RU216408U1

RU216408U1 - Coin preparation

Info

Publication number: RU216408U1
Application number: RU2022131994U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Руденко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ГУРТ"
Filing date: 2022-12-07
Publication date: 2023-02-01

Abstract

Полезная модель касается монет и заготовок для их изготовления, имеющих повышенную износостойкость по сравнению с монетами из медного сплава, покрытых медью или плакированных. 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. Использование полезной модели позволяет минимизировать возможность появлений растрескиваний и отслаиваний медьсодержащего электроосажденного покрытия от стальной сердцевины заготовки, соответственно улучшена коррозионная стойкость и повышен срок службы монет за счет затруднения процесса их износа. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

The utility model relates to coins and blanks for their manufacture, which have increased wear resistance compared to coins made of copper alloy, copper-plated or plated. The blank of the coin contains a core part made of low-carbon quality steel with a roughness Ra in the range of 0.4-0.8 μm, on the opposite sides of which an electrodeposited coating is applied, including a sublayer of galvanic copper with an impurity content of not more than 0.01% and a brass layer with a mass fraction copper 73.0 ± 10.0% with an impurity content of not more than 0.2%, while the workpiece is made by annealing in an atmosphere of high purity nitrogen at a temperature of 600-800°C. The use of the utility model makes it possible to minimize the possibility of cracking and peeling of the copper-containing electrodeposited coating from the steel core of the workpiece, respectively, the corrosion resistance is improved and the service life of the coins is increased due to the difficulty of their wear process. 2 w.p. f-ly, 2 ill.

Description

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.The utility model concerns metal alloy products such as coins, as well as blanks used to make coins. More specifically, it relates to coins and blanks for their manufacture, having increased wear resistance compared to copper alloy coins, copper plated or plated.

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.From the prior art, a coin blank is known (RU 133697 U1, publ. 27.10.2013), containing a core part of a blank made of low-carbon quality steel, on opposite sides of which an electrodeposited coating is applied, including a sublayer of galvanic copper with a mass fraction of 99.99% with a mass fraction of impurities not more than 0.01% and a layer of brass with a mass fraction of copper 73.0 ± 10.0% with an impurity content of not more than 0.2%, and zinc - the rest. The described coating can also be applied to the peripheral side edge of the workpiece - the end face forming the edge. However, insufficient adhesion is formed between the core of the workpiece and the coating, which can lead to the destruction of the electroplated coating, its cracking or peeling, as well as corrosion. Known workpiece selected as a prototype.

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.The objective of the utility model is to create a coin blank with a core of low-carbon quality steel and with a copper-containing electrodeposited coating, which has increased resistance to corrosion, improved adhesion of the layers and minimized the possibility of cracking, peeling, porosity, traces of rolling, bubbles, color changes and oxidation.

Технический результат заключается в минимизации возможности возникновения растрескиваний и отслаиваний медьсодержащего электроосажденного покрытия от стальной сердцевины заготовки.The technical result consists in minimizing the possibility of cracking and peeling of the copper-containing electrodeposited coating from the steel core of the workpiece.

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.This result is achieved due to the fact that the coin blank contains a core part made of low-carbon quality steel with a roughness Ra in the range of 0.4-0.8 μm, on the opposite sides of which an electrodeposited coating is applied, including a sublayer of galvanic copper with an impurity content of not more than 0, 01% and a layer of brass with a mass fraction of copper 73.0±10.0% with an impurity content of not more than 0.2%, while the workpiece is made by annealing in a high purity nitrogen atmosphere at a temperature of 600-800°C.

Более конкретно, заготовка монеты выполнена отжигом в атмосфере азота при температуре 600°С.More specifically, the coin blank is made by annealing in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600°C.

Сердцевинная часть заготовки, как правило, выполнена из низкоуглеродистой качественной стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:The core part of the workpiece, as a rule, is made of low-carbon quality steel with the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,02-0,040.02-0.04 марганецmanganese 0,25-0,450.25-0.45 сераsulfur ≤0,025≤0.025 фторfluorine ≤ 0,02≤ 0.02 кремнийsilicon ≤ 0,03≤ 0.03 алюминийaluminum 0,02-0,070.02-0.07 железоiron остальноеrest

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 Fe₄Cu₃, 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.Owing to annealing of the billet in a protective atmosphere of high-purity nitrogen at a temperature of 600-800°C, oxygen is completely displaced, due to which oxides leading to cracking and peeling appear, and diffusion of iron atoms onto the surface of the core occurs with the displacement of copper atoms of the coating, as a result which forms a diffusion intermediate layer in the form of a Fe ₄ Cu ₃ compound, which provides high-quality adhesion of the surface of the core part and the coating. The performance of the surface of the core with a roughness in the range of 0.4-0.8 microns in the best way allows you to ensure high-quality adhesion of the layers during the annealing process without cracking and peeling.

Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.This utility model is illustrated by a specific example of execution, which is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.

На фиг.1 представлена заготовка монеты в разрезе.Figure 1 shows the blank of the coin in the section.

На фиг.2 показан участок А фиг.1.Figure 2 shows section A of figure 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.This utility model considers the design of a coin blank, which includes a core part 1 having a predetermined shape in terms of a circle, square or other shape. The core part 1 (or the core 1) has opposite sides 2 and a peripheral side edge 3 - an end that forms a edge. Part 1 is made of low-carbon quality steel, for example, according to GOST 9045-93 with a limited carbon content - 0.02-0.04 mass fractions of a percent, manganese -0.25-0.45 mass fractions of a percent, sulfur - no more than 0.025 mass fractions fractions of a percent, fluorine - not more than 0.02 mass fractions of a percent, silicon - not more than 0.03 mass fractions of a percent, aluminum - 0.02-0.07 mass fractions of a percent, and iron - the rest.

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.Sides 2 are electroplated with a multilayer coating. In the general case, the coating is applied to all sides of the coin blank, including the butt 3. The coating consists of a sublayer of galvanic copper 4 and a layer of brass 5. In this case, the sublayer of galvanic copper 4 contains a mass fraction of copper of 99.99% with an impurity content of not more than 0.01%, and brass layer 5 contains a mass fraction of copper 73.0 ± 10.0%, not more than 0.2% impurities and zinc - the rest. The thickness of the brass layer 5 and the overall thickness of the coating will be understood by a person skilled in the art.

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.The surface of the core part 1 of the workpiece has a roughness Ra in the range of 0.4-0.8 μm. Such a roughness makes it possible to ensure high-quality adhesion of the core 1 and layers 4-5 during the annealing process without cracking and peeling, since with a roughness below 0.4 μm there will be no good adhesion of the layers during the annealing process and, as a result, the effect of cracking and peeling may occur. And with a roughness above 0.8 μm, the coating 4-5 will not be uniform, which can lead to the appearance of through pores up to the core 1 and, as a result, the appearance of cracks, bubbles, and peeling.

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 Fe₄Cu₃, обеспечивающего качественное сцепление без растрескиваний и отслаиваний.Together with coating 4-5, the billet is annealed in a high purity nitrogen atmosphere with a volume fraction of the main component of at least 99.999% at a temperature of 600-800°C, however, the greatest effect is achieved at a temperature of 600°C. A protective atmosphere of nitrogen is necessary to completely displace oxygen, under the influence of which oxides are formed, leading to cracking and peeling of the coating layer. Annealing at these parameters improves the adhesion of the workpiece and multilayer coating 4-5, since the diffusion of iron atoms onto the surface of the core 1 occurs with the displacement of copper atoms, i.e. a diffusion intermediate layer is formed in the form of a Fe ₄ Cu ₃ compound, which provides high-quality adhesion without cracking and peeling.

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.Thus, the presence of the specified surface roughness of the core 1 and the implementation of the said annealing minimizes the possibility of cracking and peeling of the copper-containing electrodeposited coating 4-5 from the steel core 1 of the workpiece, as well as the possibility of porosity, traces of rolling, bubbles, color changes and oxidation, which affects the increase resistance to corrosion and to increase the life of coins due to the difficulty of their wear process.

Изготавливают полезную модель следующим образом.The utility model is made in the following way.

Сердцевинную часть 1 заготовки монеты производят из низкоуглеродистой качественной стали со следующим соотношении компонентов, мас.%:The core part 1 of the coin blank is made from high-quality low-carbon steel with the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,02-0,040.02-0.04 марганецmanganese 0,25-0,450.25-0.45 сераsulfur ≤0,025≤0.025 фторfluorine ≤0,02≤0.02 кремнийsilicon ≤0,03≤0.03 алюминийaluminum 0,02-0,070.02-0.07 железоiron остальноеrest

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.Next, the opposite sides 2 of the core part 1 are processed, for example, by polishing to a roughness Ra in the range of 0.4-0.8 μm to improve adhesion with the coating 4-5 during annealing, in some cases, edge 3 is also processed.

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.Then, sides 2 and, for example, 3 in the electroplating line are coated with an electrodeposited coating 4-5. First, a sublayer of galvanic copper 4 is applied with a mass fraction of copper of 99.99% with a mass fraction of impurities not more than 0.01% and on top of it - a layer of brass 5 with a mass fraction of copper of 73.0 ± 10.0% with an impurity content of not more than 0, 2% and a share of zinc - the rest.

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.After that, the coin blank together with the coating 4-5 is processed by annealing in a furnace in an atmosphere of high purity nitrogen at a temperature selected from the range of 600-800°C, preferably at a temperature of 600°C, as a result, high-quality adhesion of the surface of the core 1 and the coating 4 occurs. -5 without the formation of oxides with minimization of further cracking and flaking.

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.Separately, it should be noted that the corrosion resistance of brass in atmospheric conditions is average between the resistance of zinc and copper. Brass containing more than 20% zinc is prone to cracking when stored in a humid atmosphere, especially if traces of ammonia are present. This is most noticeable in deformed products as corrosion propagates along grain boundaries. To eliminate this phenomenon after deformation, annealing is carried out at 600-800°C.

Ниже приведены примеры реализации полезной модели.Below are examples of the implementation of the utility model.

Пример 1. Заготовка монеты содержит сердцевинную часть из низкоуглеродистой качественной стали со следующим соотношении компонентов, мас.%:Example 1. A coin blank contains a core part made of low-carbon quality steel with the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,040.04 марганецmanganese 0,450.45 сераsulfur 0,0250.025 фторfluorine 0,020.02 кремнийsilicon 0,030.03 алюминийaluminum 0,070.07 железоiron остальноеrest

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.On the opposite sides of the core with a roughness of Ra 0.8 μm, an electrodeposited coating was applied, including the first layer of galvanic copper with a mass fraction of 99.99% with a mass fraction of impurities not more than 0.01% and a second layer of brass with a mass fraction of copper of 83.0% with an impurity content of not more than 0.2%, and zinc - 16.8%, respectively. The thickness of the coating is 32.5 µm and the thickness of the brass layer is 8.0 µm. The billet is made by annealing in high purity nitrogen at a temperature of 800°C.

Пример 2. Заготовка монеты содержит сердцевинную часть из низкоуглеродистой качественной стали со следующем соотношении компонентов, мас.%:Example 2. A coin blank contains a core part made of low-carbon quality steel with the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,020.02 марганецmanganese 0,250.25 сераsulfur 0,0220.022 фторfluorine 0,010.01 кремнийsilicon 0,020.02 алюминийaluminum 0,020.02 железоiron остальноеrest

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.On the opposite sides of the core with a roughness of Ra 0.4 µm, an electrodeposited coating was applied, including the first layer of galvanic copper with a mass fraction of 99.99% with a mass fraction of impurities not more than 0.01% and a second layer of brass with a mass fraction of copper of 63.0% with an impurity content of not more than 0.2%, and the share of zinc is 36.8%, respectively. The thickness of the coating is 17.5 µm and the thickness of the brass layer is 7.5 µm. The workpiece is made by annealing in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600°C.

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.In both examples, increased adhesion of the steel core of the billet and the copper-containing electrodeposited coating is provided, as a result of which the possibility of cracking and peeling is minimized, respectively, the corrosion resistance is improved and the service life of the coins is increased due to the difficulty of their wear process.

Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть реализована с использованием известных средств и методов.The present utility model is industrially applicable and can be implemented using known means and methods.

Claims

1. Заготовка монеты, содержащая сердцевинную часть из низкоуглеродистой качественной стали, 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%, отличающаяся тем, что выполнена отжигом в атмосфере азота высокой чистоты при температуре 600-800°С, а сердцевинная часть имеет шероховатость Ra в диапазоне 0,4-0,8 мкм.1. A coin blank containing a core part made of low-carbon quality steel, on the opposite sides of which an electrodeposited coating is applied, including a sublayer of galvanic copper with an impurity content of not more than 0.01% and a brass layer with a mass fraction of copper of 73.0 ± 10.0% at the impurity content is not more than 0.2%, characterized in that it is made by annealing in an atmosphere of high purity nitrogen at a temperature of 600-800°C, and the core part has a roughness Ra in the range of 0.4-0.8 μm.

2. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что выполнена отжигом в атмосфере азота при температуре 600°С.2. The workpiece according to claim 1, characterized in that it is made by annealing in a nitrogen atmosphere at a temperature of 600°C.

3. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что сердцевинная часть выполнена из низкоуглеродистой качественной стали при следующем соотношении компонентов, мас.%:3. The blank according to claim 1, characterized in that the core part is made of low-carbon quality steel in the following ratio of components, wt.%:

углеродcarbon 0,02-0,04 0.02-0.04 марганецmanganese 0,25-0,450.25-0.45 сераsulfur ≤0,025≤0.025 фторfluorine ≤0,02≤0.02 кремнийsilicon ≤0,03 ≤0.03 алюминийaluminum 0,02-0,07 0.02-0.07 железоiron остальноеrest