专利名称：硬币铜合金及制造方法
技术领域：
本发明是一种用于制造硬币的铜合金。
目前，世界各国流通的金属硬币有白色的镍币、锌币、铝币、钢币，呈黄色或红色的铜币，但是大多数硬币在流通期间因汗液、空气等各种环境气氛腐蚀逐渐失去其本身具有的色相。含锌量为30%左右的铜锌二元合金具有金黄色的色泽。人们往往喜欢这种色泽的金属硬币，但其耐腐蚀、抗变色能力差，所以不适于用其制造金属硬币。1983年造币科技情报第一期中“耐腐蚀、能保持光泽的铜合金造币材料”一文介绍，于铜锌合金中加入其它元素对抗腐蚀能力的影响铜锌合金中加入铝，由于锌和铝结合引起明显的变坏，而镍的加入则产生好的结果，合镍1%通常称之为镍黄铜，能改善抗蚀性能，但仍感不足。为了在耐蚀性能方面获得明显改进，镍含量需要上升到7-8%，最好到9%，专利PL105132，PL145133，PL145134都介绍了含Ni19-21%的硬币铜合金，然而这样高的镍含量就明显地离开了金黄色的范围，并且使造币材料成本提高。铜锌合金之所以不耐蚀主要是由于其所含锌易发生脱锌腐蚀。多年来人们致力于研究脱锌腐蚀的发生和发展过程及防止脱锌措施，发现添加微量元素如AS、P、Sb、Sn等可以抑制脱锌，尤其是AS，黄铜中只需加入万分之几的AS则可基本上抑制脱锌腐蚀。但由于砷的氧化物有毒，对人体有害，故不宜采用。
本发明的目的是研制一种用于制造金属硬币的合金，它不仅具有金黄色，并且在货币流通领域中耐腐蚀、抗变色、能长期保持合金本身的色泽。
本发明是含微量硼的铜锌镍锡锰多元合金。为保持合金的金黄色，Cu70Zn30合金中只能添加少量其它元素来提高抗蚀性，加入微量AS虽然效果显著，但其氧化物对人体有害不宜使用，经过大量试验研究，发现B对提高黄铜抗蚀性能亦有与AS类似效果，黄铜腐蚀过程中锌优先溶解留下很多空位，锌原子将通过这些空位扩散到表面继续溶解，含硼黄铜中硼原子小而容易扩散(rB＝0.88A°)它将与锌原子争夺这些空位，因此脱锌后的部分空位将被硼原子占据而堵塞一些锌原子的扩散通道，增加其扩散阻力，从而抑制黄铜脱锌腐蚀。试验表明Cu70Zn30合金中即使添加小于0.01% B就能起到明显效果。Ni和Mn可进一步提高合金在湿热、盐雾、工业气体环境下的稳定性及流通过程中的耐用性，同时Ni和Mn元素也作为调质剂来细化铸锭及加工产品中的晶粒。改善材料加工及造币性能。防止合金在制币过程中退火时产生粗大晶粒。
本发明合金成份为Cu70-75%，Sn0.5-1.5%，Ni0.5-1.5%，Mn0.1-0.8%，B＜0.04%，余量为Zn，最佳成分为Cu71-73%，Sn0.8-1.2%，Ni0.8-1.3%，Mn0.1-0.5%，B0.003-0.01%。
本发明的生产工艺如下Cu、Ni、Mn按一定的比例加入熔炼炉内，采取高温、快速熔化，同时加入木炭作为炉内复盖剂，再加入Sn和Zn进行搅拌，全部熔化后铜水温度升至1080℃以上加入P-Cu中间合金予以脱氧，然后加入B-Cu中间合金，再经搅拌，炉温达1100℃-1200℃时，进行铸造，结晶器内采用膨化硼砂复盖，浇铸成所需形状及规格。铸锭经680℃-780℃加热50-100分钟进行热轧，热轧到一定规格后进行冷加工，中间退火温度为550℃-650℃两次中间退火总加工率不超过50%。成品加工率最好控制在25-35%。
本发明的合金具有美观的金黄色，耐腐蚀、抗变色能力强。经手汗模拟试验及耐变色性能试验，结果表明各项性能明显优于国内外其它黄铜、青铜造币材料，而且成本低，塑性优良、易加工压印成形，防伪性好。
举例说明本发明合金及其生产工艺将715公斤Cu、10公斤Ni，5公斤Mn及木炭于工频感应电炉内，加热熔化，再加入10公斤Sn和余量Zn，待全部熔化后搅拌捞渣，直至铜水温度升至1100℃以上，加入含P12%的P-Cu中间合金1公斤，含B3%的B-Cu中间合金4公斤，经充分搅拌，以半连续方法进行铸造、结晶器用膨化硼砂复盖，浇注速度控制在45-55秒/100mm范围内，铸锭经锯切铣面后于710℃±20℃加热60-90分钟，进行热轧，轧至12mm后进行冷加工、直至所需成品规格，中间退火温度为590℃±10℃，保温时间为60-90分钟，两次退火间加工率控制在25-35%。
权利要求
1.一种用于制造硬币的合金，呈金黄色，它是由铜、锌、锡、镍、锰组成，其特征是其中加入硼。
2.按权利要求1所述的铜合金，其特征是化学成分为Cu70-75%，Sn0.5-1.5%，Ni0.5-1.5%，Mn0.01-0.8%，B＜0.04%，余量为Zn。
3.按权利要求1所述铜合金，其特征是化学成分为Cu71-73%，Sn0.8-1.2%，Ni0.8-1.3%，Mn0.1-0.5%，B0.003-0.01%。
4.一种制造权利要求1，2，3所述铜合金的方法，包括熔铸、热加工、冷加工及中间退火等工序，其特征在于a、熔化该合金采取快速熔化、充分搅拌。b、炉内用木炭作为复盖剂。结晶器用膨化硼砂复盖。c、B以B-Cu中间合金加入，在加B-Cu中间合金前先加入P-Cu中间合金予以脱氧。d、炉温达1100℃-1200℃浇注成所需形状规格。e、铸锭于680℃-780℃加热50-100分钟进行热加工。f、合金冷加工中间退火温度为550℃-650℃。g、两次退火中间总加工率不超过50%。
5.如权利要求4所述制造方法，其特征是成品前加工率为25-35%。
6.如权利要求4所述方法，其特征是a、采用工频感应电炉熔炼，以半连续方法进行铸造，浇注速度控制在45-55秒/100mm范围内。b、铸锭于710℃±20℃加热60-90分钟进行热加工。冷加工中间退火温度为590℃±10℃，保温时间为60-90分钟，两次退火间加工率控制在25-35%。
全文摘要
本发明是用于制造硬币的一种铜合金，该合金化学成分由铜、锌、锡、镍、锰、硼几种元素组成，该合金色相美观，呈金黄色；耐蚀、抗变色能力强；塑性好，易加工，适合大批量生产；生产成本低，资源丰富；防假性好。
文档编号C22C9/04GK1061440SQ90106429
公开日1992年5月27日 申请日期1990年11月13日 优先权日1990年11月13日
发明者李景兴, 于馥清, 冯安友, 杜景田, 欧阳东, 杨文甲, 何敬忠 申请人:沈阳有色金属加工厂