被电镀有例如镍、铜，随后被电镀多一层镍。在多层电镀法中，在约800℃电镀之后，硬币坯被退火，从而使钢坯足够软而用于铸币。该多层电镀法克服了单层电镀法的多种缺陷，例如有毒的氰化铜的使用以及电镀了的镍的柱状微结构的磨损性质（对压印模寿命过度有害）。

双层电镀法被用来在钢上电镀两个层。例如，钢首先被镀铜（利用氰化物法），随后在铜上镀镍（利用酸性法，使用硫酸镍或氨基磺酸镍电镀）从而使硬币坯呈现银白色。在双层电镀法中，在约800℃电镀后，硬币坯被退火，从而使钢坯足够软而用于铸币。双层电镀是多层电镀为节省成本的一种折中方案，因为第一层镍可被较厚的铜层替代。双层电镀更不环保，并且比多层电镀更加危险，因为氰化物和酸彼此非常靠近地使用，可能偶然反应而释放致命气体。

在所有三种电镀方法中，平均的总电镀沉积厚度通常限定为25微米。选择这种规定厚度是为了保护钢不受腐蚀并且该厚度与金属表面硬度以及对硬币在期望的20年的流通寿命中的期望耐磨性有关。

为软化钢以用于铸币，需要在800℃或更高的温度下对单层、双层或多层电镀法中生产的电镀了的硬币坯进行退火，退火也软化了镍和/或铜镀层，并降低了镍和/铜镀层的耐磨性。退火的硬币坯的表面显微硬度为约159（维氏硬度，力为10g，驻留时间为15秒），体积硬度（bulk hardness）为约33至53（R30T硬度）。

人们期望一种电镀方法，其导致电镀硬币具有增加的耐磨性，同时维持适合于铸币的软化的钢芯。期望的是，具有增加的耐磨性的电镀硬币具有降低的总电镀沉积厚度从而降低材料成本。

此外，钢通常具有有机化合物表面层，例如有机轧制油或防锈化合物，从而减少摩擦并在轧制期间冷却钢。该有机化合物也被用来在存储和运输期间降低生锈。为确保电镀金属对钢坯的良好粘合性，要利用溶剂除去该有机化合物，例如碱性洗涤化合物和酸性清洗材料，其随后需要以适当的环保方式处理。

人们期望提供一种电镀方法，其不使用溶剂及将有机物质从钢上去除。

发明内容

本发明的一个目的在于避免或减轻前述用于电镀硬币坯的方法的至少一种缺陷。

在一个方面，本发明提供一种电镀金属坯或合金坯的方法，其包括在足以使金属或合金经历重结晶的重结晶温度加热金属坯或合金坯从而软化金属或合金以用于铸币；为软化的金属坯或合金坯电镀一层或多层金属或合金；以及在足以降低镀层应力（plating stress）的温度但在最外侧电镀层的重结晶温度之下加热被电镀的坯。

金属坯或合金坯可为钢坯、铜坯、黄铜坯、铝/青铜坯、60Cu/40Zn合金坯、70Cu/30Zn合金坯、80Cu/20Zn合金坯、Cu/Zn/Sn合金坯、白青铜坯或铜镍合金坯。钢坯可在约725℃至约950℃的重结晶温度或约800℃至约850℃的重结晶温度加热。铜坯可在约625℃至约675℃的重结晶温度加热。黄铜坯可在约650℃至约700℃的重结晶温度加热。铝/青铜坯可在约700℃至约750℃的重结晶温度加热。

坯可被加热约2小时。坯可从室温加热并且可被冷却至室温。

电镀后，电镀坯随后可在用于除去镀层应力但低于最外侧电镀层的重结晶温度的温度下被加热，例如对于镍镀层为约425℃至550℃，或者对于铜镀层为约225℃至275℃。该温度会根据要被退火的镀层而改变。电镀坯可在用于除去镀层应力的温度加热约20分钟至30分钟。加热电镀坯至用于除去镀层应力的温度以及冷却至室温所需的时间取决于炉的设计，并且可能需要例如一共1.5至3小时。

金属坯或合金坯可在重结晶温度在还原性气氛中加热。电镀坯可在中性气氛或还原性气氛中被加热至用于除去镀层应力的温度。还原性气氛可包括裂解氨，或氮气和氢气的混合物（氢气为大于0%至100%）