Медно никелевый сплав монеты

Когда слышишь про медно никелевый сплав монеты, первое что приходит в голову — мельхиор, но в реальности составов десятки. Многие до сих пор путают нейзильбер с мельхиором, хотя разница в содержании цинка критична для коррозионной стойкости. На практике даже легирующие добавки вроде марганца или железа могут кардинально менять поведение сплава при чеканке.

Технологические тонкости составов

Вот смотрите: классический мельхиор МН19 — это 19% никеля, остальное медь. Но если добавить всего 0.5% марганца, получаем МН19-0.5, который меньше 'течёт' при штамповке. Как-то на производстве пробовали экономить — убрали марганец, так на ребрах монет появились микротрещины. Пришлось возвращаться к проверенному варианту.

Кстати, у китайских коллег из ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии' видел интересные наработки по сплаву медь-никель-кремний. Они там добились однородности структуры за счет особого режима отжига — такой материал меньше изнашивает штампы. На их сайте https://www.lianxin-metal.ru есть технические карты, но некоторые нюансы конечно в открытом доступе не выкладывают.

Запомнился случай с термообработкой: казалось бы, отжиг при 700°C стандартен, но если перед этим была холодная деформация более 60%, появляются риски межкристаллитной коррозии. Пришлось разрабатывать ступенчатый режим охлаждения — сейчас это кажется очевидным, но тогда на эксперименты ушло три месяца.

Проблемы контроля качества

Содержание кислорода — отдельная головная боль. Даже 0.02% способны создать включения, которые проявятся при полировке заготовок. Как-то получили партию с идеальным химическим составом, но после чеканки на 30% монет появились 'кратеры'. Оказалось — проблема в газонасыщении при разливке.

Сейчас для особо ответственных заказов используем бескислородную медь как основу, но это удорожает процесс на 15-20%. Хотя для коллекционных монет это оправдано — поверхность получается без единой раковины.

Контроль твёрдости по Роквеллу — ещё один момент где часто ошибаются. Замеры нужно делать строго после стабилизирующего отжига, иначе разброс показателей достигает 10-15 единиц. Проверено на сплаве МН25 — при неправильном термоциклировании твёрдость 'плыла' от 45 до 60 HRB.

Особенности обработки

При шлифовке медно никелевый сплав монеты важно контролировать температуру — перегрев выше 150°C приводит к выделению интерметаллидов по границам зёрен. Потом эти включения выкрашиваются при полировке. Научились использовать водно-солевые эмульсии с ингибиторами коррозии — решение простое, но эффективное.

Резка заготовок — отдельная история. Ленточнопильные станки должны иметь строго определённую подачу — для медно-никелевых сплавов оптимально 0.08-0.12 мм/зуб. Если больше — край 'заминается', если меньше — инструмент перегревается. Дорабатывали технологию полгода, пока не подобрали баланс.

Интересно что для монет сложной формы иногда применяют обработку металлических профилей нестандартной формы — как раз то что упоминается в описании деятельности ООО 'Сучжоу Ляньсинь'. Правда у них больше ориентируются на титано-медь и хром-циркониевую медь, но принципы похожи.

Дефекты и их устранение

Вот характерный дефект — 'серебристые потёки' на готовых монетах. Возникает когда никель неравномерно распределяется в структуре. Лечится гомогенизацией при 850-900°C с последующей закалкой. Но здесь важно не переборщить с временем выдержки — зерно растёт, пластичность падает.

Ещё бывает 'рыхлота' кромки — выглядит как мелкие расслоения. Обычно виноваты примеси свинца или висмута. Сейчас перед плавкой обязательно делаем спектральный анализ шихты, особенно если используем вторичное сырьё.

Коробление после штамповки — бич тонких монет. Решение нашли эмпирически: предварительный отпуск при 300°C снижает упругий последействие. Хотя в теории этого быть не должно — видимо есть какие-то структурные изменения которые не описываются в стандартных справочниках.

Перспективные разработки

Сейчас экспериментируем с добавкой 0.3% алюминия в медно-никелевый сплав — предварительные результаты показывают увеличение износостойкости на 18-20%. Правда пришлось пересматривать режимы травления — алюминий образует тугоплавкие оксиды.

Интересное направление — медно-алюминиевые композитные материалы, но для монет они пока слишком дороги. Хотя для памятных выпусков возможно будут востребованы — слоистая структура даёт уникальный визуальный эффект.

Из последнего — пробуем наносить поверхностные покрытия на металлы по технологии похожей на ту что используют в ООО 'Сучжоу Ляньсинь Новые материалы и технологии'. Но если у них это для промышленных применений, то мы адаптируем для декоративных целей. Пока получается добиться адгезии покрытия к основе без потери детализации рельефа.

Экономические аспекты

Себестоимость медно никелевый сплав монеты сильно зависит от цены никеля на LME. В прошлом году когда никель подскакивал до $50 000/т, рассматривали вариант временного перехода на медно-железные сплавы. Но потери в качестве не оправдали экономии.

Оптимизация расхода материала — вечная тема. Снизили толщину заготовки на 0.1 мм — экономия 4% металла, но пришлось модернизировать пресса для сохранения чёткости чеканки. В итоге окупилось за полтора года.

Сейчас считаем целесообразность перехода на бериллиевую бронзу для коллекционных монет — свойства отличные, но токсичность при обработке требует дополнительных мер защиты. Пока не готовы рисковать здоровьем персонала.