一種無氰電鍍銅-錫合金層為表層的用於造幣的多層電鍍工藝的製作方法

2023-11-04 03:49:07

專利名稱：一種無氰電鍍銅-錫合金層為表層的用於造幣的多層電鍍工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及造幣技術領域，具體地說是一種採用多層電鍍與無氰電鍍銅-錫合金 技術相結合的工藝，是一種新的電鍍造幣包覆材料的生產工藝。
背景技術：
含氰電鍍的歷史可以追溯到1831年，實用型的電鍍工藝是1840年由Elkington 獲得的氰化鍍銀專利開始的。氰化鍍鋅在第一次世界大戰期間就已經獲得實際應用，隨後， 氰化電鍍技術被廣泛應用於鋅、銅、鎘、銀、金等多種單金屬或合金電鍍。但氰化物是劇毒物 質，其致死量僅僅為5mg，因此，對劇毒氰化物的管理和含氰電鍍液的廢水排放處理提出了 很高的要求。20世紀70年代，無氰鍍鋅工藝的研究首先獲得了突破，到目前為止，無氰鍍 銅、無氰鍍金銀、無氰鍍銅合金等技術相繼開發問世，並開始在某些工業領域中得到應用。 目前國際造幣行業中採用的電鍍材料主要有鍍銅、鍍鎳、鍍銅合金等，其中電鍍銅-錫合金 技術還是採用含氰電鍍或分別鍍單金屬後採用熱處理的方法形成合金層。

發明內容
本發明的目的在於提供一種無氰電鍍銅-錫合金工藝，採用多層電鍍的方式彌補 無氰電鍍銅-錫合金鍍層比含氰電鍍銅-錫合金鍍層薄的問題；該工藝所有鍍種均為無氰 環保型，大大降低了對劇毒氰化物的管理成本，改善了施鍍環境，減小了廢水對環境影響的 壓力，同時也大大提高了硬幣電鍍包覆材料的製作水平。實現本發明目的的具體技術方案是一種多層無氰電鍍銅-錫合金工藝，其工藝是以低碳鋼造幣坯料為基體，在其上 依次進行電鍍無氰鹼銅層、硫酸銅層、無氰銅-錫合金層，具體步驟如下(1)鹼性清洗將造幣坯料放入鹼性清洗液中進行清洗，在溫度為60 65°C的鹼性清洗液中進 行20 30分鐘清洗，然後用55 60°C的去離子水進行第一次漂洗；
(2)陽極清洗將上述鹼洗後的造幣坯料放在陽極電解液中，進行5 10分鐘的陽極電解清洗， 然後用55 60°C的去離子水進行第二次漂洗；(3)酸洗將上述陽極清洗後的造幣坯料放在濃度為400 500mL/L的HCL溶液中，溫度為 20 25°C，進行5 6分鐘的酸活化，然後用常溫的去離子水進行第三次漂洗；(4)電鍍無氰鹼銅層將上述活化後的造幣坯料放入pH值為8 8. 5的無氰鹼銅電鍍液中，在20 25 °C 溫度下電鍍銅層，電流密度為1 1. 5A/dm3，電鍍時間20 30分鐘；(5)水洗
將電鍍無氰鹼銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行第四次 漂洗；(6)電鍍硫酸銅層將上述去離子水漂洗後的造幣坯料放入硫酸銅電鍍液中，在20 25°C溫度下電 鍍銅層，電流密度為0. 7 1. 5A/dm3，電鍍時間200 230分鐘；(7)水洗將經過電鍍硫酸銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行第五 次漂洗；(8)活化將上述水清洗後的造幣坯料放在活化液中，進行15 20分鐘活化，然後用常溫的 去離子水進行第六次漂洗；(9)電鍍無氰銅-錫合金層將經過第六次去離子水漂洗後的造幣坯料放入PH值為8. 0 8. 5的無氰銅-錫 合金電鍍液中，在20 25°C溫度下電鍍銅-錫合金層，電流密度為0. 7 1. 5A/dm3，電鍍 時間100 120分鐘；(10)水洗乾燥將經過電鍍無氰銅-錫合金層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水 進行第七次漂洗，然後將造幣坯料乾燥；(11)高溫熱處理將上述乾燥後的造幣坯料放入高溫熱處理爐中，爐內通還原性保護氣氛，在 550°C 650°C溫度下進行熱處理，熱處理時間20 40分鐘。本發明採用無氰電鍍銅-錫合金技術，充分利用無氰合金電鍍的先進性和優越 性，結合多層電鍍的方式，通過基底銅鍍層和表面銅-錫合金鍍層之間的合理組合，解決目 前電鍍屆公認的無氰電鍍合金鍍層較薄的難點，採用無氰電鍍銅-錫合金技術，可以節約 對劇毒氰化物的管理成本；大大改善施鍍條件，有利於工作人員的身體健康和環境的保護。採用該工藝製作的造幣坯餅，表層銅-錫合金層厚度不低於8微米，兩層銅層厚度 和不低於12微米，鍍層的結合力、耐蝕性能、耐磨性能、硬度等指標均滿足造幣應用要求。


附圖1為本發明的工藝流程圖
具體實施例方式一種多層無氰電鍍銅-錫合金工藝，特點是採用無氰電鍍銅-錫合金技術與多層 電鍍技術相結合，其工藝是以低碳鋼造幣坯料為基體，在其上依次進行電鍍無氰鹼銅層、硫 酸銅層、無氰銅-錫合金層，具體步驟如下(1)鹼性清洗將造幣坯料放入鹼性清洗液中，鹼性清洗液採用市售清洗劑RK-1100用去離子水 以60 70g/L的濃度配製，溫度為60 65°C，進行20 30分鐘清洗，然後用55 60°C 的去離子水進行第一次漂洗；
(2)陽極清洗將鹼洗後的造幣坯料放在陽極電解液中，陽極清洗液採用市售清洗劑RK-1100用 去離子水以60 70g/L的濃度配製，溫度為50 55°C，電流密度1 2A/dm2，進行5 10 分鐘的陽極電解清洗，然後用55 60°C的去離子水進行第二次漂洗；(3)酸洗將上述陽極清洗後的造幣坯料放在濃度為400 500mL/L的HCL溶液中，溫度 20 25°C，進行5 6分鐘的酸洗，然後用常溫的去離子水進行第三次漂洗；(4)電鍍無氰鹼銅層將酸洗後的造幣坯料放入pH值為8 8. 5的無氰鹼銅電鍍液中，在20 25°C溫 度下電鍍銅層，電流密度為1 1. 5A/dm3，電鍍時間20 30分鐘；(5)水洗將上述電鍍無氰鹼銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行第 四次漂洗；(6)電鍍硫酸銅層將第四次去離子水漂洗後的造幣坯料放入硫酸銅電鍍液中，在20 25°C溫度下 電鍍銅層，電流密度為0. 7 1. 5A/dm3，電鍍時間200 230分鐘；(7)水洗將上述電鍍硫酸銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行第五 次漂洗；(8)活化將水洗後的造幣坯料放在活化液中，活化液為市售的的活化劑RK-2000用去離子 水以70 80g/L的濃度配製，其溫度為20 25°C，進行15 20分鐘活化，然後用常溫的 去離子水進行第六次漂洗；(9)電鍍無氰銅-錫合金層將第六次去離子水漂洗後的造幣坯料放入PH值為8. 0 8. 5的無氰銅-錫合金 電鍍液中，在20 25 °C溫度下電鍍銅-錫合金層，電流密度為0. 7 1. 5A/dm3，電鍍時間 100 120分鐘；(10)水洗乾燥將上述電鍍無氰銅-錫合金層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水 進行第七次漂洗，然後將造幣坯料乾燥；(11)高溫熱處理將上述乾燥後造幣坯料放入高溫熱處理爐中，爐內通還原性保護氣氛，在550°C 650°C溫度下進行熱處理，熱處理時間20 40分鐘。上述無氰鹼銅電鍍液工藝組分如下
焦磷酸鉀320 370g/L
焦磷酸銅15 25g/L
添加劑RK-30030 40mL/L
添加劑RK-1003 8mL/L
上述硫酸銅電鍍液工藝組分如下
硫酸銅濃度為98%的濃硫酸濃度為35%的濃鹽酸上述無氰銅-錫合金E焦磷酸鉀焦磷酸亞錫焦磷酸銅添加劑RK-300添加劑RK-100添加劑RK-700
隱合金電鍍液工藝組分如下
硫酸 80 98mL/L
酸 0. 10 0. 15mL/L
320 370g/L 2 !3g/L 15 20g/L 30 40mL/L 0. 5 1. OmL/L 0. 01 0. 05g/L
75 90g/L該工藝流程順暢，鍍液性能穩定，易維護，添加劑和離子的補充方法簡單易操作， 各成分的消耗量及補充方法如下(1)無氰鹼銅電鍍液補充方法理論消耗量濃縮補充液:4.2mL/A · h，RKlOO :0. 6mL/A · h ；補充方法按消耗量每兩小時補充一次，同時要對鍍液中各種離子濃度進行測試， 如因鍍液帶出等原因導致鍍液中各成分濃度偏離正常範圍，需及時補充調整。(2)無氰銅-錫合金電鍍液補充方法濃縮補充液配製焦磷酸鉀 600g/L焦磷酸亞錫 120g/L添加劑 RK300 20mL/LPH8. 1理論消耗量濃縮補充液:4.2mL/A · h，RK100 :0. 6mL/A · h ；補充方法按消耗量每兩小時補充一次，同時要對鍍液中各種離子濃度進行測試， 如因鍍液帶出等原因導致鍍液中各成分濃度偏離正常範圍，需及時補充調整。本專利申請中所用的清洗劑RK-1100、活化劑RK-2000、添加劑RK-100、添加劑 RK-300、添加劑RK-700均為市場上可採購到的成熟產品，本企業由日正井(上海)國際貿 易有限公司採購。實施例以低碳鋼造幣坯料為基體，在其上依次電鍍無氰鹼銅層、酸銅層、無氰銅-錫合金 層，具體步驟如下(1)鹼性清洗將造幣坯料放入鹼性清洗液中，清洗液為60g/L的鹼性清洗劑RK-1100，溫度為 65°C進行20分鐘清洗，然後用60°C的去離子水漂洗；(2)陽極清洗將上述鹼洗後的造幣坯料放在陽極電解液中，電解液為80g/L的陽極清洗劑
濃縮補充液配製焦磷酸鉀
600g/L 100g/L 25mL/L 8. 1
焦磷酸銅 添加劑RK300 PH
7RK-1100，溫度55°C，電流密度lA/dm2，進行10分鐘的陽極電解清洗，然後用60°C的去離子 水漂洗；(3)酸洗將上述陽極清洗後的造幣坯料放在濃度為500mL/L的HCL溶液中，溫度22°C，進行 5分鐘的酸活化，然後用常溫的去離子水漂洗；(4)電鍍無氰鹼銅層將上述活化後的造幣坯料放入pH值為8. 2的無氰鹼銅電鍍液中，在22°C溫度下 電鍍銅層，電流密度為1. 5A/dm3，電鍍時間20分鐘。無氰鹼銅鍍液由以下組分構成焦磷酸 鉀，350g/L ；焦磷酸銅，25g/L ；添加劑 RK-300，35mL/L ；添加劑 RK-100，5mL/L ；(5)水洗將上述電鍍無氰鹼銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水漂洗幹 淨。(6)電鍍硫酸銅層將上述去離子水漂洗後的造幣坯料放入硫銅電鍍液中，在22°C溫度下電鍍銅層， 電流密度為1. OA/dm3,電鍍時間200分鐘。硫酸銅電鍍液由以下組分構成硫酸銅，80g/L ； 98% 濃硫酸，80mL/L ；濃鹽酸，0. 15mL/L ；(7)水洗將上述電鍍硫酸銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水漂洗幹 淨；(8)活化將上述水清洗後的造幣坯料放在活化液中，活化液為市售的活化劑RK-2000，以 80g/L的活化劑配製，溫度為22°C，進行15分鐘活化，然後用常溫的去離子水漂洗；(9)電鍍無氰銅-錫合金層將上述去離子水漂洗後的造幣坯料放入PH值為8. 1的無氰銅-錫合金電鍍液 中，在22°C溫度下電鍍銅-錫合金層，電流密度為1.5A/dm3，電鍍時間120分鐘。其中的 焦磷酸鉀，350g/L ；焦磷酸亞錫，2. 5g/L ；焦磷酸銅，18g/L ；添加劑RK-300，35mL/L ；添加劑 RK-100,1. OmL/L ；添加劑 RK_700，0. Olg/L。(10)水洗乾燥將上述電鍍無氰銅-錫合金層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水 進行第七次漂洗，然後將造幣坯料乾燥；(11)高溫熱處理將上述乾燥後的造幣坯料放入高溫熱處理爐中，爐內通還原性保護氣氛，在550°C 溫度下進行熱處理，熱處理時間30分鐘。除上述實施例外，本發明還可以有其它實施方式。凡採用等同替換或等效變換形 式的工藝方案，均落在本發明要求的保護範圍內。
權利要求
1.一種無氰電鍍銅-錫合金層為表層的用於造幣的多層電鍍工藝，所述的工藝是以低 碳鋼造幣坯料為基體，在其上依次進行電鍍無氰鹼銅層、硫酸銅層、無氰銅-錫合金層，具 體步驟如下(1)鹼性清洗將造幣坯料放入鹼性清洗液中，進行20 30分鐘清洗，然後用55 60°C的去離子水 進行第一次漂洗；(2)陽極清洗將上述鹼洗後的造幣坯料放在陽極電解液中，進行5 10分鐘的陽極電解清洗，然後 用55 60°C的去離子水進行第二次漂洗；(3)酸洗將上述陽極清洗後的造幣坯料放在濃度為400 500mL/L的HCL溶液中，溫度20 25°C，進行5 6分鐘的酸活化，然後用55 60°C的去離子水進行第三次漂洗；(4)電鍍無氰鹼銅層將上述酸活化後的造幣坯料放入pH值為8 8. 5的無氰鹼銅電鍍液中，在20 25 °C 溫度下電鍍銅層，電流密度為1 1. 5A/dm3，電鍍時間20 30分鐘；(5)水洗將上述電鍍無氰鹼銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行第四次 漂洗；(6)電鍍硫酸銅層將第四次去離子水漂洗後的造幣坯料放入硫酸銅電鍍液中，在20 25°C溫度下電鍍 銅層，電流密度為0. 7 1. 5A/dm3，電鍍時間200 230分鐘；(7)水洗將上述電鍍硫酸銅層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行第五次漂洗；(8)活化將上述水清洗後的造幣坯料放在活化液中，進行15 20分鐘活化，然後用常溫的去離 子水進行第六次漂洗；(9)電鍍無氰銅-錫合金層將第六次去離子水漂洗後的造幣坯料放入PH值為8. 0 8. 5的無氰銅-錫合金電鍍 液中，在20 25°C溫度下電鍍銅-錫合金層，電流密度為0. 7 1. 5A/dm3，電鍍時間100 120分鐘；(10)水洗乾燥將上述電鍍無氰銅-錫合金層後的造幣坯料放入去離子水中，用常溫的去離子水進行 第七次漂洗，然後將造幣坯料乾燥；(11)高溫熱處理將上述電鍍無氰銅-錫合金層後的造幣坯料放入高溫熱處理爐中，爐內通還原性保護 氣氛，在550°C 650°C溫度下進行熱處理，熱處理時間20 40分鐘。
2.據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述電鍍無氰鹼銅層步驟中無氰鹼銅電鍍液 按如下組分配製焦磷酸鉀 焦磷酸銅 添加劑 RK-300 30 40mL/L 添加劑RK-100 3 8mL/L
3.據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述電鍍硫酸銅層步驟中硫酸銅電鍍液按如
4.根據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述電鍍無氰銅-錫合金層步驟中無氰銅 錫合金電鍍液按如下組分配製添加劑 RK-300 30 40mL/L 添加劑 RK-100 0. 5 1. OmL/L 添加劑 RK-700 0. 01 0. 05g/L
5.根據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的鹼性清洗步驟中鹼性清洗液採用市 售鹼性清洗劑RK-1100，用去離子水以60 70g/L的濃度配製，鹼性清洗液的溫度為60 65 "C。
6.根據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的陽極清洗步驟中陽極電解液採用市 售清洗劑RK-1100，用去離子水以60 70g/L的濃度配製，電解液溫度為50 55°C，電解 液中的電流密度1 2A/dm2。
7.根據權利要求1所述的工藝，其特徵在於所述的活化步驟中的活化液為市售的的活 化劑RK-2000，用去離子水以70 80g/L的濃度配製，活化液的溫度為20 25V。下組分配製硫酸銅 98%濃硫酸 35%濃鹽酸 焦磷酸鉀320 370g/L焦磷酸業錫 2 3g/L 焦磷酸銅15 20g/L
全文摘要
本發明公開了一種多層無氰電鍍銅-錫合金工藝，其特徵為，採用無氰電鍍銅錫合金技術與多層電鍍技術結合，用於電鍍造幣包覆材料的生產工藝，其工藝流程包括鹼性清洗、陽極清洗、酸洗、電鍍無氰鹼銅層、水洗、電鍍硫酸銅層、水洗、活化、電鍍無氰銅-錫合金層、高溫熱處理。本發明通過基底銅鍍層和表面銅-錫合金鍍層之間的合理組合，解決目前電鍍屆公認的無氰電鍍合金鍍層較薄的難點，採用無氰電鍍銅-錫合金技術，該工藝所有鍍種均為無氰環保型，可降低了對劇毒氰化物的管理成本，改善施鍍環境，減小廢水對環境影響的壓力，有利於工作人員的身體健康和環境的保護。
文檔編號C25D5/10GK102108533SQ20091020095
公開日2011年6月29日 申請日期2009年12月25日 優先權日2009年12月25日
發明者張勃, 徐偉, 李玉偉, 王卓新 申請人:上海造幣有限公司, 中國印鈔造幣總公司