專利名稱：具有金色外觀的銅合金的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及具有金色外觀的銅基合金，更具體地，所述銅基合金，可作為整體材料或者作為包覆層，用于模壓制造錢幣的造幣坯料。
2.相關(guān)技術(shù)描述Susan B.Anthony美國(guó)一元硬幣(SBA)是一種具有銅合金C110芯和與該芯的兩個(gè)對(duì)應(yīng)面結(jié)合的銅合金C713覆層的三層包覆材料。銅合金C110的名義組成為，以重量計(jì)99.95％銅和0.04％氧，其一般被稱為電解工業(yè)精(ETP)銅。銅合金C713的組成為，以重量計(jì)23.5％-26.5％鎳，余者為銅。銅合金C713一般稱為銅鎳合金。
在SBA中，ETP銅芯在硬幣總厚度中約占50％，兩個(gè)銅鎳合金覆層中的每個(gè)約占總厚度的25％。
SBA存在的顯著問(wèn)題是該硬幣具有與美國(guó)25分硬幣的顏色相似的銀/灰色外觀，由于SBA與面值僅為其0.25倍的25分硬幣在尺寸及重量上也相似，因此，將SBA誤看成25分硬幣是經(jīng)常發(fā)生的事。
理想的是美國(guó)具有與25分硬幣容易區(qū)分的一元硬幣，美國(guó)造幣廠已建議新的一元硬幣具有金色外觀。
一些用于造幣的金色材料已為人所知，Prinz等的美國(guó)專利4,401,488公開(kāi)了一種含有，以重量計(jì)，4-6％鎳和4-6％的鋁的銅基合金，“銅基”意思是指合金中含有至少50％(重量)的基體材料—銅。
Winter等的美國(guó)專利4,330,599公開(kāi)了一種含有，以重量計(jì)，2-3.5％鋁和1-2.5％硅的銅基合金，一些視覺(jué)上為金色的銅合金在Breedis等的美國(guó)專利5,472,796中進(jìn)行了公開(kāi)。在專利5,472,796中公開(kāi)的合金C6155包括名義組成(以重量計(jì))為92％銅，6％鋁和2％鎳的銅合金；名義組成(重量計(jì))為89％銅，5％鋁，5％鋅和1％錫的瑞典克朗以及名義組成為(以重量計(jì))70％銅、24.5％鋅和5.5％鎳的英鎊。
對(duì)新一元硬幣的第二個(gè)要求是其電屬性(signature)應(yīng)與SBA基本一致，在例如自動(dòng)售貨機(jī)中安裝的自動(dòng)硬幣鑒別器利用鑒別器確定硬幣的真實(shí)性和面值。一種稱作渦流測(cè)量?jī)x的自動(dòng)硬幣鑒別器將硬幣靠近其中通有交流電的線圈放置。稱作勵(lì)磁電流的交流電導(dǎo)致渦流在硬幣中流動(dòng)，渦流的大小和時(shí)間特性是硬幣導(dǎo)電性的函數(shù)，當(dāng)勵(lì)磁電流的頻率為60KHZ時(shí)，SBA的橫向(從一個(gè)主平面表面到一個(gè)相對(duì)的主平面表面)的導(dǎo)電性為約49％IACS，當(dāng)勵(lì)磁電流的頻率為約480KHZ時(shí)，上述導(dǎo)電性為約6.6％IACS。
IACS指的“國(guó)際退火銅合金標(biāo)準(zhǔn)(Internatronal Annealed Copperstandard)”，并且指定“純”銅在20℃時(shí)的導(dǎo)電性為100％IACS。
美國(guó)專利4,525,434公開(kāi)了含有錳、鋅、鎳和鋁的銅合金，任選添加至該合金的添加劑包括鐵、鈷和錫，所公開(kāi)的要求權(quán)利的合金具有良好的抗氧化性和在包覆引線框中的可利用性。列舉的要求了權(quán)利合金的最高導(dǎo)電性為3.1％IACS。
對(duì)新一元硬幣的第三個(gè)要求是耐變色性，以便能夠使硬幣，以年為單位，長(zhǎng)期保持金色外觀。
據(jù)認(rèn)為，目前可獲得的任何金色包覆材料都不能滿足對(duì)造幣提出的上述全部三個(gè)要求金色的外觀，與SBA類似的電屬性以及耐變色性，因此，仍然需要這樣的造幣材料。
發(fā)明簡(jiǎn)述因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有金色外觀并且可用于造幣的銅基合金，本發(fā)明的其它目的是所述銅基合金具有與銅合金C713類似的電屬性以及適當(dāng)?shù)哪妥兩?，以便長(zhǎng)期保持金色外觀。
本發(fā)明的一個(gè)特征在于所述銅基合金可以作為整體材料或者包覆層有效使用。當(dāng)作為包覆層應(yīng)用時(shí)，芯由具有高導(dǎo)電性，典型地超過(guò)90％IACS量級(jí)的銅或銅基合金制成。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，芯由銅合金C110制成。
本發(fā)明的又一個(gè)特征在于所述銅基合金具有金色的外觀和5-7％IACS量級(jí)的導(dǎo)電性，本發(fā)明的再一個(gè)特征在于所述銅基合金含有錳和鋅。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，將2-6％(重量)的鎳添加至所述銅基合金以改善耐變色性。
本發(fā)明的另一個(gè)特征在于當(dāng)形成包覆層時(shí)，芯構(gòu)成所述包覆材料總厚度的50％，每個(gè)包覆層構(gòu)成總厚度的約25％。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括所述銅基合金具有金色外觀并且適于以整體形成或者作為包覆層用于造幣的貨幣坯料。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是所述包覆材料的電屬性在至少60KHZ和480KHZ之間的頻率下采用渦流測(cè)量?jī)x測(cè)量時(shí)與SBA的電屬性相似，該優(yōu)點(diǎn)使得現(xiàn)在用以鑒別SBA的電子硬幣鑒別器能夠得以繼續(xù)使用。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種基本組成為(以重量計(jì))5-10％錳、10-14％鋅、2-6％鎳，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)的銅合金。該合金在60KHZ和480KHZ之間的渦流測(cè)量?jī)x激勵(lì)頻率下具有超過(guò)4％IACS的導(dǎo)電性。
結(jié)合下面的說(shuō)明書和附圖，上述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
附圖簡(jiǎn)述

圖1示出的是由本發(fā)明的包覆材料形成的貨幣坯料的底平面視圖。
圖2采用圖解法示出了由現(xiàn)有技術(shù)獲知的色度和色調(diào)的二維CIELAB比色圖表。
圖3圖示說(shuō)明的是由現(xiàn)有技術(shù)獲知的色度、色調(diào)和亮度的三維實(shí)體LAB彩色體。
圖4示出的是圖1中的貨幣坯料的橫截面圖。
圖5示出的是采用渦流測(cè)定儀確定導(dǎo)電性。
圖6圖示說(shuō)明的是由現(xiàn)有技術(shù)獲知的顏色適用性的顏色測(cè)量委員會(huì)(CMC)橢圓。
圖7圖示說(shuō)明的是在具有疊加的CMC橢圓的第一CIELAB標(biāo)度上繪制的本發(fā)明的合金。
圖8圖示說(shuō)明的是在具有疊加的CMC橢圓的第二CIELAB標(biāo)度上繪制的本發(fā)明的合金。
詳細(xì)描述圖1示出的是包覆貨幣坯料10的底平面視圖，該貨幣坯料是隨后進(jìn)行壓花以便將要求的圖案印入正反兩表面的硬幣坯料。被壓花或SBA的貨幣坯料的直徑，在進(jìn)行邊緣處理之前為約26.92mm(1.06英寸)，在進(jìn)行邊緣處理之后為約26.42mm(1.04英寸)，名義厚度為1.65mm(0.065英寸)。
顏色可以采用光譜法或其它客觀手段確定，例如由HunterAssociates Laboratory，Inc.of Reston，VA提供的儀器可以根據(jù)一般稱為“明暗度(value)”的亮度(lightness)特征和一般稱為“色調(diào)”和“色度”的兩個(gè)色彩特征對(duì)顏色進(jìn)行定量描述。
色調(diào)是對(duì)顏色的感知，是對(duì)物體的辨別，如綠、藍(lán)、紅、黃等，色度是顏色濃度和由灰到純色調(diào)的范圍，明暗度是顏色的亮度和由白到黑的范圍。
一種確定顏色的方法是采用CIELAB標(biāo)度，CIE代表CommissionInternationale de l’Eclairage(國(guó)際照明委員會(huì))，LAB代表HunterL，a，b標(biāo)度，如圖2所示，CIELAB比色圖用圍繞比色圖供形延伸的a*值和b*值的聯(lián)合表示色調(diào)，其中，+a*為紅色，-a*為綠色，+b*為黃色，-b*為藍(lán)色。色度用距離圓圈中心的數(shù)值表示，其中，中心(O)處為灰色，±60處為特定顏色完全濃度(full richness)。另外參照?qǐng)D3，明暗度用L*表示，其范圍為從白到黑，這樣，色調(diào)、色度和亮度的組合就能代表三維球體上的具體點(diǎn)和具體顏色。
另一種方法是，銅合金的顏色可以通過(guò)與金和金合金進(jìn)行比較來(lái)加以主觀確定。
與灰色或銀色的硬幣相比，所要求的金色包覆材料的顏色與金或者含金量低至10克拉的金合金更相近，10克拉金中的金基本為41.7％(重量)，余者是銀和銅的混合物。
圖4示出了圖1中的包覆貨幣坯料的橫截面圖，該包覆貨幣坯料的芯12具有由第一個(gè)16和第二個(gè)18相對(duì)表面確定的第一個(gè)厚度14。
所述芯12由純銅或者導(dǎo)電性超過(guò)90％IACS的銅基合金制成?！澳覆摹币辉~用其在冶金領(lǐng)域的通常含義，其意思該合金含有超過(guò)50％(重量)的母材金屬，本申請(qǐng)中，指的是含有超過(guò)50％(重量)的銅。優(yōu)選地，所述芯的導(dǎo)電性高于99％IACS，最優(yōu)選地，所述芯由銅合金C110制成。
第一個(gè)包覆層20具有第二個(gè)厚度22，并且與第一個(gè)相對(duì)表面16結(jié)合。優(yōu)選地，所述結(jié)合為冶金結(jié)合，例如包覆，在結(jié)合部位，上述兩層的金屬原子結(jié)合一起，包覆典型地是共軋制或者爆炸成型的結(jié)果。
第二個(gè)包覆層24具有第三個(gè)厚度26，并且與第二個(gè)相對(duì)表面18結(jié)合，再一次地，優(yōu)選所述結(jié)合為冶金結(jié)合，例如包覆。
第一個(gè)包覆層20和第二個(gè)包覆層24均是含有能有效地促使包覆層具有明顯表觀金色的錳和鋅量的銅基合金。包覆層的一個(gè)有效組成是，以重量計(jì)6-12％錳，6-25％鋅，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。
包覆層的更優(yōu)選組成為，以重量計(jì)7-10％錳，10-15％鋅，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。最優(yōu)選的組成為，以重量計(jì)8％錳、12％鋅，余者為銅。
為了提高耐變色性，第一個(gè)包覆層和第二個(gè)包覆層均可以進(jìn)一步含有最高至6％(重量)的鎳，并且優(yōu)選含有2-6％(重量)的鎳，最優(yōu)選含有3.5-4.5％(重量)的鎳。當(dāng)存在鎳時(shí)，可以增加鋅的含量以維持金色外觀。當(dāng)合金中存在鎳時(shí)，適當(dāng)?shù)慕M成是，以重量計(jì)10-20％的鋅，2-6％的鎳，3-10％的錳，余者為銅。優(yōu)選的組成是，以重量計(jì)10-14％的鋅，2-6％的鎳，5-10％的錳，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。最優(yōu)選的組成是，以重量計(jì)11-12％的鋅，3.5-4.5％的鎳，6.0-7.0％的錳，余者為銅和不可避免的雜質(zhì)。最優(yōu)選的名義組成是，以重量計(jì)，12％的鋅，4％的鎳，6.6％的錳，余者為銅。
1999年10月6日，American Metal Market公布美國(guó)造幣廠已選擇組成為，以重量計(jì)77％的銅，12％鋅，7％的錳和4％的鎳的本申請(qǐng)人的合金作為新的美國(guó)一元包覆硬幣的外覆層。
對(duì)于前述兩個(gè)包覆層組成的實(shí)施方案而言，在60KHZ與480KHZ之間的勵(lì)磁頻率下采用渦流測(cè)量?jī)x測(cè)量時(shí)，包覆層的導(dǎo)電性超過(guò)4％IACS，更優(yōu)選地，導(dǎo)電性為約5-7％IACS，最優(yōu)選地，每個(gè)包覆層的導(dǎo)電性為5.1-6.1％IACS。
雖然第一個(gè)包覆層20與第二個(gè)包覆層24不需要具有相同的化學(xué)組成，但優(yōu)選它們具有類似的組成，最優(yōu)選具有同樣的組成，以便對(duì)于硬幣鑒別器具有對(duì)稱性。同樣地，第二個(gè)厚度22應(yīng)與第三個(gè)厚度26大致相等，優(yōu)選地，第一個(gè)厚度14構(gòu)成包覆貨幣坯料總厚度的40-60％，第一個(gè)包覆層20和第二個(gè)包覆層24中的每一個(gè)構(gòu)成總厚度的20-30％。就厚度而言，優(yōu)選的名義構(gòu)成比例為25％的第一個(gè)包覆層，50％的芯，25％的第二個(gè)包覆層。
可以添加其它的合金元素以改變芯或包覆層的性能。適當(dāng)?shù)陌矊犹砑觿┌ㄨF、鉻、鋁、錫和磷。這些添加劑的存在量應(yīng)少于對(duì)包覆層的金色外觀造成損害的量，而且不會(huì)使導(dǎo)電性有明顯變化。
優(yōu)選鋁和/或錫的存在量低于0.5％(重量)，更優(yōu)選低于0.1％(重量)，最優(yōu)選低于0.07％(重量)。磷的存在量低于1％(重量)，更優(yōu)選低于0.2％(重量)。鉻的存在量低于0.5％(重量)。優(yōu)選低于0.3％(重量)。鐵在合金退火期間形成粒子，這些粒子干擾等軸晶粒的形成。應(yīng)保持鐵含量低于0.5％(重量)，優(yōu)選低于0.2％(重量)。
包覆處理之后，橫向?qū)щ娦?從第一個(gè)外表面28到第二個(gè)外表面30進(jìn)行測(cè)量)應(yīng)與SBA在60KHZ和480KHZ的渦流測(cè)量?jī)x勵(lì)磁電流頻率下的測(cè)量結(jié)果大致相同。更優(yōu)選地，在60KHZ和480KHZ之間頻率下，包覆材料的橫向?qū)щ娦圆怀^(guò)2％IACS，最優(yōu)選不超過(guò)0.5％IACS。對(duì)于某些鑒別器而言，上述導(dǎo)電性結(jié)果應(yīng)該適用于10KHZ到600KHZ的勵(lì)磁電流頻率。
參照?qǐng)D5，將包覆材料或貨幣坯料10置于電感線圖32附近。具有所要求頻率的交變電流通過(guò)線圈32，在包覆材料10中產(chǎn)生渦流。包覆材料的橫向?qū)щ娦杂绊懢€圈32的阻抗。從線圈32的阻抗可以確定包覆材料的導(dǎo)電性?？梢允褂萌魏我环N商用渦流測(cè)量裝置，例如由Pittsburgh，PA的Foerster Instruments Inc.制備的Sigmatest測(cè)量?jī)x。
一旦貨幣坯料由包覆材料模壓而成，則在壓花之前需對(duì)貨幣坯料進(jìn)行退火。適當(dāng)?shù)耐嘶鹨?guī)范是在由96％(體積)的氮和4％(體積)的氫組成的氣氛或者其它可燃?xì)怏w混合物中，700℃下15-20分鐘。退火之后，可以進(jìn)行水淬。
為了最大程度地減小可能會(huì)對(duì)金色外觀產(chǎn)生不利影響的銅由芯向第一個(gè)和第二個(gè)包覆層的擴(kuò)散，在第一個(gè)相對(duì)表面16與第一個(gè)包覆層20之間以及在第二個(gè)相對(duì)表面18與第二個(gè)包覆層24之間可以加入阻擋層(未示出)。這種阻擋層可以包括對(duì)包覆材料的電學(xué)和磁學(xué)特性有影響的鐵磁材料，如鎳、鈷和鐵，以及它們的合金。對(duì)包覆材料的電學(xué)和磁學(xué)特征影響較小的非鐵磁性材料包括銅基合金，例如，銅/鎳(20-30wt％)合金和銅/錳(10-20wt％)合金。當(dāng)采用阻擋層時(shí)，需對(duì)芯的厚度以及包覆層的厚度進(jìn)行調(diào)整，以保持所要求的橫向?qū)щ娦浴?br> 如果貨幣坯料在退火期間顏色變暗，可以進(jìn)行利用35％(體積)的過(guò)氧化氫水溶液的適當(dāng)?shù)陌l(fā)亮處理，所述水溶液包括一種MacDermid，Waterbury，CT生產(chǎn)的品名為MACBright100的專有添加劑。該清洗過(guò)程包括兩個(gè)步驟。
采用30％(體積)的MACBright100產(chǎn)品與去離子水或者蒸餾水混合制備初始溶液。向其添加的硫酸的量為0-0.7％(體積)。將貨幣坯料脫脂處理并且放入38-43℃(100-110°F)的溶液中攪拌30-60秒。然后，將貨幣坯料水洗并且在室溫下，5％(體積)的硫酸溶液中浸泡20-30秒。進(jìn)行徹底水洗，然后，任選地，采用抗變色劑如苯并三唑(BTA)進(jìn)行涂覆并且加以熱風(fēng)干燥。
對(duì)本發(fā)明的合金進(jìn)行的熱處理和化學(xué)處理可能會(huì)改變表面化學(xué)構(gòu)成，并且會(huì)在不使合金整體性能如導(dǎo)電性有明顯變化的情況下影響表面顏色，例如，熱處理和/或化學(xué)處理可以降低銅合金表面處的錳含量。
從下面的實(shí)施例，本發(fā)明的包覆硬幣合金的優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯。
實(shí)施例實(shí)施例1表1示出了一些具有金色外觀的銅基合金的組成，所述合金經(jīng)過(guò)直接冷硬鑄造、熱軋、冷軋及退火處理后，名義厚度為1.65mm(0.065英寸)。采用勵(lì)磁電流頻率如表2所示的渦流測(cè)量?jī)x測(cè)定銅基合金的橫向?qū)щ娦?。正如?中的結(jié)果所示，本發(fā)明的銅基合金的橫向?qū)щ娦耘c銅合金C713非常接近。
表1重量百分組成
表2在不同頻率(kHz)下的導(dǎo)電性，％IACS
表1中的一些具有金色外觀的銅基合金經(jīng)DC鑄造、熱軋，以及進(jìn)一步的冷軋和退火處理后，具有適合進(jìn)行包覆結(jié)合的厚度。將上述合金包覆結(jié)合成比例為25％/50％/25％(以厚度計(jì))的具有C110芯的三層包覆材料。該三層包覆材料被冷軋和退火處理至約1.65mm(0.065英寸)的最終厚度。
表3記錄了這些包覆材料，以及一些其它包覆材料和造幣材料的組成。表4記錄了采用具有規(guī)定勵(lì)磁電流頻率的渦流測(cè)量?jī)x測(cè)得的橫向?qū)щ娦浴?br> 表3
備注·組成百分?jǐn)?shù)為重量百分比·％包覆層，％阻擋層和％芯均用包覆材料總厚度的百分比表示·25分硬幣和5分硬幣指的是1999年的美國(guó)貨幣·合金B(yǎng)的阻擋層含有，以重量百分比計(jì)63％Cu，12％Mn，0.5％Ni，余量Cu·合金C的阻擋層含有，以重量百分比計(jì)5％Zn，0.3％Mn，24％Ni，余量Cu
表4頻率(kHZ)
實(shí)施例2標(biāo)號(hào)為1-35、具有表5所示名義重量百分組成的銅合金經(jīng)直接冷硬鑄造，之后熱軋至12.7mm(0.5英寸)厚，對(duì)其進(jìn)行磨削(mill)以去除氧化物，然后冷軋至0.76mm(0.03英寸)，并且進(jìn)行拋光，以獲得恒定的表面光潔度。表5中的合金標(biāo)號(hào)與表1-4中的合金標(biāo)號(hào)無(wú)關(guān)。類似的標(biāo)號(hào)并不意味著組成類似。標(biāo)號(hào)為36-43的合金是對(duì)照合金。合金36是18克拉的金，合金37是22克拉的金。合金38-43是其它的指定銅合金。
然后，采用HunterLab制造的UltraScanXE分光光度計(jì)分析所述銅合金，并且記錄L，a*和b*值(參見(jiàn)圖2)，分析條件為10°觀測(cè)者，D65發(fā)光體，儀器形狀為d/8球，色調(diào)的計(jì)算為色調(diào)＝arctan a*/b*色度的計(jì)算為色度＝(a*2+b*2)1/2總色差的計(jì)算為ΔE*ab＝((ΔL*ab)2+(Δa*ab)2+(Δb*ab)2)1/2色差由英國(guó)的Society of Dyers和Colourists的ColourMeasurement Cornmittee(CMC)定義，其計(jì)算公式為ΔEcrnc＝((ΔL*/lSL)2+(ΔC*ab/cSC)2+(ΔH*ab/SH)2)1/2其中ΔL*＝L*試樣-L*標(biāo)準(zhǔn)ΔC*ab＝C*ab試樣-C*ab標(biāo)準(zhǔn)C*ab＝(a*2+b*2)1/2ΔH*ab＝((ΔE*ab)2-(ΔL*)2-(ΔC*ab)2)1/2SL＝1/2(亮度的長(zhǎng)度)SH＝1/2(色調(diào)的長(zhǎng)度)SC＝1/2(色度的長(zhǎng)度)C，l＝常數(shù)，其中l(wèi)/c-2/1
表5與合金17的對(duì)比
表5(續(xù))
根據(jù)CMC標(biāo)準(zhǔn)，圖6展示出了在顏色空間中a*-b*平面座標(biāo)圖。處于橢圓范圍內(nèi)的組成對(duì)于眼睛而言似乎是類似的(顏色上不存在可感覺(jué)到的差異)。
圖7以顏色空間中的a*-b*平面座標(biāo)圖形式將表5中的合金展示出，圓圈中的數(shù)字對(duì)應(yīng)的是表5中的標(biāo)定的合金，L*軸沿右手縱列繪制，處于橢圓36范圍內(nèi)的銅合金對(duì)于肉眼而言具有類似的顏色，在右手刻度中的水平條36對(duì)應(yīng)的是L*軸與橢圓相交的位置。橢圓代表ΔEcmc＝1。這對(duì)應(yīng)的是鋅含量11-12％(重量)，錳含量5-10％(重量)、鎳含量4％(重量)。為了加強(qiáng)黃銅在本發(fā)明的合金中的重復(fù)利用和降低成本，容許鋅含量稍微增大，不超過(guò)約14％(重量)。
圖8以在比圖7比例更小的顏色空間中的a*-b*平面座標(biāo)圖形式對(duì)表5中的合金進(jìn)行了展示，以說(shuō)明本發(fā)明的合金與銅鎳合金(合金40)如何不同。
在表5中標(biāo)號(hào)為1-35的1.52mm(0.06英寸)厚的銅合金然后進(jìn)行了再結(jié)晶退火并且冷軋至0.76mm(0.03英寸)厚。對(duì)導(dǎo)電性進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果在表6中示出。然后，將合金在550℃下退火處理三個(gè)小時(shí)，再次測(cè)得的導(dǎo)電性在表7中示出。合金標(biāo)號(hào)對(duì)應(yīng)的是表5加上219(合金1是標(biāo)號(hào)220，合金35是標(biāo)號(hào)254，等等)，表5中示出的組成是名義指標(biāo)，實(shí)際分析的組成結(jié)果在表9中給出。
雖然初衷是用于制造包覆硬幣的銅合金，本發(fā)明的合金可設(shè)想在要求金色和大約5-7％IACS低導(dǎo)電性的任何場(chǎng)合中應(yīng)用，這樣的適當(dāng)場(chǎng)合之一是作為整體的貨幣坯料，這與包覆材料不同。該貨幣坯料可用以制造硬幣、紀(jì)念幣和娛樂(lè)場(chǎng)幣。
本發(fā)明的銅合金也可用于電路連接器和建筑或裝飾用途，建筑應(yīng)用場(chǎng)合包括門把手、手柄、踏板、火爐屏蔽欄、水龍頭把手、淋浴和浴室下水管，儀表蓋以及雇員微章材料。
當(dāng)作用連接器時(shí)，應(yīng)力松馳抗力是應(yīng)著重考慮的因素。應(yīng)力松馳是一種當(dāng)外加彈性應(yīng)力作用于金屬件上時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象。金屬通過(guò)產(chǎn)生大小相等但方向相反的內(nèi)彈性應(yīng)力來(lái)發(fā)生反作用。如果在受力位置受到約束，則內(nèi)彈性應(yīng)力隨時(shí)間延長(zhǎng)而下降。這種內(nèi)彈性應(yīng)力的逐步下降被稱為應(yīng)力松馳，其發(fā)生原因在于金屬中的彈性應(yīng)變?yōu)樗苄曰蛴谰脩?yīng)變所替代。內(nèi)應(yīng)力隨時(shí)間下降的速率與合金組成、合金韌度(temper)、相對(duì)于加工方向(例如縱向＝軋制方向)的取向以及暴露溫度有關(guān)。對(duì)于彈簧和接頭應(yīng)用而言，理想的是盡可能地減小應(yīng)力下降速率，即提高應(yīng)力松馳抗力，如表8所示，本發(fā)明的合金的殘余應(yīng)力百分比高于傳統(tǒng)的黃銅合金。
表6開(kāi)爾文橋?qū)щ娦裕滠堉?.76mm(0.03英寸)，試驗(yàn)長(zhǎng)度100mm
表6(續(xù))
表7開(kāi)爾文橋?qū)щ娦裕滠堉?.76mm(0.03英寸)，550℃退火3小時(shí)，試驗(yàn)長(zhǎng)度100mm
表7(續(xù))
表8-應(yīng)力松馳抗力
**RR軋下量，(去應(yīng)力退火，200℃-300℃，1-3小時(shí))§根據(jù)105小時(shí)的數(shù)據(jù)估計(jì)表9-組成分析結(jié)果
表9(續(xù))
表9(續(xù))
表9(續(xù))
*-火花法**-ICP法短程有序是一種固溶體中的溶劑(銅)和溶質(zhì)原子在晶格點(diǎn)陣中占據(jù)優(yōu)先位置的現(xiàn)象。當(dāng)有序化出現(xiàn)時(shí)，該合金的有些區(qū)域可以是有序的，而其它可以是無(wú)序的，有序部分典型的特征是其比無(wú)序部分的強(qiáng)度更高。這會(huì)導(dǎo)致從有序部分到無(wú)序部分合金強(qiáng)度的不連續(xù)并且使合金性能的預(yù)測(cè)變得困難。在Cu-Zn黃銅和Cu-Zn-Ni鎳銀中展現(xiàn)有序化的一種情形是在冷加工合金的去應(yīng)力退火期間強(qiáng)度提高。表10結(jié)果表明表5合金經(jīng)過(guò)初始50％的冷軋以及后來(lái)的300℃，2小時(shí)的去應(yīng)力退火處理后，屈服強(qiáng)度(YS)和極限抗拉強(qiáng)度(UTS)均增加。強(qiáng)度增加值超過(guò)27.6Mpa(4KSi)意味著發(fā)生了短程有序。為了降低例如用于連接器場(chǎng)合時(shí)由于短程有序引起的不穩(wěn)定性，合金組成(重量)應(yīng)如下最大值Zn＜15％ Mn＜9％ Ni6＜％范 圍Zn6-12％ Mn5-7％ Ni2-＜6％組 合(Zn+Mn)＜21％，Ni2-4％
表10去應(yīng)力退火引起的強(qiáng)度變化
顯然，根據(jù)本發(fā)明已提供了完合滿足前面提出的目的、特性和優(yōu)點(diǎn)的造幣用的金屬?gòu)?fù)合材料，雖然結(jié)合具體的實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，但是，顯而易見(jiàn)的是，從前面的介紹中，本領(lǐng)域的專業(yè)人員會(huì)明顯看到許多替代方案、修正方案和變更方案，因此，所有這種替代方案、修正方案和變更方案應(yīng)該包括在附后的權(quán)利要求書的精神和寬廣范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有金色外觀的銅合金，其基本組成為，以重量計(jì)10-15％鋅；7-12％錳；2-6％鎳；余者為銅和不可避免的雜質(zhì)，所述銅合金的導(dǎo)電性為5-7％IACS。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的銅合金，其特征在于所述導(dǎo)電性為5.1-6.1％IACS。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的銅合金，其特征在于所述鋅含量為10-12％重量。
4.能對(duì)由銅或銅基合金制成的芯進(jìn)行有效包覆的根據(jù)權(quán)利要求1的銅合金，其特征在于當(dāng)所述芯的導(dǎo)電性超過(guò)90％IACS，并且其厚度為所獲復(fù)合體總厚度的40-60％時(shí)，所述復(fù)合體在60KHZ與480KHZ之間的渦流測(cè)量勵(lì)磁頻率下具有Susan B.Anthony美國(guó)一元硬幣的不超過(guò)2％IACS的橫向?qū)щ娦浴?br> 5.一種銅合金，其基本組成為，以重量計(jì)5-10％錳；10-14％鋅；2-6％鎳；余者為銅和不可避免的雜質(zhì)，所述銅合金在60KHZ與480KHZ之間的渦流測(cè)量勵(lì)磁頻率下具有超過(guò)4％IACS的導(dǎo)電性。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的銅合金，其含有低于0.3％(重量)的鉻。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的銅合金，其特征在于所述導(dǎo)電性為5-7％IACS。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的銅合金，其特征在于所述錳含量為6.0-7.0％，所述鋅含量為11-12％，所述鎳含量為3.5-4.5％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的銅合金，其含有低于0.07％的鋁。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的銅合金，其具有與金色外觀相當(dāng)?shù)牧炼?、色度和色調(diào)等屬性。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的銅合金，其特征在于所述錳含量為6.0-7.0％，所述鋅含量為11-12％，所述鎳含量為3.5-4.5％。
12.由根據(jù)權(quán)利要求1-11中之任何一項(xiàng)的銅合金制成的貨幣坯料。
13.由根據(jù)權(quán)利要求1-11中之任何一項(xiàng)的銅合金制成的連接器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的連接器，其在合金由50％冷軋下進(jìn)行去應(yīng)力退火時(shí)具有低于27.6Mpa(4Ksi)的強(qiáng)度增加值。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的連接器，其在125℃下暴露1000小時(shí)后仍具有超過(guò)90％的殘余應(yīng)力。
16.一種包覆材料，其包括一個(gè)具有由第一個(gè)和第二個(gè)相對(duì)表面確定的第一個(gè)厚度的芯，所述芯由銅或銅基合金制成，并且具有超過(guò)90％IACS的導(dǎo)電性；其有第二個(gè)厚度并且與所述第一個(gè)相對(duì)表面結(jié)合的第一個(gè)包覆層；以及具有第三個(gè)厚度并且與所述第二個(gè)相對(duì)表面結(jié)合的第二個(gè)包覆層，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層是含有錳、鎳和鋅，在60KHZ和480KHZ之間的渦流測(cè)量勵(lì)磁頻率下導(dǎo)電性至少4％IACS的銅基合金，對(duì)所述第一個(gè)厚度，所述第二個(gè)厚度和所述第三個(gè)厚度分別以選擇，以使所述包覆材料在60KHZ和480KHZ之間的渦流測(cè)量勵(lì)磁頻率下具有Susan B.Anthony美國(guó)一元硬幣的不超過(guò)約2％IACS的橫向?qū)щ娦浴?br> 17.根據(jù)權(quán)利要求16的包覆材料，其特征在于所述芯的導(dǎo)電性超過(guò)99％IACS。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的包覆材料，其特征在于所述芯是銅合金C110。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層分別的基本組成為，以重量計(jì)5-10％錳、10-14％鋅，2-6％鎳。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層各含有低于0.3％重量的鉻。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層各具有5-7％IACS的導(dǎo)電性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層的每一個(gè)中，所述錳含量為6.0-7.0％，所述鋅含量為11-12％，所述鎳含量為3.5-4.5％。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層各含有低于0.07％的鋁。
24.根據(jù)權(quán)利要求21的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層各具有與金色外觀相當(dāng)?shù)牧炼?、色度和色調(diào)屬性。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的包覆材料，其特征在于每一個(gè)所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層中，所述錳含量為6.0-7.0％，所述鋅含量為11-12％，所述鎳含量為3.5-4.5％。
26.根據(jù)權(quán)利要求24的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層的厚度分別為總厚度的20-30％，所述芯的厚度為所述總厚度的約40-60％。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的包覆材料，其特征在于所述第一個(gè)包覆層和所述第二個(gè)包覆層的厚度分別約為所述總厚度的25％，所述芯的厚度約為所述總厚度的50％。
28.由根據(jù)權(quán)利要求26的包覆材料制成的貨幣材料。
全文摘要
提供用于制造具有金色外觀的硬幣的銅基合金,所述材料的橫向?qū)щ娦耘c銅合金C713基本相似,而且,當(dāng)其作為銅合金C110芯的包覆層時(shí),其橫向?qū)щ娦耘cSusan B.Anthony美國(guó)一元硬幣兩側(cè)面基本相似。所述銅基合金是銅－錳－鋅－鎳合金。
文檔編號(hào)C22F1/08GK1353772SQ00808362
公開(kāi)日2002年6月12日 申請(qǐng)日期2000年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月5日
發(fā)明者D·R·布拉爾, E·沙皮羅, K·D·科萊恩, J·C·亞伍德, J·F·布里迪斯 申請(qǐng)人:奧林公司