Aluminium

Применение алюминия в монетах

admin 7265 Views

Введение

Алюминий, как представляется, является весьма подходящим материалом для изготовления монет. Он доступен, имеет умеренную стоимость, малый вес, высокую коррозионную стойкость, высокую электрическую проводимость. Из одного килограмма алюминия монетный двор мог бы чеканить в 2,5-3 раза  больше монет, чем при чеканке традиционных медных, стальных или цинковых монет. Более легкий вес монет мог бы сделать их более удобными для ношения в кошельках и карманах, а также менее дорогим для транспортирования в больших количествах. Почему же тогда, мы не видим массового применения алюминиевых монет?

Факторы выбора монетных сплавов

Сложный процесс выбора нового металла или сплава для монет широкого обращения подробно описан в докладе Монетного двора США [1], который был посвящен поиску новых, более дешевых материалов для монеты достоинством в 1 цент.

Факторами, которые необходимо рассматривать при проектировании или выборе нового металла для изготовления монет, являются, в том числе [1]:

  • Доступность материалов, сейчас и в будущем
  • Стоимость материалов
  • Стоимость изготовления
  • Срок службы чеканочных штампов
  • Возможность выполнения электромагнитной подписи
  • Износостойкость
  • Коррозионная стойкость
  • Цвет и его изменение в течение обращения монет
  • Способность к выполнению чеканки (предел текучести и пластичность)
  • Деформационное упрочнение
  • Плотность
  • Влияние на окружающую среду
  • Токсичность
  • Здоровье и безопасность работников по изготовлению монет
  • Способность к повторному использованию (рециклингу)
  • Монеты с покрытием, из плакированного металла или монолитные
  • Защищенность или неэкономичность к выпуску фальшивых монет
  • Совместимость с торговыми автоматами и подобному оборудованию
  • Узнаваемость «наощуп» для незрячих и слабозрячих людей
  • Возможность одновременного обращения текущих и новых монет

Алюминий в монетах

Монеты из алюминиевой бронзы

Алюминий находит широкое применение в монетном деле в качестве основного компонента в известном монетном медном сплаве – алюминиевой бронзе. Классическая «бронза» – это сплав меди  с оловом. Бывает также никелевая бронза.

Алюминиевая бронза – это медно-алюминиевые сплавы с содержанием алюминия от 5 % до 11 % и с небольшими добавками марганца и никеля. Они имеют желтый цвет и твердую поверхность. Вариант алюминиевой бронзы, Nordic Cold, применяется для монет 10, 20 и 50 евроцентов. Состав этого сплава: 89 % Cu, 5 % Al, 5 % Zn и 1 % Sn.

Алюминиевые бронзы является популярным монетным материалом, так как они имеют более высокую коррозионную стойкость, чем обычная бронза, а также имеют характерный цвет.

Рисунок 1 – Монеты 10, 20 и 50 евроцентов из алюминиевой бронзы [2]

«Монетные» алюминиевые сплавы

Алюминиевый сплав 5052

Особенно подходящим для изготовления монет считается серия деформируемых  алюминиевых сплавов «алюминий-магний» (Al-Mg). В этих сплавах магний обеспечивает упрочнение алюминия за счет образования в нем  твердого раствора. Кроме того, эти сплавы обладают способностью к деформационному упрочнению при чеканке, что повышает сопротивление металла износу. Сплавы серии Al-Mg являются нетермоупрочняемыми и поэтому достигают среднего уровня прочности. Одним из таких сплавов, который рассматривался как кандидат для изготовления алюминиевых монет является сплав 5005, малолегированный сплав Al-0,7%Mg.

Наиболее подходящим для монетного дела алюминиевым сплавом считается сплав 5052 – алюминиево-магниевый сплав с добавками хрома (Al-2,5Mg-0,25%Cr). Этот сплав широко применяется в судостроении и производится в больших количествах. Он обладает более высоким сопротивлением износу, чем сплавы 1100, 5005 и 3003. Алюминиевый сплав 5052 является термически неупрочняемым и для изготовления монет должен поставляться в достаточно нагартованном состоянии H32, чтобы обеспечивать чистую вырубку заготовок под монеты. Для изготовления монет требуются листы из сплава 5025-Н32 толщиной изготавливаемой монеты.

Алюминиевые сплавы 1100 и 3003

Различные производители памятных знаков применяют алюминий 1100, который является технически чистым алюминием с небольшим упрочнением за счет примесей, в основном, железа. Поскольку это железо может добавляться намеренно, то этот алюминий может формально считаться алюминевым сплавом. В качестве еще одного монетного сплава рассматривают также алюминиево-марганцевый сплав 3003 (Al-Mn) [1]. Оба сплава обеспечивают невысокую цену и высокую способность к холодной деформации.

Алюминиевая одноцентовая монета США

Известно, что в 1970-е годы Монетный двор США рекомендовал один из алюминиевых сплавов, по-видимому, 5052-Н32,  для изготовления одноцентовых монет, чтобы заменить обращающуюся до сих пор монету из стали с медным покрытием.  Поэтому была выпущена пробная партия алюминиевых одноцентовых монет (рисунок 2).  Однако это встретило ожесточенное сопротивление бизнеса через торговые автоматы, а также промышленности по изготовлению монет. Специалисты производств по изготовлению монет единодушно рекомендовали избегать применения алюминия, как материала для монет массового обращения. Причиной было то, что низкая масса алюминиевых монет делает их склонными к заеданию в приемных механизмах торговых автоматов, а это приводит к увеличению расходов на их техническое обслуживание. Более того, владельцы и производители торговых автоматов отмечали, что электрические и магнитные свойства алюминиевых сплавов являются намного более чувствительными к температуре, чем, например, у знаменитого «купроникеля». Кроме того, алюминий оказался также более склонным к существенным отклонениям своих свойств в результате колебаний в допустимых пределах химического состава и параметров производственного процесса [1].

Рисунок 2 – Пробная алюминиевая одноцентовая монета США 1974 года [1]

Для изготовления мелких разменных монет, например, американской одноцентовой монеты, алюминий и его сплавы имеют ряд преимуществ. К ним относятся: относительно низкая стоимость, низкие усилия чеканки и высокая коррозионная стойкость. К недостаткам алюминия в качестве монетного металла относят его низкую прочность. Это создает проблемы с износостойкостью монет, а также с их налипанием на штамповый инструмент.

Японские алюминиевые монеты

Японская монета достоинством в 1 йену, которая впервые была выпущена в 1955 году, является самой старой из монет выпускаемых в настоящее время. Ее дизайн с тех пор не менялся.

Рисунок 3 – Японская алюминиевая монета достоинством в 1 йену [3]

Эта монета изготавливается из технически чистого алюминия и при диаметре 20 мм весит ровно один грамм. Поэтому она также применяется и как весовая мера. Интересно, что советские монеты в 1, 2, 3 и 5 копеек тоже весили соответственно 1, 2, 3 и 5 граммов. Они также применялись для взвешивания небольших порций материалов, например, при школьных химических опытах. Кроме того, алюминиевая японская йена оказалась очень полезной для демонстрации поверхностного натяжения воды: если ее осторожно поместить в стакан с водой, она не тонет, а плавает (рисунок 4). См. также видео “The Floating Yen“.


Рисунок 4 – Плавающая алюминиевая йена [4]

Германские алюминиевые монеты

Алюминиевая монета 1923 года

Рисунок 5 – Инфляционная алюминиевая монета номиналом 50 миллионов марок [7]

Алюминиевые монеты 1935-1944 годов

Рисунок 6 – Алюминиевая монета номиналом 50 пфеннингов [8]

Алюминиевые монеты бывшей ГДР

Алюминиевые монеты выпускались в бывшей ГДР. На первой серии монет 1948 по 1950 годов достоинством  в 1, 5, 10 и 50 пфеннигов был изображен колос пшеницы на шестерне. В 1952/53 году этот мотив был заменен молотком с циркулем, окруженным двумя початками кукурузы. Алюминиевые монеты оставались в обращении до 1972 года. Монеты в 1 пфеннинг имели диаметр 17 мм и весили всего 0,70-0,75 г. По-видимому, они плавали не хуже японских йен!

Рисунок 7 – Монеты в 1 пфеннинг бывшей ГДР [5]

Итальянские алюминиевые лиры

С 1946 года и до введения евро в 2002 году  в Италии выпускались алюминиевые монеты достоинством 1, 2, 5 и 10 лир (рисунок 8).


Рисунок 8 – Алюминиевая итальянская лира [5]

Алюминиевые монеты Польши

С 1949 по 1995 года Польша выпускала алюминиевые монеты номиналом 1, 2, 5, 10, 20 и 50 грошей, а 1, 2 и 5 злотых.


Рисунок 9 –  Польские алюминиевые монеты 1949-1995 годов [9]

Украинская монета 2 копейки

В Украине с 1992 по 1996 год выпускались двухкопеечные алюминиевые монеты. Химический состав или наименование алюминиевого сплава этих монет неизвестны.


Рисунок 10 – Украинская алюминиевая двухкопеечная монета 1992-1996 годов

Алюминиевое покрытие на стальных монетах

Низкоуглеродистые стали успешно применялись для изготовления монет, в основном самого низкого достоинства, например, канадская одноцентовая монета. Однако в настоящее время для таких монет все больше применяют сверхнизкоуглеродистые стали с содержанием углерода ниже 0,01 %. Это дает снижение усилий при чеканке монет и снижение усталостных повреждение матрицы для чеканки монет. К сожалению, все углеродистые стали подвергаются ржавчине и должны быть защищены от коррозии.

Нанесение цинкового покрытия применялось, например, на одноцентовых монетах США в годы Второй мировой войны. Однако цинкование заготовок монет довольно дорого и, кроме того, при обращении таких монет это цинковое покрытие быстро теряет свой привлекательный вид. Предварительное цинкование стальных лент является более дешевым, чем цинкование заготовок монет. Однако при этом их кромки остаются во многом не защищенными после того, как их вырубают из оцинкованной ленты.

Алюминизированная сталь могла бы быть альтернативой оцинкованной стали, когда алюминиевое покрытие играет роль «жертвенного» анода. Этот анод защищает сталь от коррозии [6].  Однако по данным [1] это покрытие имеет аналогичные проблемы, что и цинковое покрытие, а выигрыш по стоимости является минимальным.

Заключение

Как мы видим, несмотря на кажущиеся преимущества алюминия как материала для изготовления монет, существует несколько причин, по которым он применяется довольно редко и, как правило, только для монет самого низкого достоинства, а также во времена высокой инфляции. Основными причинами, по которым алюминий мало применяют для изготовления монет, являются:

  • слишком малый вес – проблемы для приемных устройств торговых автоматов и подобных машин
  • невысокая износостойкость – быстрое истирание при обращении
  • повышенное налипание металла на чеканочные штампы
  • повышенный разброс электрических свойств, что затрудняет их «узнаваемость» монетоприемными устройствами.

Источники:

  1. Alternative Metals – Final Report – 2012 – www.usmint.gov/
  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Euro_coins
  3. https://www.mint.go.jp/eng/kids-eng/eng_kids_circulating_c.html
  4. https://www.teachersource.com/product/floating-yen-coins
  5. https://en.numista.com/
  6. United States Patent – US 9,540,735 B2 – Jan. 10, 2017
  7. https://www.vcoins.com/
  8. https://coinquest.com/
  9. https://ru.wikipedia.org/wiki/Монеты Польской Народной Республики