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造币材料中的后起之秀－－钢芯包覆硬币(2007-09-02 15:12:43)转载▼标签： IT/科技天圆地方
众所周知，金、银、镍、铜等金属是传统的造币材料，为世界众多国家的造币厂家所选用。早在一百多年前，含７５％铜，２５％镍的铜镍合金首先被用于制造硬币，现在用铜镍合金作为一种白色金属被制成硬币在世界许多国家使用。七十多年前，当人们要求金属硬币的性能优越于铜镍合金时，纯镍就被用作好的造币材料，目前世界上仍有几十个国家使用纯镍硬币。
铜镍合金和纯镍所以被普遍地用作造币材料，主要是因为它们的成本要比金、银要低得多，而且这种金属的色泽是白色的，近似于银子的颜色。因而，它们可以用作银子的替代物，并迅速地被人们所接受。人们虽然辩认出硬币金属已被改变，但还是接受了它，这是因为它们符合于一般使用的硬币外貌。目前，银币的替代物完全是中等价值的金属，而且几乎完全是高面值的硬币。然而近半个世纪以来，由于世界工业经济的迅速发展，对有色金属的需求随之猛增，同时用于造币的金属材料消耗亦急剧上升。而另一方面，金属市场上金、银、镍、铜等有色金属的价格不断上涨，特别是八十年代以来，镍、铜等金属价格的上涨幅度更为猛烈。这样在许多国家里，就造成了制造硬币本身的金属价格超过了硬币的面值，特别是那些大规格低面值的硬币，其本身制造成本已大大高于面值，从而使大量的硬币很快地从流通领域中消失或被重新熔化挪作他用。这就给硬币的制造发行带来了巨大的经济损失。这样就迫使各国的造币厂改变制造硬币的金属成份，大力研制低成本的造币金属材料，不用或少用传统的造币材料，以新的廉价的金属材料取代日益昂贵的金、银、镍、铜等传统的造币金属材料，并着力研究与之相适应的造币生产工艺技术和造币设备，已经取得了很大的进展。例如：加拿大、英国、南非等国于七十年代末、八十年代初研制的钢芯镀镍、钢芯镀铜、锌芯镀铜等包复材料被大量用于制造流通硬币；巴西、意大利、墨西哥、法国等国研制用不锈钢为材料制造普通硬币也得到了迅速的发展；美国、德国采用铜铁覆合金属来制造的流通硬币，使其硬币的制造成本大大降低。
大家知道，铁是一种最便宜的金属，有足够的加工塑性可铸造成硬币。但是，铁的耐腐蚀性能、抗磨损性能都很差，而且用不了几天就失去了原有的金属光泽。为了利用铁的低成本优点，克服它的一些不合要求的特性，采用轧制方法制取尤如“三明治”式的包覆材料来生产流通硬币已有多年了，已被许多国家造币厂采用。这种轧制方法生产的包覆材料有铁覆铜、铁覆镍等，具有生产成本低；适宜于电子售货机；不容易伪造；外观表面与它所替代的银、铜、镍等材料一样，易于为人们所接受等四大优点。
德国VDM公司早在五十年代就开始研制铁覆铜和铁覆镍的造币材料，到了七十年代已制造出二十多种这样的“三明治”式的包覆造币材料供各国造币厂选用。这种包覆材料主要是软钢或低碳钢，既便宜又可大量买到，并且具有良好的工艺加工性能，很容易被包覆上铜、镍等有色金属材料。用这些包覆材料制成的硬币在一些寒冷干燥的地区是非常适用的，但在一些气候温暖潮湿的地区就遇到了麻烦。首先是暴露在硬币边缘的铁芯层很容易氧化生锈，使得硬币边缘失去光泽，铁锈还不断地锈蚀到硬币中间的覆合层间，从而破坏了整个硬币的外表。此外，这种包覆材料的硬币外表毕竞和传统的硬币要差的多，不能普遍被人们所接受，尽管造币成本很低，但其应用还是受到了限制。
为了解决这个问题，防止硬币边缘生锈，各国造币厂都希望能研制出一种色泽美观、价格便宜、边缘不会生锈的耐腐抗磨性好的造币材料来取代铜镍合金或纯镍材料。在这方面，加拿大SHERRITT公司提出了一种使用低碳钢作芯层坯件，再用滚镀工艺法把金属镍电镀到钢芯坯件上，经过高温烧结处理，可把镍层牢固地粘覆到钢芯坯件表层的工艺方法，这种工艺方法制成的造币材料称为钢芯镀镍包覆材料（简称镍包钢坯饼）。该公司于１９８１年１０月向世界宣称首先建成了一座年产２亿枚钢芯镀镍坯饼生产车间，并邀请了二十多个国家的政府代表和造币专家共计８５人进行专题学术讨论，对钢芯镀镍坯饼的冶金学、耐腐蚀性、耐磨损性和今后的发展前途进行了有益的讨论。国际造币界普遍认为：钢芯镀镍坯饼具有明显的经济价值，是八十年代对世界造币的新贡献，为解决造币成本高于面值的矛盾开辟了广阔的前景。但也有造币专家提出了一些不同的看法，他们认为钢芯镀镍硬币不适用于如美国这样硬币系列早已定型且自动售货机、投币电话又十分普及的国家，因为钢芯镀镍硬币的电磁性能与现行的流通硬币不同，从而导致已有的自动售货机、投币电话不可能判别混合流通的钢芯镀镍硬币，除非对现有的自动售货机、投币电话进行大规模的技术改造，而事实这在目前显然是不可能的。但是低成本的钢芯镀镍硬币无疑会给那些硬币系列尚未定型的国家带来可观的经济效益，这也是钢芯镀镍硬币对许多造币厂具有巨大吸引力的原因所在。
我国自八十年代中期就着手引进钢芯镀镍坯饼生产线的技术改造了。经过我国造币工作者的勤奋工作，于１９９０年８月成功地研制发行了我国第一套钢芯镀镍硬币（一套二枚）“第十一届亚洲运动会流通纪念币”。从此掀开了我国大规模制造钢芯镀镍硬币的历史。１９９２年６月１日起，中国人民银行在全国范围内发行了一组新的流通硬币，面值分别为１角、５角和１元，其中１元就是采用钢芯镀镍坯饼压印的。新的１元硬币具有惹人喜爱的柔和白色，美丽的外观就是由于在钢芯圆坯的表面镀覆上了一层金属镍的缘故。新的１元硬币正面图案采用了浅浮雕设计，以适合钢芯镀镍坯饼的特点；背面图案突破了传统流通硬币的设计模式，设计了名贵花卉图案，一朵有绿叶衬托的盛开牡丹花喷芳吐蕊。它像征着我国各族人民振奋精神发展社会主义经济的风貌和人民向望丰衣足食奔向富裕生活的强烈愿望。这种低成本、高效益、经久耐用的新颖造币材料和流通硬币，当时除了加拿大、英国具有大规模的生产能力外，我国钢芯镀镍流通硬币的出台，证明我国也具有世界一流的钢芯镀镍硬币生产能力，亦进一步增强了我国在世界造币行业竞争中的声誉和地位。此后，我国又连续研制开发了以钢芯镀镍坯饼为材料的流通纪念硬币有：“全民义务植树运动十周年流通纪念币”（一套三枚）、“宋庆龄诞辰１００周年流通纪念币”、“毛泽东诞辰１００周年流通纪念币”、“希望工程流通纪念币”、“联合国成立５０周年流通纪念币”、“刘少奇诞辰１００周年流通纪念币”等十几个以国内外重大题材为内容的流通纪念币品种。这一系列流通硬币和流通纪念币的研制开发成功，有力地证明了钢芯镀镍硬币是完全适应我国国情的，是具有强大的生命力和广阔的发展前途的。
钢芯镀镍硬币是如何制造出来的呢？简单地说，就是造币厂将含碳量低于0.03％的硬状态钢带在高速冲压机上冲制出圆形坯芯，然后通过滚镀工艺在坯芯上电镀上一层薄薄的金属镍，经过高温烧结热处理，使得在金属镍与铁芯复合层之间产生一层Ni-Fe扩散层，以利镍-铁牢固结合，然后再在硬币压印机上经过压印，就成了钢芯镀镍硬币。钢芯镀镍硬币属于全包覆类型，其外观同纯镍硬币几乎类似，难分伯仲，比铜镍合金制造的硬币还要洁白和惹人喜爱，不存在铝币那种摩擦脏污现象。而且硬币质感强烈，金属充填性好，压印后硬币图纹细部清晰挺括，硬币表面硬度高，耐腐抗磨性好，能经受得住市场流通过程中长期磨擦。由于钢芯镀镍硬币的镀镍层很薄，故相对而言其制造成本可大大降低。
从技术观点来看，电镀沉积的金属表层不可能是完全致密的，外界不良物质如空气、水汽或其他腐蚀介质可以通过电镀表层微孔渗入到包覆复材料的内部铁芯，从而造成氧化腐蚀由内向外发展的现象。为此，镀覆金属镍后的钢芯镀镍坯饼必须经过高温烧结工艺处理，使得金属镍层和内部的铁芯之间形成一个镍－铁固溶带（或称扩散层）。正是由于这个固溶带的存在，阻隔了外界媒介物质的渗入侵蚀，从而保证了钢芯镀镍硬币的耐腐蚀性能大大提高。再进一步说，为了使这个固溶层更加致密，还必须严格控制低碳钢带的杂质含量，事实上，造币厂只允许使用杂质含量极少的高纯铁来制造钢芯镀镍硬币的铁芯的。
在采用钢芯镀镍坯饼来制造流通硬币的时候，要注意硬币图案的设计和塑造浮雕高度与其相适应。也就是说，一个很高的图纹或图纹边缘梯度很陡的浮雕是不适应来压印钢芯镀镍硬币的。因为这种图案即使被完美地压印出来了，同时伴随着的是镍－铁层之间极薄的固溶层隔离带也遭到了破坏。因此，最终在钢芯镀镍硬币上表现出来的层次极为丰富、立体效果强烈的薄浮雕图案，则是造币厂美术设计师和造币工艺师们精湛专业技术的完美体现。
在实验室中进行流通模拟试验表明，钢芯镀镍硬币历经反复使用，其市场流通寿命可维持二十年以上。事实上，自第一枚钢芯镀镍硬币面世至今，已有二十多年的历史了。目前全世界每年要制造出数十亿枚的钢芯镀镍流通硬币进入流通领域，受到越来越多人们的认可和欢迎，充分显示了钢芯镀镍硬币强大的生命力。我们相信，今后将会有更多更好的钢芯镀覆造币材料出现在人们的面前。
