WO2002006044A1 - Method for adjusting contact resistance of the interface between two components of polymetallic parts - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for adjusting the contact resistance of the interface of two components of a polymetallic coin and in particular of a polymetallic coin, in order to allow effective verification of the authenticity of the coin and thus making counterfeiting very difficult.
- Bi-metallic parts are produced in particular which comprise an insert in the form of a circular disc made of a first metallic material and a circular crown made of a second metallic material, the 2 constituent elements of the coin being assembled by crimping.
- One of the constituent elements is itself produced in polymetallic form, for example by plating on either side of an inner layer of a second metallic material, of two outer layers of a third material metallic.
- Coin-operated machines must be able to discern the different values of the coins for which they are designed and perform operations such as exchanging or supplying money in the form of coins, in addition to the essential function of discriminating between authentic pieces and counterfeits.
- the performance of coin machines has been greatly improved in the last few years thanks to the progress of microprocessors and transducers.
- the detection systems of coin-operated machines carry out increasingly fine discrimination, which is made necessary by the efforts and skill of the counterfeiters and the demand of the public regarding the operational safety of these machines.
- the inductive sensors measure the thickness, the diameter and the conductivity of the parts which roll on the wafer, on an inclined slope passing in front of coils with ferrite cores, placed symmetrically opposite the faces of the part in circulation in the machine.
- These sensors can be mounted in a resonant circuit.
- These resonant inductive sensors operate at medium frequency (a few tens to a few hundred kHz) and include a coil which creates an axial field in the ferrite core of the sensor.
- the response of the resonant inductive sensor depends in particular on the field lines, that is to say on the trajectories of the magnetic field inside the coin.
- the effect of the induced currents is all the more intense as one sinks into the thickness of the material and it is generally considered that as long as one does not exceed a critical depth called “skin thickness ⁇ ", the magnetic flux is not hindered by the induced currents. Beyond this depth, the magnetic flux is neutralized by the induced currents.
- the skin thickness ⁇ depends in particular on the conductivity, the magnetic permeability and the frequency of the sensor supply current which is a very important parameter in a detection system.
- the frequency of the sensor the higher the frequency and the smaller the skin thickness ⁇
- This magnetic field can be optional, depending on the frequency, only attenuated by the surface material or else attenuated by several superimposed materials in the case of plated materials used for example in the insert of a coin of mo design - last.
- a parameter called critical penetration depth d c p is taken into account. depth being substantially equal to 3 ⁇ .
- any part of a material located more than 3 ⁇ deep for example in a plated material constituting an insert of a coin will not be seen by the sensor and will therefore not influence the signal of the sensor.
- a sensor is used on each side of the coin, while scrolling in the discriminating device of the coin machine, it is necessary to avoid that the magnetic fluxes generated by each of the sensors meet at the center of the part to avoid the establishment of a mutual inductance between the two sensors which will appreciably affect the measurement signal.
- a frequency and materials such as d c p ⁇ e / 2, where e is the thickness of the part. Furthermore, the more intense the induced currents, the lower ⁇ is, and the greater the attenuation of the internal field, and therefore the lower the effective permeability ⁇ ma t and the magnetic flux (and therefore the sensor signal) in materials. therefore difficult to detect.
- the effective permeability ⁇ m at constitutes the mean in the thickness of the material at the working frequency of the ratio induction on excitation field.
- the results are given for frequencies of 100 and 500 kHz as it appears in the second column of the table and the third column of the table gives the skin thickness ⁇ in ⁇ m.
- the fourth column of the table gives the relative permeability in direct current ⁇ max, r cc> the fifth column of the table gives the thickness of the layers in millimeters and the last column of the table gives the dynamic relative permeability ⁇ r mat.
- the penetration of the magnetic field is about 1, 2 millimeter at 500 kHz, that is to say precisely e / 2, the critical penetration depth d c p being substantially equal to 3 ⁇ .
- the sensor is very sensitive to all the material in the half-thickness of the part, it is therefore possible to choose this frequency of 500 kHz as the measurement frequency.
- a type of sensor is used such that the magnetic flux circulates mainly in the ferrite constituting the core and closes in the coin defined by the parameters ⁇ m at and d c p as well as by the residual air gap d, c 'is to say the distance between the faces of the circulating part and the faces of the inductor.
- the inductance of the sensor L can be calculated from the reluctance Rel of the coin.
- the overall magnetic reluctance Rel of the coin is expressed in particular as a function of the frequency and of the parameters ⁇ mat and d c p characterizing the electromagnetic behavior of the coin.
- the inductance L of the sensor in the presence of the coin and therefore the response of the sensor are entirely linked to the properties of the coin defined by the parameters ⁇ mat and d c p .
- the coins of modern design which are intended to thwart the efforts of the counterfeiters and in particular the coins of 1 and 2 Euros which will be put into circulation within the framework of the use of a single European currency have a complex structure so that the reluctance of the parts and the inductance of a sensor for discriminating these parts cannot be expressed solely as a function of the parameters considered above.
- the Euro coin is provided with an insert described above surrounded by a nickel silver crown of composition Cu 75 Zn 2 o Nis, the crown and the insert being assembled one on the other by following crimping a circular or more exactly cylindrical interface, consisting of the external peripheral surface 2 ′ of the insert 2 and the internal peripheral surface 3 ′ of the crown 3.
- the 2 Euro coin includes an insert whose internal layer consists of nickel and represents 12% of the total thickness of the insert, the outer layers being made of nickel silver Cu 75 Zn 2 o Ni 5 - Around the insert is crimped a cupronickel crown
- a coin acceptance range is fixed: - when the response signal from the sensor in the presence of a coin is within this range, the coin is considered to be is authentic; when the signal is outside this range, the piece is considered to be false.
- the acceptance range of coins must be narrow.
- the value of the contact resistance R c is poorly controlled, a narrow part acceptance range leads to a rejection of a large proportion of authentic parts, which is unacceptable.
- the acceptance range of the coins can be widened, but then the risk of considering genuine counterfeit coins as genuine becomes significant, which is also unacceptable.
- the object of the invention is therefore to propose a method for adjusting the contact resistance of the interface between two components of poly-metallic parts of a batch of parts, this method making it possible to obtain on all the parts of a manufacture or possibly of manufacture from various sources, electromagnetic characteristics and in particular an overall magnetic reluctance in constant operation, when the polymetallic part passes opposite an inductive sensor.
- the batch of parts is subjected to a thermal cycle comprising at least:
- the compression phase and the phase of contacting with an oxidizing medium possibly being the same phase, in order, d on the one hand, to crush the rough edges contact surfaces and, on the other hand, to create an oxidized layer on the contact surfaces.
- Figure 1 is a top view of a coin having an insert and a crown.
- Figure 2 is a sectional view along 2 - 2 of Figure 1.
- Figure 3 is a schematic view of an inductive coin recognition sensor.
- FIG. 4 is a deformation diagram as a function of the temperature of the insert and of the crown of a polymetallic coin according to a first embodiment.
- FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the variations in the temperature of coins during treatment by the process according to the invention applied to coins according to the first embodiment, carried out respectively in a single thermal cycle and in several successive cycles.
- FIG. 6 is a deformation diagram as a function of the temperature of the insert and of the crown of a polymetallic coin according to a second embodiment.
- FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the variations in the temperature of coins during a treatment by the method of the invention applied to coins according to the second embodiment, carried out respectively in a single thermal cycle and in several successive cycles.
- FIG. 1 we see a polymetallic coin 1 comprising an insert 2 and a crown 3 set one on the other according to an interface 4 of circular or cylindrical shape depending on the thickness of the insert 2 and of the crown 3.
- FIG. 2 there is shown in section the coin 1, made in polymetallic form.
- the crown 3 of the part is produced in homogeneous form in a first metallic material
- the insert 2 produced in plated form comprises an internal layer 2a in a second metallic material and two external plated layers 2b in a third metallic material.
- the first metallic material consists of nickel silver, that is to say an alloy containing by mass 75% of copper 5% of nickel and 20% of zinc
- the second material consists of nickel and the third metallic material by cupronickel, ie an alloy containing by mass 75% of copper and 25% of nickel.
- the first metallic material consists of cupronickel Cu 7 5 Ni 2 5
- the second material consists of nickel
- the internal layer of nickel 2a represents 7% of the total thickness of the insert 2 and in the case of the 2 Euro coin, the internal layer of nickel 2a insert 2 represents 12% of the total thickness of the insert.
- the ring 3 of annular shape is cut from a blank of homogeneous composition . constituted by the first material, and the insert in the form of a circular disc in a blank of plated material having the same thickness as the blank in which the crown is cut and comprising an internal layer of the second material on the faces of which are plated two external layers of the third material, and the crown and the insert are assembled by crimping along the interface 4.
- the interface 4 is constituted by the respective contact surfaces 2 'and 3' of the insert 2 and of the crown 3 attached to one another.
- the contact surface 2 'of the insert is its external peripheral surface and the contact surface 3' of the crown is its internal peripheral surface.
- Figure 2 there is shown in a greatly exaggerated manner, asperities which may be present on the surfaces 2 'and 3' opposite the insert and the crown, after crimping. These roughness, depending on the crimping conditions of the two parts, can provide perfect electrical contact between the insert 2 and the crown 3, along the entire length of the interface 4 or, on the contrary, introduce a significant electrical resistance between the contact surfaces of the two constituent elements of the part, along the interface 4.
- the inductive sensor in resonant circuit generally designated by the reference 5 comprises two inductors 5a and 5b between which the part 1 is passed over which an authenticity check is carried out by electromagnetic measurements.
- Each of the inductors 5a and 5b comprises a coil 6 and a ferrite core 7 disposed inside the coil 6.
- the coils 6 are supplied with alternating electric current at medium frequency, and preferably with current at a frequency of 500 kHz by a unit 8 for power supply and measurement processing.
- the coin 1 passes between the inductors 5a and 5b, so that its two faces are directed towards the internal faces opposite one another of the inductors 5a and 5b, with a very small air gap d and equal on both sides of the coin 1 which has a thickness e.
- Field lines 10 are also shown, ie the lines of circulation of the magnetic field which form around the coils 6 and close in the material of the coin 1.
- the signal of response of the sensor 5 depends on the inductance L of the sensor in the presence of the coin 1.
- the reluctance of the coin on which the inductance L of the sensor depends is generally variable with the value of the contact resistance between the insert and the coin crown, due to the different behavior of induced currents depending on contact resistance.
- the inventors carried out resistance measurements on very many coins of different lots from various coin manufacturers. .
- the measurements were made on the coins, at high frequencies between 100 kHz and 1 MHz.
- the skin thickness ⁇ defined above, is small, and in the case of coins in which measurements are made at the indicated frequencies, this skin thickness ⁇ is much less than the thickness e of the coin.
- any variation of the material of the part or of the contact resistance R c depending on the interface of the part, resulting in a variation of the overall magnetic reluctance R ma t can be reduced to a variation of equivalent conductivity, when the frequency is high.
- Inductance measurements are therefore carried out on the parts by means of resonance frequency measurements, which makes it possible to obtain the equivalent conductivity and therefore to quickly characterize the parts with regard to their physical characteristics such as the conductivity of the components. different materials of the room.
- the sensor signal is mainly affected by the conductivities of the materials and their geometric characteristics (thickness and characteristics of the interface between the crown and the insert) and little or not at all by the intrinsic permeability of the materials.
- a first observation by the inventors is also related to the fact that a contact resistance between the insert and the crown of a coin greater than 1m ⁇ makes it possible to overcome the influence of the contact resistance on the signal d '' an inductive discrimination sensor. Of course, to avoid any influence of the contact resistance on the sensor signal, it is desirable that all the coins have a contact resistance R c much greater than 1m ⁇ .
- the invention therefore consists in providing a method for setting the contact resistance of all the coins in a batch of coins at a value greater than a determined limit and in the case of coins as described, at a limit of 1 m ⁇ ,
- the method of the invention is based on the production of an insulating oxide layer at the interface between the insert and the crown of the parts combined with a plastic deformation of the interfacial protuberances, so that the resistance contact is greater than the limit, for each of the parts subject to treatment.
- the treatment according to the invention is carried out on parts of which the insert and the crown have been previously assembled by crimping, an imperative condition is that the treatment must be carried out so as to avoid ter all modifications of colors and more generally of appearance of the parts.
- example 1 which corresponds to the case of 1 Euro coins
- the coin insert has a lower coefficient of expansion than the crown.
- the insert has a higher coefficient of expansion than the crown.
- Example 1 The treatment is carried out on 1 Euro coins, the crown of which is made of nickel silver and the insert of a plated material comprising an inner layer of nickel and two outer layers plated with cupronickel. In FIG.
- the expansions ⁇ of the insert and of the crown have been represented as a function of the temperature; the expansion ⁇ j of the insert is represented by the line 11 of slope ⁇ i (coefficient of expansion of the insert) and the expansion ⁇ c of the crown is represented by the line 12 having the slope ⁇ c which is the coefficient of nickel silver expansion.
- the origin O corresponds to an ambient temperature, for example 20 ° C, at which the crown and the insert are supposed to nest perfectly one inside the other, without compression or expansion of one on the other ;
- the principle of the method of treatment by oxidation of the contact surfaces of the constituent elements of the parts is based on an opening of the interface between the parts, this opening being however limited to avoid the dismantling of the parts, and on the bringing into contact of a oxidizing medium with the facing surfaces of the interface at a temperature or during a temperature transition allowing the oxidation of the materials of the insert and of the crown.
- This operation can be preceded by a contraction of the interface intended to compress the roughness of the contact surfaces on either side of the interface.
- FIG. 5A a first embodiment of a treatment according to the invention is shown in the case of coins of 1 Euro, that is to say coins in which the insert has a coefficient of thermal expansion less than the crown.
- phase 2 The processing comprises two compulsory phases which will be designated as phase 2 and phase 3, these phases can themselves be preceded by a phase 1, generally optional.
- Phase 2 consists of cooling to a first temperature T 3 ⁇ -40 ° C and preferably ⁇ -100 ° C to obtain compression of the interface resulting from a contraction of the crown greater than the contraction of the insert.
- Phase 3 consists in throwing the cold parts into an oxidizing or amphoteric liquid such as water, acetone, alcohol or weakly acidic aqueous solutions whose temperature T 4 is between 25 ° C and 75 ° C ( preferably between 35 ° C and 65 ° C).
- the transfer time between the time when the parts are at the first temperature T 3 and the moment when they are immersed in the oxidizing or amphoteric liquid at the second temperature T 4 must be short enough so that the parts do not have time to warm up and therefore that the interface doesn't have time to decompress. This time should preferably be less than 5 seconds and more preferably less than 2 seconds.
- Phase 3 will be designated as the oxidative differential expansion phase.
- the liquid is adapted to easily wet the materials of which the parts are made.
- the ease of wetting can be improved, if necessary, by adding a surfactant to the liquid.
- the liquid comprises oxidizing groups capable of forming, for example, surface hydroxide layers of the metals constituting the parts (Cu, Ni, Zn).
- Groups containing oxygen or halides (Cl, Br, I, ...) are particularly recommended, provided that their pH remains moderate (pH> 2 and preferably> 4).
- the oxidized surface compounds, formed during the thermal transient between the initial temperature T 3 and the second temperature T lead to the formation of an insulating layer between the two interfaces which increases the contact resistance.
- the entire surface of the parts is in contact with the oxidizing or amphoteric liquid and therefore oxidizes.
- This oxidation if it is too important, deteriorates the visual aspect of the parts which is an important element of recognition. It is to avoid this deterioration in the surface appearance of the parts that the liquids used have a limited oxidizing power, and that in particular concentrated solutions of nitrates, sulphates or halides, which have very acidic pH, will be avoided.
- the parts are removed from the oxidizing or amphoteric liquid and brought back to an ordinary ambient temperature, for example 20 ° C.
- the treatment comprising phases 2 and 3 may be preceded by a phase 1 of oxidative expansion of the interface intended both to break the metal contacts crown insert and to oxidize the interface and in particular the roughness of the surfaces in contact.
- the parts are brought to a third temperature T 2 which must be sufficiently high for the expansion of the interface to be significant, but not too much so that the thermodynamic conditions of formation of a stable oxide.
- the third temperature T 2 must be between 80 ° C and 160 ° C, and better still, between 100 ° C and 140 ° C.
- This heating is carried out in a moderately oxidizing atmosphere so as not to deteriorate the visual appearance of the parts.
- This heating can be annealing under primary vacuum, annealing under protective gas of low purity, annealing under hydrogen with a controlled dew point greater than -50 ° C and preferably greater than -30 ° C, or even annealing at the air.
- the treatment includes a rise to the third temperature T 2 , a plateau at the third temperature T 2 and a return to ambient temperature Ti. The temperature rise can take place quickly, as represented by curve 13a in FIG.
- the duration of the plateau at the third temperature T 2 can be adjusted as desired between a few seconds and several hours.
- Processing of documents may include:
- the first group of phases 2 and 3 of contraction and differential oxidative dilation can possibly be preceded by a phase 1 of oxidative dilation.
- a contact resistance R c much greater than 1m ⁇ can be obtained.
- Example 2 A batch of 2 Euro coins is processed by a process according to the invention.
- the 2 Euro coins include an insert made of a plated material comprising an internal layer of nickel and two external layers of nickel silver Cu 75 Ni 5 Zn 20 and a crown of cupronickel Cu 75 Ni 25 .
- the insert has a coefficient of expansion ⁇ , - higher than the coefficient of expansion of the crown ⁇ c .
- the origin 0 corresponds to the ambient temperature of 20 ° C for which the insert and the crown are supposed to fit perfectly into each other and are kept in localized contact by the roughness of their contact surfaces.
- the heat treatment consists of one or more cycles which can include three phases:
- Phase 1 is a cooling of the batch of parts from room temperature T 0 to a very low first temperature Ti, which can be lower than -100 ° C and which is intended to break any local metallic connections between the insert and the crown by expansion of the interface; cooling can be obtained, for example, by immersing the batch of parts in liquid nitrogen.
- first temperature Ti which can be lower than -100 ° C and which is intended to break any local metallic connections between the insert and the crown by expansion of the interface
- cooling can be obtained, for example, by immersing the batch of parts in liquid nitrogen.
- Phase 2 consists of heating the batch of parts to a second temperature T 2 in an oven whose atmosphere is controlled.
- the atmosphere must consist of an inert protective gas such as argon or helium or a reducing gas such as hydrogen.
- the atmosphere of the furnace must contain an oxidizing agent and, for example, be a little humid so as to be slightly oxidizing.
- the oxidizing power of the atmosphere, the maximum temperature reached T 2 and the residence time of the parts in the oven must be sufficient for the contact resistance to be increased but not too much so that the visual appearance of the parts is not appreciably modified by a significant oxidation of their surface.
- the residence time in the oven corresponds to the sum of the temperature rise time from the oven temperature to the temperature T 2 and the time to maintain the temperature T 2 or around this temperature.
- the temperature rise can be very rapid (heating rate up to several thousand degrees per hour) or very slow (speed can be a few degrees per hour) or intermediate between these two speeds, the temperature rise time can vary between a few seconds and a few hours.
- the residence time in the oven must be a few hours.
- the holding time at the second temperature T ⁇ can vary between a few seconds (preferably more than 5 seconds) and a few hours (preferably, less than 3 hours) depending on whether the temperature rise is slow or rapid.
- the dew point of the furnace atmosphere must preferably be greater than -60 ° C, and better still greater than -50 ° C; the second temperature T 2 must be greater than 350 ° C, and better still, greater than 370 ° C; the holding time must be greater than 5 min.
- the dew point of the furnace atmosphere must be less than 0 ° C and preferably less than -10 ° C; the second temperature T must be less than 450 ° C, and better still, less than 430 ° C; the residence time in the oven depends on the temperature and the dew point of the oven atmosphere. The higher the temperature and the higher the dew point, the shorter the residence time in the oven. Those skilled in the art can easily determine these conditions, for example by a few tests on a few parts.
- Phase 3 is a return of the batch of parts to room temperature.
- This return must not take place in an oxidizing atmosphere but in an atmosphere of neutral or reducing gas, to avoid deteriorating the visual appearance of the parts. From this point of view, it is preferable that the atmosphere is the same or comparable to that of the oven. In addition, it is preferable that the cooling takes place at a cooling rate greater than 200 ° C. per hour.
- the heat treatment can comprise either a single cycle consisting of at least one phase 2 and one phase 3 and optionally a phase 1, as shown in FIG. 7A, or several successive cycles, as shown in FIG. 7B.
- all cycles, except the first must imperatively include a phase 1.
- phase 3 and phase 1 which follows it can be linked directly so that when it comes out of the oven , the batch of parts can be cooled directly to the first temperature Ti corresponding to phase 1.
- the treatment according to the invention makes it possible to fix, for each of the pieces of a batch of pieces, very securely, the contact resistance at a level higher than the limit determined in a first phase of the process, to obtain a practically constant response from an inductive sensor to the passage of each of the parts in a batch of parts.
- the contact resistance across the interface between the inserts and the crowns of the parts obtained at the end of the treatment can be much greater than 1 m ⁇ .
- the limit of contact resistance which is defined prior to the implementation of the treatment by resistance measurements in parallel to recording the signal from an inductive sensor on a very large number of parts, can be different from 1 m ⁇ .
- the contact resistance limit targeted by the treatment can be different from 1 m ⁇ , depending on the nature of the polymetallic parts and the different phases of the treatment according to example 1 or example 2 can be carried out. in different ways depending on the instal- industrial lations available for processing.
- the parameters defining the different phases must however meet the conditions indicated above.
- phase 1 is only necessary to increase the effect of phases 2 and 3 during one or more treatment cycles.
- phase 1 is essential so that the effect of the treatment can be increased by at least two successive cycles which must successively include phases 1, 2 and 3.
- the invention applies not only to the parts of currency but also in the case of polymetallic components or coins used in any recognition or identification machine or in electromagnetic devices of any type.
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Abstract
Description
Procédé de réglage de la résistance de contact de l'interface entre deux composants de pièces polymétalliques Method for adjusting the contact resistance of the interface between two components of polymetallic parts
L'invention concerne un procédé de réglage de la résistance de contact de l'interface de deux composants d'une pièce polymétallique et en particulier d'une pièce de monnaie polymétallique, pour permettre de réaliser un contrôle efficace d'authenticité de la pièce et rendre ainsi la contrefaçon très difficile. " The invention relates to a method for adjusting the contact resistance of the interface of two components of a polymetallic coin and in particular of a polymetallic coin, in order to allow effective verification of the authenticity of the coin and thus making counterfeiting very difficult. "
On réalise, à l'heure actuelle, des pièces de monnaie à structure complexe qui sont très difficiles à contrefaire. Pour fabriquer ces pièces de monnaie difficilement falsifiables, on doit utiliser des alliages coûteux et des installations industrielles lourdes. On réalise en particulier des pièces bimétalliques qui comportent un insert en forme de disque circulaire en un premier matériau métallique et une couronne circulaire en un second matériau métallique, les 2 éléments constitutifs de la pièce de monnaie étant assemblés par sertissage.At present, coins with complex structures are produced which are very difficult to counterfeit. To make these hard-to-forge coins, expensive alloys and heavy industrial facilities must be used. Bi-metallic parts are produced in particular which comprise an insert in the form of a circular disc made of a first metallic material and a circular crown made of a second metallic material, the 2 constituent elements of the coin being assembled by crimping.
L'un des éléments constitutifs (généralement l'insert) est lui-même réalisé sous formé polymétallique, par exemple par plaquage de part et d'autre d'une couche interne en un second matériau métallique, de deux couches externes en un troisième matériau métallique.One of the constituent elements (generally the insert) is itself produced in polymetallic form, for example by plating on either side of an inner layer of a second metallic material, of two outer layers of a third material metallic.
Les machines dans lesquelles on effectue un paiement automatique au moins partiellement avec des pièces de monnaie jouent un rôle important dans la vie moderne. A l'heure actuelle, 10% des transactions commerciales sont faites par des machine à paiement automatique à pièces. Il est donc extrêmement important de pouvoir disposer de machines et de pièces telles que les pièces de monnaie authentiques mises en circulation par les autorités monétaires soient toutes acceptées et que les contrefaçons électroma- gnétiques soient toutes rejetées.The machines in which automatic payment is made at least partially with coins play an important role in modern life. At present, 10% of commercial transactions are made by automatic coin-operated payment machines. It is therefore extremely important to be able to have machines and coins such that the authentic coins put into circulation by the monetary authorities are all accepted and that the electromagnetic counterfeits are all rejected.
Les machines à paiement par pièces doivent pouvoir discerner les différentes valeurs des pièces pour lesquelles elles sont conçues et réalisent des opérations telles que des échanges ou la fourniture d'argent sous forme de pièces de monnaie, en plus de la fonction essentielle de discrimination entre les pièces authentiques et les contrefaçons. Les performances des machines à pièces de monnaie ont été considérablement améliorées dans les dernières années grâce au progrès des microprocesseurs et des transducteurs. Les systèmes de détection des machines à pièces effectuent des discriminations de plus en plus fines ce qui est rendu nécessaire par les efforts et l'habilité des contrefacteurs et la demande du public en ce qui concerne la sécurité de fonctionnement de ces machines.Coin-operated machines must be able to discern the different values of the coins for which they are designed and perform operations such as exchanging or supplying money in the form of coins, in addition to the essential function of discriminating between authentic pieces and counterfeits. The performance of coin machines has been greatly improved in the last few years thanks to the progress of microprocessors and transducers. The detection systems of coin-operated machines carry out increasingly fine discrimination, which is made necessary by the efforts and skill of the counterfeiters and the demand of the public regarding the operational safety of these machines.
A l'heure actuelle, les efforts pour améliorer les machines à pièces sont essentiellement pris en charge par les fabricants d'automates alors que la qualité de la discrimination dépend pour une partie qui peut être importante, en particulier dans le cas de pièces de monnaie à structure complexe et à composition polymétallique, de l'analyse précise des matériaux métalliques utilisés et des procédés de fabrication des pièces de monnaie. Le problème est rendu d'autant plus complexe que la fabrication d'une même pièce de monnaie est généralement confiée à plusieurs producteurs ou plusieurs groupes de producteurs. Les pièces de monnaie sont caractérisées d'abord et de la façon la plus simple par leur diamètre, leur composition et leur masse. Les machines modernes à paiement par pièces mesurent de plus des propriétés physiques des pièces et en particulier des propriétés électromagnétiques de ces pièces. A l'origine dans les machines à pièces, on utilisait surtout le diamètre et l'épaisseur des pièces (éventuellement leur masse) pour leur identification, puisqu'il n'y avait alors qu'un nombre très restreint d'alliages monétaires.At the present time, efforts to improve coin machines are mainly taken care of by the manufacturers of automatic machines, while the quality of the discrimination depends in part on what may be important, in particular in the case of coins. with a complex structure and a polymetallic composition, precise analysis of the metallic materials used and methods of manufacturing coins. The problem is made all the more complex since the production of the same coin is generally entrusted to several producers or several groups of producers. The coins are characterized first and in the simplest way by their diameter, their composition and their mass. Modern coin-operated machines also measure the physical properties of parts and in particular the electromagnetic properties of these parts. Originally in coin machines, the diameter and thickness of the coins (possibly their mass) were mainly used for their identification, since there were then only a very limited number of monetary alloys.
A l'heure actuelle, la plupart des systèmes électroniques des machi- nés de paiement à pièces mesurent également une propriété du matériau métallique de la pièce, telle que la conductivité ou la perméabilité magnétique. Il est en effet plus facile de contrefaire la taille d'une pièce que sa couleur, sa densité, sa conductivité, sa dureté ou sa perméabilité magnétique qui dépendent de la composition du ou des matériaux métalliques de la pièce.At present, most electronic systems of coin-operated payment machines also measure a property of the metallic material of the coin, such as conductivity or magnetic permeability. It is in fact easier to counterfeit the size of a part than its color, density, conductivity, hardness or magnetic permeability which depend on the composition of the metallic material or materials of the part.
La plupart des systèmes industriels de détection utilisés actuellement incluent systématiquement l'utilisation de capteurs inductifs, du fait que ces capteurs ne nécessitent pas de contact avec la pièce de monnaie, sont très sûrs, précis et à bas coûts, et enfin ne craignent pas la saleté et les fluides qui peuvent recouvrir les surfaces de la pièce de monnaie. De manière habituelle, les capteurs inductifs mesurent l'épaisseur, le diamètre et la conductivité des pièces qui roulent sur la tranche, sur une pente inclinée passant devant des bobines à noyaux en ferrite, placées symétriquement en vis à vis des faces de la pièce en circulation dans la machine. Ces capteurs peuvent être montés en circuit résonant. Ces capteurs inductifs résonants fonctionnent en moyenne fréquence (quelques dizaines à quelques centaines de kHz) et comportent une bobine qui crée un champ axial dans le noyau de ferrite du capteur. La réponse du capteur inductif résonant dépend en particulier des lignes de champ, c'est à dire des trajectoires du champ magnétique à l'intérieur de la pièce de monnaie.Most industrial detection systems currently used systematically include the use of inductive sensors, since these sensors do not require contact with the coin, are very safe, precise and low cost, and finally do not fear the dirt and fluids that can cover the surfaces of the coin. Usually, the inductive sensors measure the thickness, the diameter and the conductivity of the parts which roll on the wafer, on an inclined slope passing in front of coils with ferrite cores, placed symmetrically opposite the faces of the part in circulation in the machine. These sensors can be mounted in a resonant circuit. These resonant inductive sensors operate at medium frequency (a few tens to a few hundred kHz) and include a coil which creates an axial field in the ferrite core of the sensor. The response of the resonant inductive sensor depends in particular on the field lines, that is to say on the trajectories of the magnetic field inside the coin.
Les courants induits qui se développent dans le matériau de la pièce s'opposent au champ magnétique du capteur et influent de manière impor- tante sur les lignes de champ. L'effet des courants induits est d'autant plus intense que l'on s'enfonce dans l'épaisseur du matériau et l'on considère en général que tant que l'on ne dépasse pas une profondeur critique appelée "épaisseur de peau δ", le flux magnétique n'est pas gêné par les courants induits. Au-delà de cette profondeur, le flux magnétique est neutralisé par les courants induits. L'épaisseur de peau δ dépend en particulier de la conductivité, de la perméabilité magnétique et de la fréquence du courant d'alimentation du capteur qui est un paramètre très important dans un système de détection. En particulier, en jouant sur la fréquence du capteur (plus la fréquence est forte et plus l'épaisseur de peau δ est faible), on modifie sensi- blement la profondeur de pénétration du champ électromagnétique dans la pièce de monnaie. Ce champ magnétique peut être au choix, en fonction de la fréquence, uniquement atténué par le matériau de surface ou bien atténué par plusieurs matériaux superposés dans le cas de matériaux plaqués utilisés par exemple dans l'insert d'une pièce de monnaie de conception mo- derne.The induced currents which develop in the material of the part oppose the magnetic field of the sensor and have an important influence on the field lines. The effect of the induced currents is all the more intense as one sinks into the thickness of the material and it is generally considered that as long as one does not exceed a critical depth called "skin thickness δ ", the magnetic flux is not hindered by the induced currents. Beyond this depth, the magnetic flux is neutralized by the induced currents. The skin thickness δ depends in particular on the conductivity, the magnetic permeability and the frequency of the sensor supply current which is a very important parameter in a detection system. In particular, by playing on the frequency of the sensor (the higher the frequency and the smaller the skin thickness δ), one appreciably modifies the penetration depth of the electromagnetic field in the coin. This magnetic field can be optional, depending on the frequency, only attenuated by the surface material or else attenuated by several superimposed materials in the case of plated materials used for example in the insert of a coin of mo design - last.
Dans le cas des capteurs inductifs résonants dont le champ est pratiquement perpendiculaire au plan des faces de la pièce, on prend en compte un paramètre appelé profondeur de pénétration critique dc p cette profondeur étant sensiblement égale à 3 δ. L'on peut considérer que toute partie d'un matériau située à plus de 3 δ en profondeur par exemple dans un matériau plaqué constituant un insert d'une pièce de monnaie ne sera pas vue par le capteur et n'influencera donc pas le signal du capteur. En outre, lorsque l'on utilise un capteur de chaque côté de la pièce, en défilement dans le dispositif de discrimination de la machine à pièces de monnaie, il faut éviter que les flux magnétiques générés par chacun des capteurs ne se rencontrent au centre de la pièce pour éviter l'établissement d'une inductance mutuelle entre les deux capteurs venant affecter sensible- ment le signal de mesure. Il faut donc pour les mesures de détection une fréquence et des matériaux tels que dc p < e/2, où e est l'épaisseur de la pièce. Par ailleurs, plus les courants induits sont intenses plus δ est faible et plus l'atténuation du champ interne est importante et donc plus la perméabilité effective μ mat et le flux magnétique (et donc le signal du capteur) dans les matériaux seront faibles et donc difficiles à détecter. La perméabilité effective μ mat constitue la moyenne dans l'épaisseur du matériau à la fréquence de travail du rapport induction sur champ d'excitation. On peut calculer la perméabilité effective dynamique μ mat de la pièce, par l'intermédiaire de la perméabilité relative dynamique en fonction de la fréquence et de la perméabilité relative maximale en courant continu μ rτ,ax' r cc.In the case of resonant inductive sensors whose field is practically perpendicular to the plane of the faces of the part, a parameter called critical penetration depth d c p is taken into account. depth being substantially equal to 3 δ. We can consider that any part of a material located more than 3 δ deep for example in a plated material constituting an insert of a coin will not be seen by the sensor and will therefore not influence the signal of the sensor. Furthermore, when a sensor is used on each side of the coin, while scrolling in the discriminating device of the coin machine, it is necessary to avoid that the magnetic fluxes generated by each of the sensors meet at the center of the part to avoid the establishment of a mutual inductance between the two sensors which will appreciably affect the measurement signal. Therefore, for detection measurements, a frequency and materials such as d c p <e / 2, where e is the thickness of the part, are required. Furthermore, the more intense the induced currents, the lower δ is, and the greater the attenuation of the internal field, and therefore the lower the effective permeability μ ma t and the magnetic flux (and therefore the sensor signal) in materials. therefore difficult to detect. The effective permeability μ m at constitutes the mean in the thickness of the material at the working frequency of the ratio induction on excitation field. One can calculate the dynamic effective permeability μ ma t of the part, by means of the dynamic relative permeability according to the frequency and the maximum relative permeability in direct current μ rτ, ax ' r cc .
On va donner ci-dessous dans le tableau 1 les résultats relatifs à l'insert d'une pièce d'un Euro d'une épaisseur e = 2,33 millimètres dont la couche interne en nickel présente une épaisseur de 7% de l'épaisseur totale de l'insert, soit 160 μm et dont les couches externes sont constituées par du cupronickel Cu 5 Ni25, c'est à dire un alliage à 75% de cuivre et 25% de nickel en masse. Les résultats sont donnés pour des fréquences de 100 et 500 kHz comme il apparaît dans la seconde colonne du tableau et la troisième colonne du tableau donne l'épaisseur de peau δ en μm. La quatrième colonne du tableau donne la perméabilité relative en courant continu μ max, r cc> la cinquième colonne du tableau donne l'épaisseur des couches en millimètres et la dernière colonne du tableau donne la perméabilité relative dynamique μrmat. We will give below in Table 1 the results relating to the insert of a Euro coin with a thickness e = 2.33 millimeters whose inner layer of nickel has a thickness of 7% of the total thickness of the insert, ie 160 μm and the outer layers of which are constituted by cupronickel Cu 5 Ni 25 , that is to say an alloy with 75% copper and 25% nickel by mass. The results are given for frequencies of 100 and 500 kHz as it appears in the second column of the table and the third column of the table gives the skin thickness δ in μm. The fourth column of the table gives the relative permeability in direct current μ max, r cc> the fifth column of the table gives the thickness of the layers in millimeters and the last column of the table gives the dynamic relative permeability μ r mat.
Seule la couche interne de l'insert est magnétique, les couches externes en cupronickel n'étant pas magnétiques.Only the inner layer of the insert is magnetic, the outer layers of cupronickel not being magnetic.
On voit que dans le cas de l'insert d'une pièce d'1 Euro, les matériaux non magnétiques étant en surface, la pénétration du champ magnétique est d'environ 1 ,2 millimètre à 500 kHz, c'est à dire précisément e/2, la profondeur de pénétration critique dc p étant sensiblement égale à 3 δ. Ainsi le capteur est bien sensible à toute la matière dans la demi-épaisseur de la pièce, il est donc possible de choisir cette fréquence de 500 kHz comme fréquence de mesure.We see that in the case of the insert of a 1 Euro coin, the non-magnetic materials being on the surface, the penetration of the magnetic field is about 1, 2 millimeter at 500 kHz, that is to say precisely e / 2, the critical penetration depth d c p being substantially equal to 3 δ. Thus the sensor is very sensitive to all the material in the half-thickness of the part, it is therefore possible to choose this frequency of 500 kHz as the measurement frequency.
On utilise un type de capteur tel que le flux magnétique circule majo- ritairement dans le ferrite constituant le noyau et se referme dans la pièce de monnaie définie par les paramètres μ mat et dc p ainsi que par l'entrefer résiduel d, c'est à dire la distance entre les faces de la pièce en circulation et les faces de l'inducteur. Dans ce cas, on peut calculer l'inductance du capteur L à partir de la réluctance Rel de la pièce de monnaie. La réluctance magnétique globale Rel de la pièce de monnaie est exprimée en particulier en fonction de la fréquence et des paramètres μ mat et dc p caractérisant le comportement électromagnétique de la pièce de monnaie.A type of sensor is used such that the magnetic flux circulates mainly in the ferrite constituting the core and closes in the coin defined by the parameters μ m at and d c p as well as by the residual air gap d, c 'is to say the distance between the faces of the circulating part and the faces of the inductor. In this case, the inductance of the sensor L can be calculated from the reluctance Rel of the coin. The overall magnetic reluctance Rel of the coin is expressed in particular as a function of the frequency and of the parameters μ mat and d c p characterizing the electromagnetic behavior of the coin.
L'inductance L du capteur en la présence de la pièce de monnaie et donc la réponse du capteur sont entièrement liées aux propriétés de la pièce définies par les paramètres μ mat et dc p . Les pièces de conception modernes qui sont destinées à déjouer les efforts des contrefacteurs et en particulier les pièces d' 1 et 2 Euros qui seront mises en circulation dans le cadre de l'utilisation d'une monnaie unique européenne présentent une structure complexe si bien que la réluctance des pièces et l'inductance d'un capteur de discrimination de ces pièces ne peuvent pas être exprimées uniquement en fonction des paramètres envisagés ci-dessus. "The inductance L of the sensor in the presence of the coin and therefore the response of the sensor are entirely linked to the properties of the coin defined by the parameters μ mat and d c p . The coins of modern design which are intended to thwart the efforts of the counterfeiters and in particular the coins of 1 and 2 Euros which will be put into circulation within the framework of the use of a single European currency have a complex structure so that the reluctance of the parts and the inductance of a sensor for discriminating these parts cannot be expressed solely as a function of the parameters considered above. "
Par exemple, la pièce d'un Euro est prévue avec un insert décrit plus haut entouré par une couronne en maillechort de composition Cu75 Zn2o Nis , la couronne et l'insert étant assemblés l'une sur l'autre par sertissage suivant une interface circulaire ou plus exactement cylindrique, constituée de la surface périphérique externe 2' de l'insert 2 et de la surface périphérique interne 3' de la couronne 3. La pièce de 2 Euros comporte un insert dont la couche interne est constituée par du nickel et représente 12% de l'épaisseur totale de l'insert, les couches externes étant constituées par du maillechort Cu75 Zn2o Ni 5 - Autour de l'insert est sertie une couronne en cupronickelFor example, the Euro coin is provided with an insert described above surrounded by a nickel silver crown of composition Cu 75 Zn 2 o Nis, the crown and the insert being assembled one on the other by following crimping a circular or more exactly cylindrical interface, consisting of the external peripheral surface 2 ′ of the insert 2 and the internal peripheral surface 3 ′ of the crown 3. The 2 Euro coin includes an insert whose internal layer consists of nickel and represents 12% of the total thickness of the insert, the outer layers being made of nickel silver Cu 75 Zn 2 o Ni 5 - Around the insert is crimped a cupronickel crown
L'analyse du comportement magnétique des pièces complexes telles que les pièces d'1 et 2 Euro se heurte à deux difficultés principales : 1 - L'analyse du comportement de l'insert présente des difficultés, du fait que l'insert est réalisé par plaquage de matériaux dont les perméabilités et conductivités électriques sont très différentes,The analysis of the magnetic behavior of complex coins such as 1 and 2 Euro coins encounters two main difficulties: 1 - The analysis of the behavior of the insert presents difficulties, since the insert is made by plating of materials whose electrical permeabilities and conductivities are very different,
2 - Il est de plus nécessaire de prendre en compte la résistance de contact R c à l'interface entre la couronne et l'insert. Les courants induits par le ou les capteurs dans la pièce de monnaie traversent librement l'interface lorsque la résistance de contact est pratiquement nulle. Au contraire, ces courants induits sont totalement séparés les uns des autres dans les deux éléments constitutifs de la pièce de monnaie si la résistance de contact Rc est très supérieure à 0. Pour des valeurs intermédiaires de la résistance de contact Rc , on obtient des situations intermédiaires des courants induits qui conduisent à des valeurs variables de l'inductance L du capteur en présence d'une pièce de monnaie. Si la valeur de la résistance de contact Rc n'est pas maîtrisée dans le cadre de la fabrication des pièces de monnaie, la dispersion des valeurs d'inductance L, et donc du signal de réponse du capteur, rendent impossible la réalisation de conditions de discrimination parfaites des pièces authenti- ques par rapport à des contrefaçons même grossières.2 - It is also necessary to take into account the contact resistance R c at the interface between the crown and the insert. The currents induced by the sensor (s) in the coin pass freely through the interface when the contact resistance is practically zero. On the contrary, these induced currents are completely separated from each other in the two constituent elements of the coin if the contact resistance R c is much greater than 0. For intermediate values of the contact resistance R c , we obtain intermediate situations of the induced currents which lead to variable values of the inductance L of the sensor in the presence of a coin. If the value of the contact resistance R c is not controlled in the context of the manufacture of coins, the dispersion of the inductance values L, and therefore of the response signal from the sensor, make it impossible to fulfill conditions perfect discrimination of authentic pieces compared to even coarse counterfeits.
En effet, afin de distinguer les pièces authentiques des contrefaçons, on fixe une plage d'acceptation des pièces :- lorsque le signal de réponse du capteur en présence d'une pièce est à l'intérieur de cette plage, on considère que la pièce est authentique ; lorsque le signal est en dehors de cette plage, on considère que la pièce est fausse. Afin de distinguer efficacement les pièces authentiques des pièces contrefaites, la plage d'acceptation des pièces doit être étroite. Cependant, lorsque la valeur de la résistance de contact Rc est mal maîtrisée une plage d'acceptation de pièces étroite conduit à un rejet d'une proportion importante de pièces authenti- ques, ce qui est inacceptable. Pour remédier à cet inconvénient, on peut élargir la plage d'acceptation des pièces, mais alors, le risque de considérer comme authentiques des pièces en réalité contrefaites devient important, ce qui est également inacceptable.In fact, in order to distinguish authentic coins from counterfeits, a coin acceptance range is fixed: - when the response signal from the sensor in the presence of a coin is within this range, the coin is considered to be is authentic; when the signal is outside this range, the piece is considered to be false. In order to effectively distinguish genuine coins from counterfeit coins, the acceptance range of coins must be narrow. However, when the value of the contact resistance R c is poorly controlled, a narrow part acceptance range leads to a rejection of a large proportion of authentic parts, which is unacceptable. To overcome this drawback, the acceptance range of the coins can be widened, but then the risk of considering genuine counterfeit coins as genuine becomes significant, which is also unacceptable.
Dans ces conditions, les machines de paiement par pièces, quel que soit le moyen de discrimination, ne pourront donc donner satisfaction.Under these conditions, coin-operated payment machines, whatever the means of discrimination, cannot therefore be satisfactory.
Dans des lots de pièces polymétalliques comportant un insert et une couronne en des matériaux métalliques différents, sertis l'un sur l'autre, on a pu mesurer des résistances de contact variant dans une large plage, ces variations semblant dues aux conditions de formage de l'insert et de la cou- ronne, par exemple par découpage, et à l'opération de sertissage des deux éléments constitutifs de la pièce l'un sur l'autre. En effet, les surfaces des éléments constitutifs de la pièce qui sont assemblés lors du sertissage pour réaliser une interface, peuvent présenter des aspérités à l'échelle microscopique, quel que soit le soin apporté à la fabrication des pièces, du fait que la fabrication doit répondre à certains critères de rendement industriel. Au moment du sertissage, les aspérités des surfaces de contact des éléments constitutifs de la pièce réalisent un contact électrique plus ou moins bon entre les deux éléments constitutifs de la pièce de part et d'autre de l'interface et dans des zones plus ou moins continues. Il en résulte une dispersion des valeurs de Rc , même dans une seule fabrication de pièces de monnaie. Pour le calcul de l'inductance du capteur, on doit prendre en compte la réluctance magnétique globale en fonctionnement du matériau qui peut dépendre de façon très sensible de la résistance de contact Rc.In batches of polymetallic parts comprising an insert and a crown made of different metallic materials, crimped one on the other, contact resistances varying over a wide range have been measured, these variations seeming due to the forming conditions of the insert and the crown, for example by cutting, and in the crimping operation of the two constituent elements of the part one on the other. Indeed, the surfaces of the constituent elements of the part which are assembled during crimping to produce an interface, can have roughness on a microscopic scale, whatever the care taken in the manufacture of the parts, due to the fact that the manufacture must meet certain industrial performance criteria. At the time of crimping, the roughness of the contact surfaces of the components of the part make more or less good electrical contact between the two components of the part on either side of the interface. and in more or less continuous zones. This results in a dispersion of the values of Rc, even in a single production of coins. For the calculation of the inductance of the sensor, one must take into account the overall magnetic reluctance in operation of the material which can depend very sensitively on the contact resistance Rc.
D'autre part, on ne connaît pas de procédés industriels de fabrication de pièces polymétalliques, telles que des pièces de monnaie comportant des éléments constitutifs assemblés par sertissage, qui permettent d'obtenir de manière systématique, des résistances de contact à travers l'interface entre les éléments constitutifs des pièces qui se situent dans un intervalle très étroit.On the other hand, there are no known industrial processes for manufacturing polymetallic parts, such as coins comprising constituent elements assembled by crimping, which make it possible to systematically obtain contact resistances through the interface. between the constituent parts of the pieces which lie within a very narrow gap.
En dehors des problèmes très importants relatifs à la fabrication de pièces de monnaie, il peut être nécessaire d'obtenir des pièces comportant des éléments constitutifs assemblés par sertissage dont l'interface de con- tact présente une résistance électrique constante et bien maîtrisée, par exemple pour une utilisation de ces pièces comme composant de dispositifs électriques ou électromagnétiques de types divers.Apart from the very important problems relating to the production of coins, it may be necessary to obtain parts comprising constituent elements assembled by crimping, the contact interface of which has a constant and well controlled electrical resistance, for example. for the use of these parts as a component of electrical or electromagnetic devices of various types.
Le but de l'invention est donc de proposer un procédé de réglage de la résistance de contact de l'interface entre deux composants de pièces poly- métalliques d'un lot de pièces, ce procédé permettant d'obtenir sur toutes les pièces d'une fabrication ou éventuellement de fabrications de provenances diverses, des caractéristiques électromagnétiques et en particulier une réluctance magnétique globale en fonctionnement constante, lors du passage de la pièce polymétallique en vis à vis d'un capteur inductif. Dans ce but, on soumet le lot de pièces à un cycle thermique comprenant au moins :The object of the invention is therefore to propose a method for adjusting the contact resistance of the interface between two components of poly-metallic parts of a batch of parts, this method making it possible to obtain on all the parts of a manufacture or possibly of manufacture from various sources, electromagnetic characteristics and in particular an overall magnetic reluctance in constant operation, when the polymetallic part passes opposite an inductive sensor. For this purpose, the batch of parts is subjected to a thermal cycle comprising at least:
- une phase au cours de laquelle l'interface est comprimé par dilatation différentielle des composants des pièces polymétalliques, et- a phase during which the interface is compressed by differential expansion of the components of the polymetallic parts, and
- une phase au cours de laquelle les surfaces de contact de l'inter- face sont mises en contact avec un milieu oxydant, la phase de compression et la phase de mise en contact avec un milieu oxydant pouvant être la même phase, afin, d'une part, d'écraser les aspérités des surfaces de contact et, d'autre part, de créer une couche oxydée sur les surfaces de contact.a phase during which the contact surfaces of the interface are brought into contact with an oxidizing medium, the compression phase and the phase of contacting with an oxidizing medium possibly being the same phase, in order, d on the one hand, to crush the rough edges contact surfaces and, on the other hand, to create an oxidized layer on the contact surfaces.
Afin de bien faire comprendre l'invention, on va maintenant décrire à titre d'exemple, en se référant aux figures jointes en annexe, l'application du procédé de réglage suivant l'invention à une fabrication de pièces de monnaie polymétalliques comportant un insert et une couronne selon un premier et selon un second modes de réalisation.In order to clearly understand the invention, a description will now be given by way of example, with reference to the appended figures, of the application of the adjustment method according to the invention to the manufacture of polymetallic coins comprising an insert. and a crown according to a first and according to a second embodiment.
La figure 1 est une vue de dessus d'une pièce de monnaie comportant un insert et une couronne. La figure 2 est une vue en coupe suivant 2 - 2 de la figure 1.Figure 1 is a top view of a coin having an insert and a crown. Figure 2 is a sectional view along 2 - 2 of Figure 1.
La figure 3 est une vue schématique d'un capteur inductif de reconnaissance de pièces de monnaie.Figure 3 is a schematic view of an inductive coin recognition sensor.
La figure 4 est un diagramme déformation en fonction de la température de l'insert et de la couronne d'une pièce de monnaie polymétallique se- Ion un premier mode de réalisation.FIG. 4 is a deformation diagram as a function of the temperature of the insert and of the crown of a polymetallic coin according to a first embodiment.
Les figures 5A et 5B sont des diagrammes montrant les variations de la température de pièces au cours du traitement par le procédé suivant l'invention appliqué à des pièces de monnaie selon le premier mode de réalisation, réalisé respectivement en un seul cycle thermique et en plusieurs cycles successifs.FIGS. 5A and 5B are diagrams showing the variations in the temperature of coins during treatment by the process according to the invention applied to coins according to the first embodiment, carried out respectively in a single thermal cycle and in several successive cycles.
La figure 6 est un diagramme déformation en fonction de la tempéra- ture de l'insert et de la couronne d'une pièce de monnaie polymétallique selon un second mode de réalisation.FIG. 6 is a deformation diagram as a function of the temperature of the insert and of the crown of a polymetallic coin according to a second embodiment.
Les figures 7A et 7B sont des diagrammes montrant les variations de la température de pièces au cours d'un traitement par le procédé de l'invention appliqué à des pièces de monnaie selon le second mode de réalisation, réalisé respectivement en un seul cycle thermique et en plusieurs cycles successifs.FIGS. 7A and 7B are diagrams showing the variations in the temperature of coins during a treatment by the method of the invention applied to coins according to the second embodiment, carried out respectively in a single thermal cycle and in several successive cycles.
Sur la figure 1 , on voit une pièce de monnaie polymétallique 1 com- portant un insert 2 et une couronne 3 sertis l'un sur l'autre suivant une interface 4 de forme circulaire ou cylindrique suivant l'épaisseur de l'insert 2 et de la couronne 3. Sur la figure 2, on a représenté en coupe la pièce de monnaie 1 , réalisée sous forme polymétallique . La couronne 3 de la pièce est réalisée sous forme homogène en un premier matériau métallique, et l'insert 2 réalisé sous forme plaquée comporte une couche interne 2a en un second matériau métallique et deux couches externes plaquées 2b en un troisième matériau métallique. Dans le cas d'une pièce de la valeur d'un Euro, le premier matériau métallique est constitué par du maillechort c'est à dire un alliage renfermant en masse 75% de cuivre 5% de nickel et 20% de zinc, le second matériau est constitué par du nickel et le troisième matériau métallique par du cupronickel, c'est à dire un alliage contenant en masse 75% de cuivre et 25% de nickel.In FIG. 1, we see a polymetallic coin 1 comprising an insert 2 and a crown 3 set one on the other according to an interface 4 of circular or cylindrical shape depending on the thickness of the insert 2 and of the crown 3. In Figure 2, there is shown in section the coin 1, made in polymetallic form. The crown 3 of the part is produced in homogeneous form in a first metallic material, and the insert 2 produced in plated form comprises an internal layer 2a in a second metallic material and two external plated layers 2b in a third metallic material. In the case of a coin with the value of one Euro, the first metallic material consists of nickel silver, that is to say an alloy containing by mass 75% of copper 5% of nickel and 20% of zinc, the second material consists of nickel and the third metallic material by cupronickel, ie an alloy containing by mass 75% of copper and 25% of nickel.
Dans le cas d'une pièce de 2 Euros, le premier matériau métallique est constitué par du cupronickel Cu75 Ni25 , le second matériau est constitué par du nickel et le troisième matériau par du maillechort Cu75 Ni5 Zn2o-In the case of a 2 Euro coin, the first metallic material consists of cupronickel Cu 7 5 Ni 2 5, the second material consists of nickel and the third material of nickel silver Cu 7 5 Ni 5 Zn 2 o -
Dans le cas de la pièce d'un Euro, la couche interne de nickel 2a re- présente 7% de l'épaisseur totale de l'insert 2 et dans le cas de la pièce de 2 Euros, la couche interne de nickel 2a de l'insert 2 représente 12% de l'épaisseur totale de l'insert.In the case of a Euro coin, the internal layer of nickel 2a represents 7% of the total thickness of the insert 2 and in the case of the 2 Euro coin, the internal layer of nickel 2a insert 2 represents 12% of the total thickness of the insert.
Pour la fabrication des pièces de monnaie, on réalise le découpage de la couronne 3 de forme annulaire dans un flan de composition homogène. constitué par le premier matériau, et l'insert en forme de disque circulaire dans un flan en matériau plaqué ayant la même épaisseur que le flan dans lequel on découpe la couronne et comportant une couche interne du second matériau sur les faces de laquelle sont plaquées deux couches externes du troisième matériau, et l'on assemble par sertissage la couronne et l'insert suivant l'interface 4.For the production of coins, the ring 3 of annular shape is cut from a blank of homogeneous composition . constituted by the first material, and the insert in the form of a circular disc in a blank of plated material having the same thickness as the blank in which the crown is cut and comprising an internal layer of the second material on the faces of which are plated two external layers of the third material, and the crown and the insert are assembled by crimping along the interface 4.
L'interface 4 est constitué par les surfaces de contact respectives 2' et 3' de l'insert 2 et de la couronne 3 rapportées l'une sur l'autre. La surface de contact 2' de l'insert est sa surface périphérique externe et la surface de contact 3' de la couronne est sa surface périphérique interne. Sur la figure 2, on a représenté de manière largement exagérée, des aspérités qui peuvent être présentes sur les surfaces 2' et 3' en vis à vis de l'insert et de la couronne, après le sertissage. Ces aspérités en fonction des conditions de sertissage des deux pièces, peuvent fournir un contact électrique parfait entre l'insert 2 et la couronne 3, suivant toute la longueur de l'interface 4 ou au contraire introduire une résistance électrique notable entre les surfaces de contact des deux éléments constitutifs de la pièce, suivant l'interface 4.The interface 4 is constituted by the respective contact surfaces 2 'and 3' of the insert 2 and of the crown 3 attached to one another. The contact surface 2 'of the insert is its external peripheral surface and the contact surface 3' of the crown is its internal peripheral surface. In Figure 2, there is shown in a greatly exaggerated manner, asperities which may be present on the surfaces 2 'and 3' opposite the insert and the crown, after crimping. These roughness, depending on the crimping conditions of the two parts, can provide perfect electrical contact between the insert 2 and the crown 3, along the entire length of the interface 4 or, on the contrary, introduce a significant electrical resistance between the contact surfaces of the two constituent elements of the part, along the interface 4.
Dans le premier cas, la résistance de contact Rc de l'interface est sensiblement nulle (Rc = 0) ; dans le second cas, la résistance Rc peut présenter une valeur non nulle et variable dans un large domaine allant par exemple du 10ème de mΩ à des valeurs très supérieures au mΩ. Pour concevoir un procédé permettant d'uniformiser la réponse d'un capteur in- ductif au passage d'une pièce de monnaie de type bimétallique telle que dé- crite plus haut, les inventeurs ont réalisé de nombreuses mesures de résistance électrique sur de nombreuses pièces de monnaie de lots différents venant de divers fabricants et corrélativement, la mesure d'un paramètre traduisant le comportement électromagnétique de la pièce de monnaie dans un capteur inductif tel que représenté sur la figure 3. Le capteur inductif en circuit résonant désigné de manière générale par le repère 5 comporte deux inducteurs 5a et 5b entre lesquels on fait passer la pièce 1 sur laquelle on effectue un contrôle d'authenticité par des mesures électromagnétiques.In the first case, the contact resistance R c of the interface is substantially zero (R c = 0); in the second case, the resistance R c can have a non-zero and variable value in a wide range ranging for example from the 10th of mΩ to values much greater than mΩ. To design a method for standardizing the response of an inductive sensor to the passage of a bimetallic coin as described above, the inventors have carried out numerous measurements of electrical resistance on numerous coins. coin from different lots from various manufacturers and correlatively, the measurement of a parameter reflecting the electromagnetic behavior of the coin in an inductive sensor as shown in FIG. 3. The inductive sensor in resonant circuit generally designated by the reference 5 comprises two inductors 5a and 5b between which the part 1 is passed over which an authenticity check is carried out by electromagnetic measurements.
Chacun des inducteurs 5a et 5b comporte un bobinage 6 et un noyau en ferrite 7 disposé à l'intérieur de la bobine 6. Les bobinages 6 sont alimentés en courant électrique alternatif à moyenne fréquence, et de préférence en courant à une fréquence de 500 kHz par une unité 8 d'alimentation électrique et de traitement des mesures.Each of the inductors 5a and 5b comprises a coil 6 and a ferrite core 7 disposed inside the coil 6. The coils 6 are supplied with alternating electric current at medium frequency, and preferably with current at a frequency of 500 kHz by a unit 8 for power supply and measurement processing.
La pièce de monnaie 1 passe entre les inducteurs 5a et 5b, de ma- nière que ses deux faces soient dirigées vers les faces internes en vis à vis l'une de l'autre des inducteurs 5a et 5b, avec un entrefer d très faible et égal de part et d'autre de la pièce de monnaie 1 qui présente une épaisseur e.The coin 1 passes between the inductors 5a and 5b, so that its two faces are directed towards the internal faces opposite one another of the inductors 5a and 5b, with a very small air gap d and equal on both sides of the coin 1 which has a thickness e.
On a représenté également des lignes de champ 10 c'est à dire les lignes de circulation du champ magnétique qui se forment autour des bobi- nages 6 et se referment dans le matériau de la pièce de monnaie 1. De manière générale, le signal de réponse du capteur 5 dépend de l'inductance L du capteur en présence de la pièce de monnaie 1. Comme il a été expliqué plus haut, lorsque la pièce de monnaie 1 est une pièce polymétallique corn- portant un insert et une couronne sertis l'un sur l'autre selon une interface, la réluctance de la pièce de monnaie dont dépend l'inductance L du capteur est généralement variable avec la valeur de la résistance de contact entre l'insert et la couronne de la pièce de monnaie, du fait du comportement différent des courants induits suivant la résistance de contact. Pour concevoir un procédé d'uniformisation de caractéristiques électromagnétiques de pièces polymétalliques et en particulier de pièces de monnaie comportant un insert et une couronne sertis, les inventeurs ont effectué des mesures de résistance sur de très nombreuses pièces de lots différents provenant de divers fabricants de pièces. Les mesures ont été effectuées sur les pièces de monnaie, à des fréquences élevées comprises entre 100 kHz et 1 MHz. A ces fréquences, l'épaisseur de peau δ, définie plus haut est faible, et dans le cas des pièces de monnaie dans lesquelles on effectue les mesures aux fréquences indiquées, cette épaisseur peau δ est très inférieure à l'épaisseur e de la pièce. On peut calculer l'inductance d'un capteur en fonction de la fréquence, de la perméabilité et de la conductivité d'un matériau homogène et en déduire une conductivité équivalente d'une pièce de monnaie polymétallique conduisant à la même inductance c'est à dire le même signal de réponse du capteur. Cette conductivité équivalente s'exprime en fonction de la réluctance magné- tique globale en fonctionnement du matériau.Field lines 10 are also shown, ie the lines of circulation of the magnetic field which form around the coils 6 and close in the material of the coin 1. In general, the signal of response of the sensor 5 depends on the inductance L of the sensor in the presence of the coin 1. As was explained above, when the coin 1 is a polymetallic coin bearing an insert and a crown crimped on each other according to an interface, the reluctance of the coin on which the inductance L of the sensor depends is generally variable with the value of the contact resistance between the insert and the coin crown, due to the different behavior of induced currents depending on contact resistance. In order to design a process for standardizing the electromagnetic characteristics of polymetallic coins and in particular of coins comprising an insert and a crimped crown, the inventors carried out resistance measurements on very many coins of different lots from various coin manufacturers. . The measurements were made on the coins, at high frequencies between 100 kHz and 1 MHz. At these frequencies, the skin thickness δ, defined above, is small, and in the case of coins in which measurements are made at the indicated frequencies, this skin thickness δ is much less than the thickness e of the coin. . We can calculate the inductance of a sensor as a function of the frequency, permeability and conductivity of a homogeneous material and deduce an equivalent conductivity from a polymetallic coin leading to the same inductance. say the same response signal from the sensor. This equivalent conductivity is expressed as a function of the overall magnetic reluctance in operation of the material.
Ainsi toute variation du matériau de la pièce ou de la résistance de contact Rc suivant l'interface de la pièce se traduisant par une variation de la réluctance magnétique globale Rmat peut être ramenée à une variation de conductivité équivalente, lorsque la fréquence est élevée. On effectue donc sur les pièces, des mesures d'inductance par l'intermédiaire de mesures de fréquence de résonance ce qui permet d'obtenir la conductivité équivalente et donc de caractériser rapidement les pièces en ce qui concerne leurs caractéristiques physiques telles que la conductivité des différents matériaux de la pièce. Dans les plages de fréquence pour lesquelles δ est très inférieur à l'épaisseur e de la pièce, ces fréquences étant utilisées pour les mesures de conductibilité, le signal du capteur est principalement affecté par les conductibilités des matériaux et leurs caractéristiques géométriques (épaisseur et caractéristiques de l'interface entre la couronne et l'insert) et peu ou pas du tout par la perméabilité intrinsèque des matériaux.Thus any variation of the material of the part or of the contact resistance R c depending on the interface of the part, resulting in a variation of the overall magnetic reluctance R ma t can be reduced to a variation of equivalent conductivity, when the frequency is high. Inductance measurements are therefore carried out on the parts by means of resonance frequency measurements, which makes it possible to obtain the equivalent conductivity and therefore to quickly characterize the parts with regard to their physical characteristics such as the conductivity of the components. different materials of the room. In the frequency ranges for which δ is much less than the thickness e of the part, these frequencies being used for conductivity measurements, the sensor signal is mainly affected by the conductivities of the materials and their geometric characteristics (thickness and characteristics of the interface between the crown and the insert) and little or not at all by the intrinsic permeability of the materials.
Les mesures effectuées par les inventeurs sur un très grand nombre de pièces ont permis de montrer que pour une résistance de contact com- prise entre à peu près 0,1 et à peu près 1mΩ , les courants induits et donc l'inductance et la réponse du capteur dépendent fortement de la résistance de contact tandis que, pour une résistance de contact Rc supérieure à 1 mΩ, les courants induits sont compartimentés dans l'insert et la couronne et qu'au dessus de cette valeur, toute dispersion des valeurs de la résistance de contact n'influence pas la distribution des courants induits et donc l'inductance et la réponse du capteur. Cette constatation résulte de mesures de résistance de contact et du signal d'un capteur inductif sur un très grand nombre de pièces de monnaie.The measurements carried out by the inventors on a very large number of parts made it possible to show that for a contact resistance comprised between approximately 0.1 and approximately 1 mΩ, the induced currents and therefore the inductance and the response of the sensor strongly depend on the contact resistance while for a contact resistance R c greater than 1 mΩ, the induced currents are compartmentalized in the insert and the crown and that above this value, any dispersion of the values of the contact resistance does not influence the distribution of the induced currents and therefore the inductance and the response of the sensor. This finding results from contact resistance measurements and the signal from an inductive sensor on a very large number of coins.
Une première constatation des inventeurs est aussi relative au fait qu'une résistance de contact entre l'insert et la couronne d'une pièce de monnaie supérieure à 1mΩ permet de s'affranchir de l'influence de la résistance de contact sur le signal d'un capteur inductif de discrimination. Bien entendu, pour éviter toute influence de la résistance de contact sur le signal du capteur, il est souhaitable que toutes les pièces de monnaie présentent une résistance de contact Rc largement supérieure à 1mΩ.A first observation by the inventors is also related to the fact that a contact resistance between the insert and the crown of a coin greater than 1mΩ makes it possible to overcome the influence of the contact resistance on the signal d '' an inductive discrimination sensor. Of course, to avoid any influence of the contact resistance on the sensor signal, it is desirable that all the coins have a contact resistance R c much greater than 1mΩ.
L'invention consiste donc à fournir un procédé pour fixer la résistance de contact de toutes les pièces d'un lot de pièces à une valeur supérieure à une limite déterminée et dans le cas des pièces de monnaie telles que décrites, à une, limite de 1 mΩ, Le procédé de l'invention est fondé sur la réalisation d'une couche d'oxyde isolante à l'interface entre l'insert et la couronne des pièces conjuguée à une déformation plastique des protubérances interfaciales, de telle sorte que la résistance de contact soit supérieure à la limite fixée, pour chacune des pièces soumises au traitement. Le traitement selon l'invention est effectué sur des pièces dont l'insert et la couronne ont été préalablement assemblés par sertissage, une condition impérative est que le traitement doit être effectué de manière à évi- ter toutes modifications de couleurs et plus généralement d'aspect des pièces.The invention therefore consists in providing a method for setting the contact resistance of all the coins in a batch of coins at a value greater than a determined limit and in the case of coins as described, at a limit of 1 mΩ, The method of the invention is based on the production of an insulating oxide layer at the interface between the insert and the crown of the parts combined with a plastic deformation of the interfacial protuberances, so that the resistance contact is greater than the limit, for each of the parts subject to treatment. The treatment according to the invention is carried out on parts of which the insert and the crown have been previously assembled by crimping, an imperative condition is that the treatment must be carried out so as to avoid ter all modifications of colors and more generally of appearance of the parts.
Le traitement des pièces permettant l'oxydation de l'interface jusqu'à obtenir une résistance de contact supérieure à la limite fixée sera décrit dans deux cas différents.The treatment of the parts allowing the oxidation of the interface until obtaining a contact resistance higher than the fixed limit will be described in two different cases.
Dans l'exemple 1 qui correspond au cas des pièces d'1 Euro, l'insert des pièces présente un coefficient de dilatation moins élevé que la couronne. Dans l'exemple 2 qui correspond au cas des pièces de 2 Euro, l'insert présente un coefficient de dilatation plus élevé que la couronne. Exemple 1. Le traitement est réalisé sur des pièces d'1 Euro dont la couronne est en maillechort et l'insert en un matériau plaqué comportant une couche interne de nickel et deux couches externes plaquées de cupronickel. Sur la figure 4, on a représenté les dilatations λ de l'insert et de la couronné (par exemple dans une direction diamétrale) en fonction de la tem- pérature ; la dilatation λ j de l'insert est représentée par la droite 11 de pente α i (coefficient de dilatation de l'insert) et la dilatation λc de la couronne est représentée par la droite 12 ayant pour pente αc qui est le coefficient de dilatation du maillechort.In example 1 which corresponds to the case of 1 Euro coins, the coin insert has a lower coefficient of expansion than the crown. In example 2 which corresponds to the case of 2 Euro coins, the insert has a higher coefficient of expansion than the crown. Example 1. The treatment is carried out on 1 Euro coins, the crown of which is made of nickel silver and the insert of a plated material comprising an inner layer of nickel and two outer layers plated with cupronickel. In FIG. 4, the expansions λ of the insert and of the crown (for example in a diametrical direction) have been represented as a function of the temperature; the expansion λ j of the insert is represented by the line 11 of slope α i (coefficient of expansion of the insert) and the expansion λ c of the crown is represented by the line 12 having the slope α c which is the coefficient of nickel silver expansion.
L'origine O correspond à une température ambiante, par exemple 20°C, à laquelle la couronne et l'insert sont supposés s'imbriquer parfaitement l'un dans l'autre, sans compression ni dilatation de l'un sur l'autre ; l'entrefer d'interface vaut δ = Rλc - Rλj (R rayon de l'insert).The origin O corresponds to an ambient temperature, for example 20 ° C, at which the crown and the insert are supposed to nest perfectly one inside the other, without compression or expansion of one on the other ; the interface air gap is δ = Rλ c - Rλj (R radius of the insert).
On notera en particulier que Δλ = λj - λc = 0 à l'ambiante, ce qui correspond à l'origine 0. Lorsqu'on abaisse la température des pièces au dessous de 20°C, l'insert (droite 11 ) se contracte moins que la couronne (droite 12). Il en résulte une compression de l'interface 4 entre l'insert 2 et la couronne 3.Note in particular that Δλ = λj - λ c = 0 at room temperature, which corresponds to the origin 0. When the temperature of the rooms is lowered below 20 ° C, the insert (line 11) is contracts less than the crown (right 12). This results in compression of the interface 4 between the insert 2 and the crown 3.
La compression de l'interface par diminution de température en dessous de 20°C permet de comprimer et éventuellement d'écraser les aspérités des surfaces 2' et 3'.The compression of the interface by temperature reduction below 20 ° C makes it possible to compress and possibly crush the roughness of the surfaces 2 'and 3'.
Lorsqu'on porte les pièces à une température supérieure à 20°C, la dilatation de l'insert 2 représentée par la droite 11 est inférieure à la dilatation de la couronne 3 représentée par la droite 12, de sorte que l'interface 4 entre les surfaces de contact 2' et 3' de l'insert et de la couronne se dilate. On obtient ainsi une ouverture de l'interface qui peut être utilisée dans la mise en œuvre du procédé suivant l'invention pour faire pénétrer un milieu oxydant entre les surfaces 2' et 3' au contact des aspérités et ainsi oxyder la surface de contact.When the parts are brought to a temperature above 20 ° C., the expansion of the insert 2 represented by the line 11 is less than the expansion of the crown 3 represented by the line 12, so that the interface 4 enters the contact surfaces 2 'and 3' of the insert and the crown expands. There is thus obtained an opening of the interface which can be used in the implementation of the method according to the invention for penetrating an oxidizing medium between the surfaces 2 ′ and 3 ′ in contact with the asperities and thus oxidizing the contact surface.
Le principe du procédé de traitement par oxydation des surfaces de contact des éléments constitutifs des pièces repose sur une ouverture de l'interface entre les pièces, cette ouverture étant toutefois limitée pour éviter le dessertissage des pièces, et sur la mise en contact d'un milieu oxydant avec les surfaces en vis à vis de l'interface à une température ou durant une transition de température permettant l'oxydation des matériaux de l'insert et de la couronne. Cette opération peut être précédée par une contraction de l'interface destinée à comprimer les aspérités des surfaces de contact de part et d'autre de l'interface. Sur la figure 5A, on a représenté un premier mode de réalisation d'un traitement suivant l'invention dans le cas de pièces d'1 Euro, c'est à dire de pièces dont l'insert présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à la couronne.The principle of the method of treatment by oxidation of the contact surfaces of the constituent elements of the parts is based on an opening of the interface between the parts, this opening being however limited to avoid the dismantling of the parts, and on the bringing into contact of a oxidizing medium with the facing surfaces of the interface at a temperature or during a temperature transition allowing the oxidation of the materials of the insert and of the crown. This operation can be preceded by a contraction of the interface intended to compress the roughness of the contact surfaces on either side of the interface. In FIG. 5A, a first embodiment of a treatment according to the invention is shown in the case of coins of 1 Euro, that is to say coins in which the insert has a coefficient of thermal expansion less than the crown.
Du fait que l'insert a un coefficient de dilatation inférieur à celui de la couronne :Because the insert has a lower coefficient of expansion than that of the crown:
- si on refroidit la pièce, l'interface se contracte,- if the part is cooled, the interface contracts,
- si on chauffe la pièce, l'interface se dilate.- if the room is heated, the interface expands.
Le traitement comporte deux phases obligatoires qui seront désignées comme phase 2 et phase 3, ces phases pouvant être elles-mêmes précé- dées d'une phase 1 , généralement facultative.The processing comprises two compulsory phases which will be designated as phase 2 and phase 3, these phases can themselves be preceded by a phase 1, generally optional.
La phase 2 consiste en un refroidissement à une première température T3 < -40°C et de préférence < -100°C pour obtenir une compression de l'interface résultant d'une contraction de la couronne plus importante que la contraction de l'insert. La phase 3 consiste à jeter les pièces froides dans un liquide oxydant ou amphotère tel que l'eau, l'acétone, l'alcool ou des solutions aqueuses faiblement acides dont la température T4 est comprise entre 25°C et 75°C (de préférence entre 35°C et 65°C). Le temps de transfert entre le moment où les pièces sont à la première température T3 et le moment où elles sont plongées dans le liquide oxydant ou amphotère à la seconde température T4 doit être suffisamment court pour que les pièces n'aient pas le temps de se réchauffer et donc que l'interface n'ait pas le temps de se décomprimer. Ce temps doit être, de préférence, inférieur à 5 secondes et mieux encore, inférieur à 2 secondes.Phase 2 consists of cooling to a first temperature T 3 <-40 ° C and preferably <-100 ° C to obtain compression of the interface resulting from a contraction of the crown greater than the contraction of the insert. Phase 3 consists in throwing the cold parts into an oxidizing or amphoteric liquid such as water, acetone, alcohol or weakly acidic aqueous solutions whose temperature T 4 is between 25 ° C and 75 ° C ( preferably between 35 ° C and 65 ° C). The transfer time between the time when the parts are at the first temperature T 3 and the moment when they are immersed in the oxidizing or amphoteric liquid at the second temperature T 4 must be short enough so that the parts do not have time to warm up and therefore that the interface doesn't have time to decompress. This time should preferably be less than 5 seconds and more preferably less than 2 seconds.
Dans ces conditions, et du fait de l'inertie thermique des pièces lorsque celles-ci sont plongées dans le liquide, la couronne (située à l'extérieur de la pièce) est soumise, de manière transitoire, à un réchauffement et donc à une dilatation plus forte que celle de l'insert, ouvrant ainsi l'interface et y faisant ainsi pénétrer le liquide oxydant. La phase 3 sera désignée comme phase de dilatation différentielle oxydante.Under these conditions, and due to the thermal inertia of the parts when they are immersed in the liquid, the crown (located outside the part) is subjected, in a transient manner, to heating and therefore to a stronger expansion than that of the insert, thus opening the interface and thereby penetrating the oxidizing liquid. Phase 3 will be designated as the oxidative differential expansion phase.
Pour que le mouillage des surfaces se fasse dans de bonnes conditions, il est préférable que le liquide soit adapté pour mouiller facilement les matériaux dont sont constitués les pièces. La facilité de mouillage peut être améliorée, si nécessaire, en ajoutant au liquide un produit tensipactif. Il faut de plus que le liquide comporte des groupements oxydants aptes à former par exemple des couches de surface d'hydroxyde des métaux constituant les pièces (Cu, Ni, Zn). Les groupements contenant de l'oxygène ou des halo- génures (Cl, Br, I, ...) sont particulièrement recommandés, à condition que leur pH reste modéré (pH > 2 et de préférence > 4).For the wetting of the surfaces to take place under good conditions, it is preferable that the liquid is adapted to easily wet the materials of which the parts are made. The ease of wetting can be improved, if necessary, by adding a surfactant to the liquid. It is also necessary that the liquid comprises oxidizing groups capable of forming, for example, surface hydroxide layers of the metals constituting the parts (Cu, Ni, Zn). Groups containing oxygen or halides (Cl, Br, I, ...) are particularly recommended, provided that their pH remains moderate (pH> 2 and preferably> 4).
Les composés oxydés de surface, formés lors du transitoire thermique entre la température initiale T3 et la seconde température T conduisent à la formation d'une couche isolante entre les deux interfaces qui augmente la résistance de contact.The oxidized surface compounds, formed during the thermal transient between the initial temperature T 3 and the second temperature T lead to the formation of an insulating layer between the two interfaces which increases the contact resistance.
Cependant, l'ensemble de la surface des pièces est au contact du liquide oxydant ou amphotère et donc s'oxyde. Cette oxydation, si elle est trop importante, détériore l'aspect visuel des pièces qui est un élément de reconnaissance important. C'est pour éviter cette détérioration de l'aspect de surface des pièces que les liquides utilisés ont un pouvoir oxydant limité, et que l'on évitera en particulier les solutions concentrées de nitrates, sulfates ou halogénures, qui ont des pH très acides. A la fin de la phase 3, on sort les pièces du liquide oxydant ou amphotère et on les ramène à une température ambiante ordinaire, par exemple 20°C.However, the entire surface of the parts is in contact with the oxidizing or amphoteric liquid and therefore oxidizes. This oxidation, if it is too important, deteriorates the visual aspect of the parts which is an important element of recognition. It is to avoid this deterioration in the surface appearance of the parts that the liquids used have a limited oxidizing power, and that in particular concentrated solutions of nitrates, sulphates or halides, which have very acidic pH, will be avoided. At the end of phase 3, the parts are removed from the oxidizing or amphoteric liquid and brought back to an ordinary ambient temperature, for example 20 ° C.
Le traitement comportant les phases 2 et 3 peut être précédé d'une phase 1 de dilatation oxydante de l'interface destinée à la fois à rompre les contacts métalliques insert couronne et à oxyder l'interface et en particulier les aspérités des surfaces en contact.The treatment comprising phases 2 and 3 may be preceded by a phase 1 of oxidative expansion of the interface intended both to break the metal contacts crown insert and to oxidize the interface and in particular the roughness of the surfaces in contact.
Pour réaliser cette dilatation oxydante de l'interface, les pièces sont portées à une troisième température T2 qui doit être suffisamment élevée pour que la dilatation de l'interface soit importante, mais pas trop pour que soient réunies les conditions thermodynamiques de formation d'un oxyde stable.To achieve this oxidative expansion of the interface, the parts are brought to a third temperature T 2 which must be sufficiently high for the expansion of the interface to be significant, but not too much so that the thermodynamic conditions of formation of a stable oxide.
De préférence, la troisième température T2 doit être comprise entre 80°C et 160°C, et mieux encore, entre 100°C et 140°C. Ce chauffage est effectué dans une atmosphère modérément oxydante pour ne pas détériorer l'aspect visuel des pièces. Ce chauffage peut être un recuit sous vide primaire, un recuit sous gaz protecteur de faible pureté, un recuit sous hydrogène avec un point de rosée contrôlé supérieur à -50°C et de préférence supérieur à -30°C, ou même un recuit à l'air. Le traitement comporte une montée à la troisième température T2, un palier à la troisième température T2 et un retour à la température ambiante Ti. La montée en température peut se faire rapidement, comme représenté par la courbe 13a sur la figure 5A (enfournement en four chaud) ou lentement, comme représenté par la courbe 13b (enfournement au four froid). II est préférable que la vitesse de montée en température des pièces soit supérieure à 2°C/s et mieux encore supérieure à 5°C/s.Preferably, the third temperature T 2 must be between 80 ° C and 160 ° C, and better still, between 100 ° C and 140 ° C. This heating is carried out in a moderately oxidizing atmosphere so as not to deteriorate the visual appearance of the parts. This heating can be annealing under primary vacuum, annealing under protective gas of low purity, annealing under hydrogen with a controlled dew point greater than -50 ° C and preferably greater than -30 ° C, or even annealing at the air. The treatment includes a rise to the third temperature T 2 , a plateau at the third temperature T 2 and a return to ambient temperature Ti. The temperature rise can take place quickly, as represented by curve 13a in FIG. 5A (charging in a hot oven) or slowly, as represented by curve 13b (charging in a cold oven). It is preferable that the rate of temperature rise of the parts is greater than 2 ° C / s and better still greater than 5 ° C / s.
La durée du palier à la troisième température T2 peut être ajustée à volonté entre quelques secondes et plusieurs heures.The duration of the plateau at the third temperature T 2 can be adjusted as desired between a few seconds and several hours.
Le retour à la température ambiante peut être obtenu par refroidisse- ment naturel.Return to room temperature can be obtained by natural cooling.
Le traitement des pièces peut comporter :Processing of documents may include:
- soit un seul cycle des phases 2 et 3 de contraction et de dilatation différentielle oxydante ; - soit un seul cycle des phases 2 et 3 de contraction et de dilatation différentielle oxydante précédées d'une phase 1 de dilatation oxydante.- either a single cycle of phases 2 and 3 of contraction and differential oxidative expansion; - or a single cycle of phases 2 and 3 of contraction and differential oxidative expansion preceded by a phase 1 of oxidative expansion.
- soit, comme représenté sur la figure 5B, une pluralité de cycles des phases 2 et 3 de contraction et dilatation différentielle oxydante, séparées par des phases 1 de dilatation oxydante.- Or, as shown in FIG. 5B, a plurality of cycles of phases 2 and 3 of oxidative differential contraction and expansion, separated by phases 1 of oxidative expansion.
Le premier groupe de phases 2 et 3 de contraction et dilatation différentielle oxydante peut être, éventuellement, précédé d'une phase 1 de dilatation oxydante. En procédant ainsi, on cumule les effets des phases successives et on peut obtenir une résistance de contact Rc largement supé- heure à 1mΩ.The first group of phases 2 and 3 of contraction and differential oxidative dilation can possibly be preceded by a phase 1 of oxidative dilation. By proceeding in this way, the effects of the successive phases are cumulated and a contact resistance R c much greater than 1mΩ can be obtained.
Il convient de noter que le traitement ne doit pas se terminer par une phase de dilatation oxydante, car celle-ci, en général, détériore l'effet des phases précédentes.It should be noted that the treatment should not end with an oxidative dilation phase, since this, in general, deteriorates the effect of the previous phases.
Exemple 2 :On effectue le traitement d'un lot de pièces de 2 Euros par un procédé suivant l'invention.Example 2: A batch of 2 Euro coins is processed by a process according to the invention.
Comme indiqué plus haut, les pièces de 2 Euros comportent un insert en un matériau plaqué comportant une couche interne de nickel et deux couches externes de maillechort Cu 75 Ni 5 Zn 20 et une couronne en cupronickel Cu 75 Ni 25. Dans le cas de telles pièces, l'insert présente un coefficient de dilatation α,- plus élevé que le coefficient de dilatation de la couronne αc.As indicated above, the 2 Euro coins include an insert made of a plated material comprising an internal layer of nickel and two external layers of nickel silver Cu 75 Ni 5 Zn 20 and a crown of cupronickel Cu 75 Ni 25 . In the case of such parts, the insert has a coefficient of expansion α, - higher than the coefficient of expansion of the crown α c .
Comme il apparaît sur la figure 6 qui représente la dilatation ou la contraction thermique λ de l'insert (λ i ) et de la couronne (λ c ) en fonction de la température, l'origine 0 correspond à la température ambiante de 20°C pour laquelle l'insert et la couronne sont supposés s'imbriquer parfaitement l'un dans l'autre et sont maintenus en contact localisé par les aspérités de leurs surfaces de contact.As it appears in FIG. 6 which represents the thermal expansion or contraction λ of the insert (λ i) and of the crown (λ c ) as a function of the temperature, the origin 0 corresponds to the ambient temperature of 20 ° C for which the insert and the crown are supposed to fit perfectly into each other and are kept in localized contact by the roughness of their contact surfaces.
Lorsqu'on élève la température au dessus de 20°C, la dilatation λ c de la couronne représentée par la droite 16 de pente αc est inférieure à la déformation λi de l'insert représenté par la droite 17 de pente ,-. Les surfaces de contact de la couronne et de l'insert se compriment l'une l'autre ce qui produit un écrasement des protubérances interfaciales.When the temperature is raised above 20 ° C, the expansion λ c of the crown represented by the line 16 of slope α c is less than the deformation λi of the insert represented by the line 17 of slope, -. The contact surfaces of the crown and the insert compress each other which produces a crushing of the interfacial protuberances.
Lorsqu'on abaisse la température en dessous de 20°C, la contraction de la couronne représentée par la droite 16 est inférieure à la contraction de l'insert représentée par la droite 17. Dans ce cas, les surfaces de contact de la couronne et de l'insert s'écartent l'une de l'autre, ce qui produit une ouverture de l'interface et une rupture des liaisons métalliques localisées in- sert/couronne. Comme dans le cas précédent, le traitement thermique est constitué d'un ou de plusieurs cycles qui peuvent comporter trois phases :When the temperature is lowered below 20 ° C, the contraction of the crown represented by the line 16 is less than the contraction of the insert represented by the line 17. In this case, the contact surfaces of the crown and the insert move away from each other, which produces an opening of the interface and a rupture of the connections. localized metal insert / crown. As in the previous case, the heat treatment consists of one or more cycles which can include three phases:
La phase 1 est un refroidissement du lot de pièces de la température ambiante T0 à une première température Ti très basse, qui peut être inférieure à -100°C et qui est destinée à rompre les éventuelles liaisons métalli- ques locales entre l'insert et la couronne par dilatation de l'interface ; le refroidissement peut être obtenu, par exemple, en plongeant le lot de pièces dans de l'azote liquide. Lorsque le traitement thermique comprend un seul cycle, ou lorsque le traitement thermique comprend plusieurs cycles successifs et que le cycle considéré est le premier de la série, cette phase est fa- cultative. En revanche, lorsque le cycle est précédé d'au moins un cycle antérieur, cette phase est obligatoire.Phase 1 is a cooling of the batch of parts from room temperature T 0 to a very low first temperature Ti, which can be lower than -100 ° C and which is intended to break any local metallic connections between the insert and the crown by expansion of the interface; cooling can be obtained, for example, by immersing the batch of parts in liquid nitrogen. When the heat treatment comprises a single cycle, or when the heat treatment comprises several successive cycles and the cycle considered is the first in the series, this phase is optional. On the other hand, when the cycle is preceded by at least one previous cycle, this phase is compulsory.
La phase 2 est constituée d'un chauffage du lot de pièces jusqu'à une seconde température T2 dans un four dont l'atmosphère est contrôlée. L'atmosphère doit être constituée d'un gaz protecteur inerte tel que l'argon ou l'hélium ou d'un gaz réducteur tel que l'hydrogène. Dans tous les cas, l'atmosphère du four doit renfermer un agent oxydant et, par exemple, être un peu humide de façon à être légèrement oxydante.Phase 2 consists of heating the batch of parts to a second temperature T 2 in an oven whose atmosphere is controlled. The atmosphere must consist of an inert protective gas such as argon or helium or a reducing gas such as hydrogen. In all cases, the atmosphere of the furnace must contain an oxidizing agent and, for example, be a little humid so as to be slightly oxidizing.
Le pouvoir oxydant de l'atmosphère, la température maximale atteinte T2 et le temps de séjour des pièces dans le four doivent être suffisants pour que la résistance de contact soit augmentée mais pas trop pour que l'aspect visuel des pièces ne soit pas notablement modifié par une oxydation sensible de leur surface.The oxidizing power of the atmosphere, the maximum temperature reached T 2 and the residence time of the parts in the oven must be sufficient for the contact resistance to be increased but not too much so that the visual appearance of the parts is not appreciably modified by a significant oxidation of their surface.
Le temps de séjour dans le four correspond à la somme du temps de montée en température depuis la température d'enfournement jusqu'à la température T2 et du temps de maintien à la température T2 ou autour de cette température.The residence time in the oven corresponds to the sum of the temperature rise time from the oven temperature to the temperature T 2 and the time to maintain the temperature T 2 or around this temperature.
La montée en température pouvant être très rapide (vitesse de chauffage pouvant aller jusqu'à plusieurs milliers de degrés par heure) ou très lente (vitesse pouvant être de quelques degrés par heure) ou intermédiaire entre ces deux vitesses, le temps de montée en température peut varier entre quelques secondes et quelques heures.The temperature rise can be very rapid (heating rate up to several thousand degrees per hour) or very slow (speed can be a few degrees per hour) or intermediate between these two speeds, the temperature rise time can vary between a few seconds and a few hours.
En tout état de cause, le temps de séjour dans le four doit être de quelques heures. Le temps de maintien à la seconde température T∑ peut varier entre quelques secondes (de préférence plus de 5 secondes) et quelques heures (de préférence, moins de 3 heures) selon que la montée en température est lente ou rapide. Pour que le traitement soit efficace, le point de rosée de l'atmosphère du four doit, de préférence, être supérieur à -60°C, et mieux, supérieur à -50°C ; la seconde température T2 doit être supérieure à 350°C, et mieux, supérieure à 370°C ; le temps de maintien doit être supérieur à 5 mn.In any case, the residence time in the oven must be a few hours. The holding time at the second temperature T ∑ can vary between a few seconds (preferably more than 5 seconds) and a few hours (preferably, less than 3 hours) depending on whether the temperature rise is slow or rapid. For the treatment to be effective, the dew point of the furnace atmosphere must preferably be greater than -60 ° C, and better still greater than -50 ° C; the second temperature T 2 must be greater than 350 ° C, and better still, greater than 370 ° C; the holding time must be greater than 5 min.
Pour que le traitement ne détériore pas l'aspect visuel des pièces, le point de rosée de l'atmosphère du four doit être inférieur à 0°C et de préfé- rence inférieur à -10°C ; la seconde température T doit être inférieure à 450°C, et mieux, inférieure à 430°C ; le temps de séjour dans le four dépend de la température et du point de rosée de l'atmosphère du four. Plus la température est élevée et plus le point de rosée est élevé, plus le temps de séjour dans le four doit être court. L'homme du métier peut facilement déterminer ces conditions, par exemple par quelques essais sur quelques pièces.In order that the treatment does not deteriorate the visual appearance of the parts, the dew point of the furnace atmosphere must be less than 0 ° C and preferably less than -10 ° C; the second temperature T must be less than 450 ° C, and better still, less than 430 ° C; the residence time in the oven depends on the temperature and the dew point of the oven atmosphere. The higher the temperature and the higher the dew point, the shorter the residence time in the oven. Those skilled in the art can easily determine these conditions, for example by a few tests on a few parts.
A titre d'exemple, pour un point de rosée égal à -20°C et une seconde température T2, le temps de séjour dans le four doit être inférieur à ≈ 3 heures. La phase 3 est un retour du lot de pièces à la température ambiante.For example, for a dew point equal to -20 ° C and a second temperature T2, the residence time in the oven must be less than ≈ 3 hours. Phase 3 is a return of the batch of parts to room temperature.
Ce retour ne doit pas se faire sous atmosphère oxydante mais dans une atmosphère de gaz neutre ou réducteur, pour éviter de détériorer l'aspect visuel des pièces. De ce point de vue, il est préférable que l'atmosphère soit la même ou comparable à celle du four. De plus, il est préférable que le refroi- dissement se fasse à une vitesse de refroidissement supérieure à 200°C par heure.This return must not take place in an oxidizing atmosphere but in an atmosphere of neutral or reducing gas, to avoid deteriorating the visual appearance of the parts. From this point of view, it is preferable that the atmosphere is the same or comparable to that of the oven. In addition, it is preferable that the cooling takes place at a cooling rate greater than 200 ° C. per hour.
Comme on l'a indiqué plus haut, le traitement thermique peut comporter soit un seul cycle constitué d'au moins une phase 2 et une phase 3 et éventuellement une phase 1 , comme représenté sur la figure 7A, soit plusieurs cycles successifs, comme représenté sur la figure 7B. Lorsque le traitement comporte plusieurs cycles, tous les cycles, sauf le premier, doivent impérativement comporter une phase 1. Dans ce cas, la phase 3 et la phase 1 qui lui succède peuvent s'enchaîner directement si bien qu'à la sortie du four, le lot de pièces peut être refroidi directement à la première température Ti correspondant à la phase 1.As indicated above, the heat treatment can comprise either a single cycle consisting of at least one phase 2 and one phase 3 and optionally a phase 1, as shown in FIG. 7A, or several successive cycles, as shown in FIG. 7B. When the treatment comprises several cycles, all cycles, except the first, must imperatively include a phase 1. In this case, phase 3 and phase 1 which follows it can be linked directly so that when it comes out of the oven , the batch of parts can be cooled directly to the first temperature Ti corresponding to phase 1.
Dans tous les cas, le traitement suivant l'invention permet de fixer, pour chacune des pièces d'un lot de pièces, de manière très sûre, la résis- tance de contact à un niveau supérieur à la limite déterminée dans une première phase du procédé, pour obtenir une réponse pratiquement constante d'un capteur inductif au passage de chacune des pièces d'un lot de pièces. La résistance de contact à travers l'interface entre les inserts et les couronnes des pièces obtenues à l'issue du traitement peut être très supérieure à 1 mΩ. De manière plus générale, dans le cas de traitement de pièces de monnaie différentes de celles qui ont été décrites ou dans le cas de pièces ou composants électromagnétiques polymétalliques, la limite de résistance de contact qui est définie préalablement à la mise en œuvre du traitement par des mesures de résistance en parallèle à l'enregistrement du signal d'un capteur inductif sur un très grand nombre de pièces, peut être différente d'1 mΩ.In all cases, the treatment according to the invention makes it possible to fix, for each of the pieces of a batch of pieces, very securely, the contact resistance at a level higher than the limit determined in a first phase of the process, to obtain a practically constant response from an inductive sensor to the passage of each of the parts in a batch of parts. The contact resistance across the interface between the inserts and the crowns of the parts obtained at the end of the treatment can be much greater than 1 mΩ. More generally, in the case of treatment of coins different from those which have been described or in the case of electromagnetic polymetallic coins or components, the limit of contact resistance which is defined prior to the implementation of the treatment by resistance measurements in parallel to recording the signal from an inductive sensor on a very large number of parts, can be different from 1 mΩ.
On a ainsi obtenu, dans le cas de pièces de monnaie telles que décrites ci-dessus, par la mise en œuvre du traitement suivant l'invention, des taux de réussite sur des lots de pièces, supérieurs à 90%, c'est à dire que moins de 10% des pièces du lot présentent, une résistance de contact insuffisante se traduisant par un signal de réponse dans un capteur inductif ne permettant pas la reconnaissance de la pièce de monnaie.We have thus obtained, in the case of coins as described above, by the implementation of the processing according to the invention, success rates on batches of coins, greater than 90%, that is to say say that less than 10% of the pieces in the batch have an insufficient contact resistance resulting in a response signal in an inductive sensor not allowing recognition of the coin.
L'invention ne se limite pas strictement aux modes de réalisation qui ont été décrits. C'est ainsi que la limite de résistance de contact visée par le traitement peut être différente d'1mΩ, en fonction de la nature des pièces polymétalliques et que les différentes phases du traitement selon l'exemple 1 ou l'exemple 2 peuvent être conduites de différentes manières suivant les instal- lations industrielles dont on dispose pour le traitement. Les paramètres définissant les différentes phases(vitesses, durées, températures) devront cependant répondre aux conditions indiquées plus haut.The invention is not strictly limited to the embodiments which have been described. Thus, the contact resistance limit targeted by the treatment can be different from 1 mΩ, depending on the nature of the polymetallic parts and the different phases of the treatment according to example 1 or example 2 can be carried out. in different ways depending on the instal- industrial lations available for processing. The parameters defining the different phases (speeds, durations, temperatures) must however meet the conditions indicated above.
Dans le cas du traitement selon l'exemple 2, comme dans le cas du traitement selon l'exemple 1 , la phase 1 n'est nécessaire que pour accroître l'effet des phases 2 et 3 au cours d'un seul ou de plusieurs cycles de traitement. De plus, la phase 1 est indispensable pour qu'on puisse accroître l'effet du traitement par au moins deux cycles successifs qui doivent comporter successivement les phases 1 , 2 et 3. L'invention s'applique non seulement au cas des pièces de monnaie mais également au cas de composants ou pièces polymétalliques utilisées dans toute machine de reconnaissance ou d'identification ou encore dans des dispositifs électromagnétiques de type quelconque. In the case of the treatment according to example 2, as in the case of the treatment according to example 1, phase 1 is only necessary to increase the effect of phases 2 and 3 during one or more treatment cycles. In addition, phase 1 is essential so that the effect of the treatment can be increased by at least two successive cycles which must successively include phases 1, 2 and 3. The invention applies not only to the parts of currency but also in the case of polymetallic components or coins used in any recognition or identification machine or in electromagnetic devices of any type.
Claims
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2014187880A1 (en) * | 2013-05-22 | 2014-11-27 | Wickeder Westfalenstahl Gmbh | Coin-type product, in particular a coin, coin blank, medallion or token, and method for producing a coin-type product |
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- 2001-07-12 WO PCT/FR2001/002277 patent/WO2002006044A1/en not_active Ceased
- 2001-07-12 AU AU2001278530A patent/AU2001278530A1/en not_active Abandoned
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2811685A1 (en) | 2002-01-18 |
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