專利名稱：一種多層電鍍造幣材料的應(yīng)用工藝及其產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及造幣技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種多層電鍍造幣材料的應(yīng)用工藝 及其產(chǎn)品。
背景技術(shù)：
鎳鐵合金鍍層具有優(yōu)良的磁學(xué)、電學(xué)和力學(xué)性能，結(jié)晶細(xì)致，覆蓋能力強(qiáng)， 有良好的光亮性、整平性、均勻性、延展性和耐腐蝕性。鎳鐵合金鍍層廣泛用 作防護(hù)裝飾、耐磨性材料，是重要的功能磁性材料，電沉積鎳鐵合金成本低， 鍍層中鐵含量可調(diào)節(jié)，幾乎能在任何導(dǎo)電基體上沉積。
鎳鐵合金電沉積的最早研究是用于防護(hù)和裝飾，可節(jié)約價格昂貴的鎳。上個 世紀(jì)四、五十年代，電鍍鎳鐵合金的探索研究便開始了，但在較長時間內(nèi)鎳鐵 合金電鍍發(fā)展遲緩，主要原因在于鐵是鍍鎳的有害雜質(zhì)，其存在使鎳鍍層出現(xiàn) 針孔、龜裂、分層、疏松、發(fā)黑、脫落現(xiàn)象。隨著各種電鍍添加劑的開發(fā)問世， 上世紀(jì)末，電鍍鎳鐵合金研制成功并很快在工業(yè)上得到應(yīng)用。但鎳鐵合金鍍層 在潮濕環(huán)境下易銹蝕，不適合作為硬幣的表面鍍層使用，而且作為在造幣上的 應(yīng)用，對鍍層的硬度、韌性、及電磁性能等都有更高更嚴(yán)格的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供的一種多層電鍍造幣材料的
應(yīng)用工藝及產(chǎn)品，其工藝降低了造幣成本；產(chǎn)品具有特殊電磁性能，加強(qiáng)了流 通硬幣的機(jī)讀防偽性能及提高了其工藝加工性能，同時解決了鎳鐵合金作為表 面鍍層在潮濕環(huán)境下耐蝕性不佳的問題。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的具體技術(shù)方案是
一種多層電鍍造幣材料的應(yīng)用工藝，特點(diǎn)是該工藝是將造幣材料經(jīng)多層電鍍后應(yīng)用于制造硬幣坯餅，其多層電鍍是在造幣材料上依次電鍍鎳鐵合金層及 鎳層、或者依次電鍍鎳鐵合金層、銅層及鎳層，具體按下述步驟進(jìn)行 (1)、電鍍鎳鐵合金層
a、 堿洗
將造幣材料放入PH值為12的洗滌液中，洗滌液以40 60 g/L的堿性清 洗劑配制，溫度為60 65"C進(jìn)行1 2分鐘清洗，然后用去離子水漂洗；
b、 電化學(xué)洗
將上述堿洗后的造幣材料在pH值為12的陽極液中，陽極液以60 75 g/L 的陽極清洗劑配制，以溫度60 65"C，電壓5V，電流密度小于8 A/dm2，進(jìn) 行1 3分鐘的電化學(xué)清洗，然后用去離子水漂洗；
c、 活化
將上述電化學(xué)清洗后的造幣材料在濃度為0.6mol/L的HCL溶液中，溫度 20 25°C，進(jìn)行3 6分鐘的酸活化，然后用去離子水漂洗；
d、 鍍鎳鐵合金層
將上述活化后的造幣材料放入pH值為3.0 4.0的鎳鐵合金電鍍液中，在 45 55'C溫度下電鍍鎳鐵合金層，電流密度為4. 0 5. 0A/dm:i。 (2)、電鍍銅層
a、 活化
將上述電鍍鎳鐵合金層的造幣材料在濃度為30 40 g/L，溫度為20 25 。C的氟化氫銨溶液中進(jìn)行1 2分鐘的活化，然后用去離子水漂洗；
b、 鍍銅層
將上述活化后的造幣材料放入金屬銅電鍍液中，在室溫下電鍍銅層，電流 密度為4 4. 5 A/dm:1。a、 活化
將上述電鍍銅層的造幣材料在濃度為30 40 g/L，溫度為20 25。C的氟 化氫銨溶液中進(jìn)行1 2分鐘的活化清洗，然后用去離子水漂洗；
b、 鍍鎳層
將上述活化后的造幣材料放入pH值為2.4 2.6的金屬鎳電鍍液中，在 55 6(TC溫度下鍍制鎳層，其電流密度為6.0 6.5 A/dm:i。 所述鎳鐵合金電鍍液按下列組分配制
硫酸鎳-100、250g/L
氯化鎳40 80g/L
硼酸40 70g/L
硫酸亞鐵15 25g/L
滾鍍鎳鐵合金安定劑15 25 ml/L
滾鍍鎳鐵合金輔助劑20 35 ml/L
滾鍍鎳鐵合金主光劑0. 2'、1.0 ml/L
所述金屬銅電鍍液按下列組分配制
硫酸銅 200 250g/L 硫酸 45 90g/L
所述金屬鎳電鍍液按下列組分配制
氨基磺酸鎳 350 450 g/L
硼酸 35 50 g/L
所述堿性清洗劑按下列組分配制
氫氧化鈉 40. 0 44. 0 %碳酸鈉-
葡萄糖酸鈉； 壬基苯酚
硅酸鈉 三磷酸鈉 EDTA:
十二烷基苯硫酸鈉
25. 0~30. 0 % 2. 0 3. 0 % 1. 5~2. 5 % 8. 0 10. 0 % 8. 0 10. 0% 8. 0 10. 0% 1. 5 2. 5 %
所述陽極清洗劑按下列組分配制:
氫氧化鈉-碳酸鈉
葡萄糖酸鈉；
偏硅酸鈉 三聚磷酸鈉
40. 0~ 44. 0% 20. 0 25. 0 %
3. 0 5. 0 % 20. 0 24. 0 %
4. 5 6. 0 %
由多層電鍍造幣材料制造的硬幣坯餅，具有基材外包覆兩層或三層不同金
本發(fā)明的電鍍采用鎳鐵合金作為打底層，鎳作為表層，中間根據(jù)要求選擇 是否鍍銅層，可以降低造幣成本；制得的硬幣坯餅具有不同的電磁信號，加強(qiáng) 了流通硬幣的機(jī)讀防偽性能，并且工藝加工性能好；同時解決了鎳鐵合金作為 表面鍍層在潮濕環(huán)境下耐蝕性不佳的問題。


圖l為本發(fā)明工藝流程圖
圖2為本發(fā)明硬幣坯餅結(jié)構(gòu)示意圖
圖3為本發(fā)明硬幣坯餅另一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
在造幣材料(金屬餅狀材料)上依次電鍍鎳鐵合金層及鎳層具體按下述步 驟進(jìn)行
(1)、電鍍鎳鐵合金底層
a、 堿洗
將金屬餅狀材料放入堿洗槽中，堿洗液以48 g/L的堿性清洗劑配制，PH 值為12，溫度為65°C，滾筒轉(zhuǎn)速為7 r/min進(jìn)行1分鐘清洗，然后用去離子 水漂洗。堿性清洗劑由氫氧化鈉41.8%、碳酸鈉25.0%、葡萄糖酸鈉2.2 %、壬基苯酚1.8%、硅酸鈉9. 2%、三磷酸鈉9. 2%、 EDTA9. 0%、十二烷基苯硫 酸鈉1.8%組成。
通過堿性清洗可初步去除上述餅狀材料上的油污，堿性清洗包括了皂化及 乳化的化學(xué)除油過程，其中動、植物油的油脂在堿性溶液中發(fā)生皂化反應(yīng)，形 成水溶性的肥皂和甘油而達(dá)到除油效果，礦物油或其他非皂化性油脂則通過乳 化劑的乳化作用，逐漸從金屬表面脫離形成乳濁液從而達(dá)到除油效果。
b、 陽極清洗
將上述堿洗后的餅狀材料放入陽極清洗槽中，電解液以60 g/L的陽極清 洗劑配制，PH值為12，以溫度6(TC，電壓5V，電流密度為7. 5 A/dm2，進(jìn)行 2分鐘的電化學(xué)清洗，然后用去離子水漂洗。陽極清洗劑由氫氧化鈉51.0%、 碳酸鈉20.0%、葡萄糖酸鈉4.0%、偏硅酸鈉20.0%、三聚磷酸鈉5.0% 組成。
陽極清洗即電化學(xué)除油，是將鍍件放在堿性溶液中作為陽極，鐵板(或鈦 板)作為陰極，通電進(jìn)行電解除油，然后用去離子水漂洗。C、活化
將上述電化學(xué)清洗后的餅狀材料放入活化槽中，活化液為濃度為0. 6mol/L 的HCL溶液，溫度2(TC，進(jìn)行6分鐘的酸活化，然后用去離子水漂洗。
酸活化是一個表面活化過程， 一方面能去除造幣鋼芯材料在傳輸和運(yùn)送過 程中新形成的氧化物薄層，另一方面又能使金屬表面受到輕微刻蝕而呈現(xiàn)出金 屬的結(jié)晶組織，有利于鍍層與基體良好結(jié)合。
d、鍍鎳鐵合金
將上述活化清洗后的餅狀材料放入鍍鎳鐵合金槽中，鎳鐵合金電鍍液PH值 為3.0，在5(TC溫度下電鍍鎳鐵合金層，其電流密度為5.0A/dm3，此沉積的鎳鐵 合金鍍層平整光滑、結(jié)晶細(xì)致、與基體結(jié)合力良好、方便在其上再鍍銅或鎳。
鎳鐵合金電鍍液由硫酸鎳180g/L，氯化鎳50g/L，硼酸50g/L，硫酸亞鐵 25g/L，滾鍍鎳鐵合金安定劑15ml/L，滾鍍鎳鐵合金主光劑O. 2ml/L，滾鍍鎳鐵 合金輔助劑25 ml/L配制而成。 (2)、電鍍表面鎳層
a、 活化
將上述電鍍鎳鐵合金層后的餅狀材料放入活化槽中，活化液為濃度為30g/L 的氟化氫銨溶液，溫度為2(TC，進(jìn)行2分鐘的活化，然后用去離子水漂洗?；罨?處理使電鍍鎳鐵合金層表面處于良好的活化狀態(tài)，利于在其表層在繼續(xù)施鍍其 他金屬。
b、 鍍鎳
將上述活化清洗后的餅狀材料放入鍍鎳槽中，鍍鎳液由氨基磺酸鎳 400g/L，硼酸35g/L，溫度60。C， PH值2. 5，電流密度6. 5 A/dn^進(jìn)行電鍍鎳層。參閱圖2，由實(shí)施例1的餅狀材料制成的硬幣坯餅具有基材1外包覆鎳鐵
合金層2、鎳層3的結(jié)構(gòu)，硬幣坯餅經(jīng)70(TC熱處理后，可得到具有不同于目 前國際上流通硬幣的電磁信號，硬幣坯餅的鎳鐵合金鍍層厚約10微米，鐵含 量約30%，鎳鍍層厚約10微米，它的耐磨性、耐蝕性及邊部效應(yīng)與現(xiàn)有技術(shù) 相比均有所改善，與單層鍍20微米鎳的產(chǎn)品相比最多可節(jié)約鎳15%。 實(shí)施例2
在造幣材料(金屬餅狀材料)上依次分別電鍍鎳鐵合金層、銅層和鎳層， 其具體電鍍工藝按下述步驟進(jìn)行 (1)、電鍍鎳鐵合金底層
a、 堿洗
將金屬餅狀材料放入堿洗槽中，堿洗液以55 g/L的堿性清洗劑配制，PH 值為12，溫度為6(TC，滾筒轉(zhuǎn)速為8 r/min進(jìn)行2分鐘清洗，然后用去離子 水漂洗。堿性清洗劑由氫氧化鈉43.5%、碳酸鈉28.0%、葡萄糖酸鈉3.0%、 壬基苯酚2. 2 %、硅酸鈉10. 0 %、三磷酸鈉10. 0 %、 EDTA9. 5 %、十二烷基苯 硫酸鈉2. 0%組成。
通過堿性清洗可初步去除上述餅狀材料上的油污，堿性清洗包括了皂化及 乳化的化學(xué)除油過程，其中動、植物油的油脂在堿性溶液中發(fā)生皂化反應(yīng)，形 成水溶性的肥皂和甘油而達(dá)到除油效果，礦物油或其他非皂化性油脂則通過乳 化劑的乳化作用，逐漸從金屬表面脫離形成乳濁液從而達(dá)到除油效果。
b、 陽極清洗
將上述堿洗后的餅狀材料放入陽極清洗槽中，電解液以70 g/L的陽極清 洗劑配制，PH值為12，溫度65。C，電壓5V，電流密度為7.0 A/dm2，進(jìn)行1 分鐘的電化學(xué)清洗，然后用去離子水漂洗。陽極清洗劑由氫氧化鈉53.0%、碳酸鈉25.0%、葡萄糖酸鈉4.50%、偏硅酸鈉22.0%、三聚磷酸鈉5.8% 組成。
陽極清洗即電化學(xué)除油，是將鍍件放在堿性溶液中作為陽極，鐵板(或鈦 板)作為陰極，通電進(jìn)行電解除油，然后用去離子水漂洗。
c、 活化
將上述電化學(xué)清洗后的餅狀材料放入活化槽中，活化液為濃度為0. 7mol/L 的HCL溶液，溫度2(TC，進(jìn)行6分鐘的酸活化，然后用去離子水漂洗。
酸活化是一個表面活化過程， 一方面能去除造幣鋼芯材料在傳輸和運(yùn)送過 程中新形成的氧化物薄層，另一方面又能使金屬表面受到輕微刻蝕而呈現(xiàn)出金 屬的結(jié)晶組織，有利于鍍層與基體良好結(jié)合。
d、 鍍鎳鐵合金
將上述清洗活化后的餅狀材料放入鍍鎳鐵合金槽中，鎳鐵合金電鍍液PH值 為4.0，在55。C溫度下電鍍鎳鐵合金層，其電流密度為4.5A/dm3，此沉積的鎳鐵 合金鍍層平整光滑、結(jié)晶細(xì)致、與基體結(jié)合力良好、方便在其上再鍍銅或鎳。
鎳鐵合金電鍍液由硫酸鎳200g/L，氯化鎳70g/L，硼酸60g/L，硫酸亞鐵 20g/L，滾鍍鎳鐵合金安定劑20ml/L,滾鍍鎳鐵合金主光劑O. 5ml/L，滾鍍鎳鐵 合金輔助劑30ml/L配制而成。 (2)、電鍍中間銅層 a、活化
將上述電鍍鎳鐵合金后的餅狀材料放入活化槽中，活化液為濃度為35g/L 的氟化氫銨溶液，溫度為2(TC，滾筒轉(zhuǎn)速為8 r/rnin，進(jìn)行2分鐘的活化，然后 用去離子水漂洗。
由于鎳鐵合金易鈍化，潮濕環(huán)境下易銹蝕，因此在其表面進(jìn)行電鍍其他金 屬前，要進(jìn)行特殊的活化工藝，使鎳鐵合金表面處于良好的活化狀態(tài)，利于在其表層在繼續(xù)施鍍其他金屬。 b、鍍銅
將上述清洗活化后的餅狀材料放入鍍銅槽中，鍍銅液由硫酸銅200g/L，硫 酸70g/L配制而成，在室溫(25°C)下電鍍銅層，其電流密度為4.2A/dm3。 (3)、電鍍表面鎳層
a、 活化
將上述電鍍銅層后的餅狀材料放入活化槽中，活化液為濃度為40g/L的 氟化氫銨溶液，溫度為25。C，進(jìn)行l(wèi)分鐘的活化，然后用去離子水漂洗。活化 處理使電鍍銅層表面處于良好的活化狀態(tài)，利于在其表層在繼續(xù)施鍍其他金 屬。
b、 鍍鎳
將上述清洗活化后的餅狀材料放入鍍鎳槽中，鍍鎳液由氨基磺酸鎳 450g/L，硼酸45g/L配制而成，溫度55。C， PH值2. 5，電流密度6. 2 A/dm'進(jìn)
行電鍍鎳層。
參閱圖3，由實(shí)施例2的餅狀材料制成的硬幣坯餅具有基材1外包覆鎳鐵 合金層2、銅層4、鎳層3的結(jié)構(gòu)，硬幣坯餅經(jīng)80(TC熱處理后，可得到具有不 同于目前國際上流通硬幣的電磁信號，硬幣坯餅的鎳鐵合金鍍層厚約8微米， 鐵含量約30%，銅鍍層厚約8微米，鎳鍍層厚約8微米，它的耐磨性、耐蝕性 及邊部效應(yīng)與現(xiàn)有技術(shù)相比均有所改善，與單層鍍24微米鎳的產(chǎn)品相比最多 可節(jié)約鎳56%。
以上各實(shí)施例只是對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，并非用以限制本發(fā)明專利，本 發(fā)明也可應(yīng)用于其它領(lǐng)域，凡為本發(fā)明等效實(shí)施，均應(yīng)包含于本發(fā)明專利的權(quán) 利要求范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種多層電鍍造幣材料的應(yīng)用工藝，其特征在于該工藝是將造幣材料經(jīng)多層電鍍后應(yīng)用于制造硬幣坯餅，其多層電鍍是在造幣材料上依次電鍍鎳鐵合金層及鎳層、或者依次電鍍鎳鐵合金層、銅層及鎳層，具體按下述步驟進(jìn)行(1)、電鍍鎳鐵合金層a、堿洗將造幣材料放入PH值為12的洗滌液中，洗滌液以40～60g/L的堿性清洗劑配制，溫度為60～65℃進(jìn)行1～2分鐘清洗，然后用去離子水漂洗；b、電化學(xué)洗將上述堿洗后的造幣材料在pH值為12的陽極液中，陽極液以60～75g/L的陽極清洗劑配制，以溫度60～65℃，電壓5V，電流密度小于8A/dm2，進(jìn)行1～3分鐘的電化學(xué)清洗，然后用去離子水漂洗；c、活化將上述電化學(xué)清洗后的造幣材料在濃度為0.6mol/L的HCL溶液中，溫度20～25℃，進(jìn)行3～6分鐘的酸活化，然后用去離子水漂洗；d、鍍鎳鐵合金層將上述活化后的造幣材料放入pH值為3.0～4.0的鎳鐵合金電鍍液中，在45～55℃溫度下電鍍鎳鐵合金層，電流密度為4.0～5.0A/dm3；(2)、電鍍銅層a、活化將上述電鍍鎳鐵合金層的造幣材料在濃度為30～40g/L，溫度為20～25℃的氟化氫銨溶液中進(jìn)行1～2分鐘的活化，然后用去離子水漂洗；b、鍍銅層將上述活化后的造幣材料放入金屬銅電鍍液中，在室溫下電鍍銅層，電流密度為4～4.5A/dm3；(3)、電鍍鎳層a、活化將上述電鍍銅層的造幣材料在濃度為30～40g/L，溫度為20～25℃的氟化氫銨溶液中進(jìn)行1～2分鐘的活化清洗，然后用去離子水漂洗；b、鍍鎳層將上述活化后的造幣材料放入pH值為2.4～2.6的金屬鎳電鍍液中，在55～60℃溫度下鍍制鎳層，其電流密度為6.0～6.5A/dm3。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述鎳鐵合金電鍍液按下列 組分配制硫酸鎳100、250g/L氯化鎳40 80g/L硼酸40 70g/L硫酸亞鐵15 25g/L滾鍍鎳鐵合金安定劑15 25 ml/L滾鍍鎳鐵合金輔助劑20 35 ml/L滾鍍鎳鐵合金主光劑0.2「、1.0 ml/L
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述金屬銅電鍍液按下列組分配制硫酸銅 200 250g/L 硫酸 45 90g/L
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述金屬鎳電鍍液按下列組分配制:350 450 g/L 硼酸 35 50 g/L
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述堿性清洗劑按下列組分配制:氫氧化鈉 碳酸鈉葡萄糖酸鈉； 壬基苯酚 硅酸鈉 三磷酸鈉 EDTA:40. 0 44. 0 % 25. 0~30. 0 % 2. 0 3. 0 % 1. 5~2. 5 % 8. 0 10. 0 % 8. 0 10. 0% 8. 0 10. 0%十二烷基苯硫酸鈉1. 5 2. 5 %
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所述陽極清洗劑按下列組分配制:氫氧化鈉:碳酸鈉偏硅酸鈉40. 0 44. 0%20. 0 25. 0 %3. 0 5. 0 %20. 0 24. 0 %三聚磷酸鈉 4. 5 6. 0 %
7、 一種由權(quán)利要求1得到的硬幣坯餅，其特征在于所述硬幣坯餅為基材外包覆兩層或三層不同金屬層結(jié)構(gòu)<
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多層電鍍造幣材料的應(yīng)用工藝及其產(chǎn)品，該工藝特點(diǎn)是將造幣材料經(jīng)多層電鍍后應(yīng)用在硬幣坯餅的制造上，其多層電鍍是在造幣材料上依次電鍍鎳鐵合金層及鎳層、或者依次電鍍鎳鐵合金層、銅層及鎳層，其具體工藝包括堿洗、電化學(xué)洗、活化處理、電鍍鎳鐵合金層、銅層和鎳層工序。本發(fā)明可降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，所制得的硬幣坯餅工藝加工性能好，具有特殊的電磁信號，加強(qiáng)了流通硬幣的機(jī)讀防偽性能，同時解決了鎳鐵合金作為表面鍍層在潮濕環(huán)境下耐蝕性不佳的問題。
文檔編號C25D5/12GK101532155SQ20091004671
公開日2009年9月16日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者勃 張, 偉 徐, 磊 楊, 王卓新 申請人:上海造幣有限公司;中國印鈔造幣總公司