專利名稱：硬幣銅合金及制造方法
技術領域：
本發明是一種用于制造硬幣的銅合金。
目前，世界各國流通的金屬硬幣有白色的鎳幣、鋅幣、鋁幣、鋼幣，呈黃色或紅色的銅幣，但是大多數硬幣在流通期間因汗液、空氣等各種環境氣氛腐蝕逐漸失去其本身具有的色相。含鋅量為30%左右的銅鋅二元合金具有金黃色的色澤。人們往往喜歡這種色澤的金屬硬幣，但其耐腐蝕、抗變色能力差，所以不適于用其制造金屬硬幣。1983年造幣科技情報第一期中“耐腐蝕、能保持光澤的銅合金造幣材料”一文介紹，于銅鋅合金中加入其它元素對抗腐蝕能力的影響銅鋅合金中加入鋁，由于鋅和鋁結合引起明顯的變壞，而鎳的加入則產生好的結果，合鎳1%通常稱之為鎳黃銅，能改善抗蝕性能，但仍感不足。為了在耐蝕性能方面獲得明顯改進，鎳含量需要上升到7-8%，最好到9%，專利PL105132，PL145133，PL145134都介紹了含Ni19-21%的硬幣銅合金，然而這樣高的鎳含量就明顯地離開了金黃色的范圍，并且使造幣材料成本提高。銅鋅合金之所以不耐蝕主要是由于其所含鋅易發生脫鋅腐蝕。多年來人們致力于研究脫鋅腐蝕的發生和發展過程及防止脫鋅措施，發現添加微量元素如AS、P、Sb、Sn等可以抑制脫鋅，尤其是AS，黃銅中只需加入萬分之幾的AS則可基本上抑制脫鋅腐蝕。但由于砷的氧化物有毒，對人體有害，故不宜采用。
本發明的目的是研制一種用于制造金屬硬幣的合金，它不僅具有金黃色，并且在貨幣流通領域中耐腐蝕、抗變色、能長期保持合金本身的色澤。
本發明是含微量硼的銅鋅鎳錫錳多元合金。為保持合金的金黃色，Cu70Zn30合金中只能添加少量其它元素來提高抗蝕性，加入微量AS雖然效果顯著，但其氧化物對人體有害不宜使用，經過大量試驗研究，發現B對提高黃銅抗蝕性能亦有與AS類似效果，黃銅腐蝕過程中鋅優先溶解留下很多空位，鋅原子將通過這些空位擴散到表面繼續溶解，含硼黃銅中硼原子小而容易擴散(rB＝0.88A°)它將與鋅原子爭奪這些空位，因此脫鋅后的部分空位將被硼原子占據而堵塞一些鋅原子的擴散通道，增加其擴散阻力，從而抑制黃銅脫鋅腐蝕。試驗表明Cu70Zn30合金中即使添加小于0.01% B就能起到明顯效果。Ni和Mn可進一步提高合金在濕熱、鹽霧、工業氣體環境下的穩定性及流通過程中的耐用性，同時Ni和Mn元素也作為調質劑來細化鑄錠及加工產品中的晶粒。改善材料加工及造幣性能。防止合金在制幣過程中退火時產生粗大晶粒。
本發明合金成份為Cu70-75%，Sn0.5-1.5%，Ni0.5-1.5%，Mn0.1-0.8%，B＜0.04%，余量為Zn，最佳成分為Cu71-73%，Sn0.8-1.2%，Ni0.8-1.3%，Mn0.1-0.5%，B0.003-0.01%。
本發明的生產工藝如下Cu、Ni、Mn按一定的比例加入熔煉爐內，采取高溫、快速熔化，同時加入木炭作為爐內復蓋劑，再加入Sn和Zn進行攪拌，全部熔化后銅水溫度升至1080℃以上加入P-Cu中間合金予以脫氧，然后加入B-Cu中間合金，再經攪拌，爐溫達1100℃-1200℃時，進行鑄造，結晶器內采用膨化硼砂復蓋，澆鑄成所需形狀及規格。鑄錠經680℃-780℃加熱50-100分鐘進行熱軋，熱軋到一定規格后進行冷加工，中間退火溫度為550℃-650℃兩次中間退火總加工率不超過50%。成品加工率最好控制在25-35%。
本發明的合金具有美觀的金黃色，耐腐蝕、抗變色能力強。經手汗模擬試驗及耐變色性能試驗，結果表明各項性能明顯優于國內外其它黃銅、青銅造幣材料，而且成本低，塑性優良、易加工壓印成形，防偽性好。
舉例說明本發明合金及其生產工藝將715公斤Cu、10公斤Ni，5公斤Mn及木炭于工頻感應電爐內，加熱熔化，再加入10公斤Sn和余量Zn，待全部熔化后攪拌撈渣，直至銅水溫度升至1100℃以上，加入含P12%的P-Cu中間合金1公斤，含B3%的B-Cu中間合金4公斤，經充分攪拌，以半連續方法進行鑄造、結晶器用膨化硼砂復蓋，澆注速度控制在45-55秒/100mm范圍內，鑄錠經鋸切銑面后于710℃±20℃加熱60-90分鐘，進行熱軋，軋至12mm后進行冷加工、直至所需成品規格，中間退火溫度為590℃±10℃，保溫時間為60-90分鐘，兩次退火間加工率控制在25-35%。
權利要求
1.一種用于制造硬幣的合金，呈金黃色，它是由銅、鋅、錫、鎳、錳組成，其特征是其中加入硼。
2.按權利要求1所述的銅合金，其特征是化學成分為Cu70-75%，Sn0.5-1.5%，Ni0.5-1.5%，Mn0.01-0.8%，B＜0.04%，余量為Zn。
3.按權利要求1所述銅合金，其特征是化學成分為Cu71-73%，Sn0.8-1.2%，Ni0.8-1.3%，Mn0.1-0.5%，B0.003-0.01%。
4.一種制造權利要求1，2，3所述銅合金的方法，包括熔鑄、熱加工、冷加工及中間退火等工序，其特征在于a、熔化該合金采取快速熔化、充分攪拌。b、爐內用木炭作為復蓋劑。結晶器用膨化硼砂復蓋。c、B以B-Cu中間合金加入，在加B-Cu中間合金前先加入P-Cu中間合金予以脫氧。d、爐溫達1100℃-1200℃澆注成所需形狀規格。e、鑄錠于680℃-780℃加熱50-100分鐘進行熱加工。f、合金冷加工中間退火溫度為550℃-650℃。g、兩次退火中間總加工率不超過50%。
5.如權利要求4所述制造方法，其特征是成品前加工率為25-35%。
6.如權利要求4所述方法，其特征是a、采用工頻感應電爐熔煉，以半連續方法進行鑄造，澆注速度控制在45-55秒/100mm范圍內。b、鑄錠于710℃±20℃加熱60-90分鐘進行熱加工。冷加工中間退火溫度為590℃±10℃，保溫時間為60-90分鐘，兩次退火間加工率控制在25-35%。
全文摘要
本發明是用于制造硬幣的一種銅合金，該合金化學成分由銅、鋅、錫、鎳、錳、硼幾種元素組成，該合金色相美觀，呈金黃色；耐蝕、抗變色能力強；塑性好，易加工，適合大批量生產；生產成本低，資源豐富；防假性好。
文檔編號C22C9/04GK1061440SQ90106429
公開日1992年5月27日 申請日期1990年11月13日 優先權日1990年11月13日
發明者李景興, 于馥清, 馮安友, 杜景田, 歐陽東, 楊文甲, 何敬忠 申請人:沈陽有色金屬加工廠