本發明屬于金屬幣章防偽,具體涉及一種具有雙程形狀記憶效應防偽標識的金屬紀念幣章及其制作方法。
背景技術:
1、金屬紀念幣、紀念章設計優美,鑄造精良,可滿足人們的投資、收藏、饋贈等需求。隨著生活水平的不斷提高,人們對金屬紀念幣、紀念章的關注度也不斷提升。紀念幣和紀念章的傳統防偽技術(如微縮文字、隱形雕刻、邊部絲齒滾字和雙金屬防偽結構等)的安全性和可靠性受到了極大的挑戰,防偽優勢已不再明顯。因此,研發一種既能易于大眾識別又能具有較高的防偽性能的防偽技術成為了造幣行業亟需解決的難題之一。
2、形狀記憶合金具有能夠在溫度場、力場或磁場的作用下發生馬氏體相變或逆馬氏體相變,呈現出形狀記憶效應,能夠應用于防偽領域。專利cn1146033a和專利cn2317195y分別發明了形狀記憶合金防偽標記和形狀記憶合金防偽包裝的制作方法。yijun?zhang等[shape?memory?surfaces,?appl.?phys.?lett.,?2006,?89(4):?041912.]在成分為ni50.32ti40.68的鎳鈦形狀記憶合金的馬氏體狀態壓制出防偽標識,然后利用機械拋光將壓痕拋光成平面,從而實現了隱性防偽標識的制作。當形狀記憶合金所處的環境溫度高于其奧氏體化溫度之后,這些隱性防偽標識的位置將形成凸起,從而清晰地呈現出防偽標識。xueling?fei等[indentation~induced?two~way?shape?memory?surfaces,?j.?mater.res.,?2009,?24(3):?823~830.?surface?form?memory?in?niti?shape?memory?alloysby?laser?shock?indentation,?j.?mater.?sci.,?2012,?47(5):2088~2094.]發現成分為ni50.26ti40.74的鎳鈦形狀記憶合金具有雙程表面形狀記憶效應且利用激光沖壓也能在其表面誘發形狀記憶效應。
3、但是,上述用于制作防偽標識的鎳鈦形狀記憶合金的馬氏體相變溫區較寬,例如,成分為ni50.32ti40.68的鎳鈦合金馬氏體相變結束溫度為m f=14℃,馬氏體相變開始溫度m s=71℃,奧氏體相變開始溫度a s=79℃,馬氏體相變結束溫度a f=131℃。成分為ni50.26ti40.74的鎳鈦形狀記憶合金的馬氏體相變結束溫度為m f=22℃,馬氏體相變開始溫度m s=58℃,奧氏體相變開始溫度a s=70℃,馬氏體相變結束溫度a f=110℃。這兩種合金的馬氏體相變熱滯后(m s和a s的差值)均大于10℃,且相變溫區跨度較大,不利于防偽標識的制作和檢驗。此外,上述研究中鎳鈦形狀記憶合金的馬氏體相變結束溫度較低。鎳鈦形狀記憶合金在壓制凹坑前必須進行低溫(-20℃)處理以保證使用過程中鎳鈦形狀記憶合金的初始相為馬氏體相,限制了形狀記憶合金防偽標識的應用。
4、專利cn103753139a也報道了一種帶有隱含信息的鎳鈦合金防偽標識的制備方法。由于目前的形狀記憶合金防偽標識的研究處于起始階段,用作防偽標識的圖案非常簡單,防偽技術水平不高。綜上所述,目前用于表面形狀記憶效應的形狀記憶合金存在馬氏體相變熱滯后大、雙程形狀記憶效應不明顯、防偽技術水平不高的問題。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的缺陷,本發明的主要目的是提供一種具有雙程形狀記憶效應防偽功能的金屬幣章及其制作方法,以提升現有金屬幣章的防偽能力。為實現前述目的,本發明采用的技術方案包括:
2、一種具有雙程形狀記憶效應防偽功能的金屬幣章,金屬幣章表面設置有受溫度影響的防偽標識,加熱時,防偽標識發生奧氏體相變,從表面凸起,冷卻時,凸起的防偽標識發生馬氏體相變,向下凹陷,與金屬幣章表面保持水平一致。
3、一種具有雙程形狀記憶效應防偽功能的金屬幣章的制備方法,包括下列步驟:
4、步驟1:原料選擇,選用相變溫度在55℃~88℃之間的ti-ni-cu合金進行熱處理;
5、步驟2:坯餅制備,將熱處理后的合金切割成坯餅,經過光邊處理和光飾清洗工藝后,利用電解拋光工藝對其表面拋光;
6、步驟3:模具制備,在造幣模具表面上的防偽標識區域制備有凸出的浮雕圖案;
7、步驟4:壓印,采用立式壓印機通過造幣模具對坯餅進行壓印,直至坯餅表面凹陷出防偽標識浮雕圖案;
8、步驟5:熱機械訓練,采用機械研磨、加熱-冷卻相結合的方式對坯餅進行熱機械訓練,制成具有雙程形狀記憶效應防偽功能的金屬幣章。
9、步驟1中所述的ti-ni-cu合金,其化學分子式為ti50ni40cu10,合金中元素的摩爾數之和為100;
10、步驟2中所述熱處理是指合金在900℃條件下經過24h退火處理后,馬氏體相變溫區為55℃~70℃,奧氏體相變溫區為74℃~88℃,馬氏體相變的熱滯后小于5℃。
11、步驟2中所述將熱處理后的合金切割成坯餅,是指線切割,采用線切割可以保證邊部光滑。
12、步驟2中所述電解拋光工藝,其拋光液體積質量比為乙醇220ml、高氯酸160ml、丙二醇32ml、檸檬酸8g,拋光電壓為20v,陰陽極間距為20mm,每次拋光時間60s,拋光兩次。電解拋光不僅能夠獲得光滑平整的表面,而且能去除機械研磨和切割過程的應力。如果有應力存在,則后面的效果就不明顯了。
13、步驟3中所述在造幣模具表面上的防偽標識區域制備有凸出的浮雕圖案,防偽標識區域凸出的浮雕高度與非防偽標識區域浮雕的高度差為10~50μm。
14、步驟4中所述壓印,其壓印力范圍在100t~300t之間,壓印次數為2次。
15、步驟5中所述熱機械訓練包括如下步驟:
16、步驟5.1將壓印出防偽標識的坯餅加熱到88℃以上,使其發送奧氏體相變;
17、步驟5.2?將加熱后坯餅冷卻至55℃以下,使其發生馬氏體相變;
18、步驟5.3重復5~10次步驟5.1和步驟5.2,然后用機械拋光的方式將坯餅上防偽標識區域磨平、拋光,直至凹陷的浮雕圖案消失成平面;
19、步驟5.4?將拋光后的坯餅再重復2~3次步驟5.1和步驟5.2。
20、檢驗時,可將幣章放入開水中,或者直接加熱幣章,使其溫度高于奧氏體轉變完成溫度,防偽標識部分的浮雕圖案由平面變成凸起,而其它位置的浮雕圖案基本沒有變化。放入冷水冷卻時,原本凸出的防偽標識浮雕圖案又會凹下去,變回加熱前的平面,從而達到防偽檢驗的目的。
21、與現有技術相比,其有益效果在于:選用ti-ni-cu形狀記憶合金,通過坯餅制備、模具制備、壓印、研磨拋光和熱機械訓練,使制備出來的幣章的形狀記憶合金相變滯后小、雙程記憶效應明顯,通過冷熱變換使防偽標識凹凸變化,提升幣章防偽能力,制作簡單合理,檢測方便。