磁信息植入型硬币及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于磁性复合材料领域，特别涉及利用可以将磁信息植入的复合磁性材料制备成硬币的方法和应用。

背景技术

近年来随着人们生活水平的大幅度提高，硬币收藏作为喜闻乐见的爱好逐步升温，精制币、纪念币价值逐年增加，成为收藏领域的新宠。不法分子也开始将造假目光转向纪念币领域。尽管研究人员提出了多种防伪技术，但依然不能满足目前对硬币防伪的要求。这些技术包括：在硬币上压微小花或字、隐形图案、镂空、全息技术等，通过人工和特殊仪器识别可以实现一定的防伪。这些技术多使用简单的光学、视觉效果防伪，没有利用材料本身的功能特性进行防伪，技术含量较低，仿制门槛低，难以实现快速、准确的防伪识别。

传统的硬币材料多采用镍合金、铜合金等结构材料制成，这些合金具有强度高、耐腐蚀等优点，可以长期使用，但是这些材料仅具有结构性，不具备功能特性，难以设计、实现功能性防技术。因此开发一种技术含量高，难以仿制、易于识别的新型功能材料用于硬币防伪具有重要意义。

磁性材料是一种特殊的功能材料，它可以在其周围产生磁场，利用线圈可以容易探测到磁性材料产生的磁信号。因此目前磁性材料已经被广泛应用到多个领域，用于防伪和防盗。针对目前硬币防伪的问题和磁性材料的特点，拟将磁性材料与传统硬币材料相结合，利用特殊的可加工磁性材料与硬币材料相复合，制备出三明治结构的新型复合板材。利用复合板材制备成磁信息可植入的新型防伪硬币。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提出一种新型复合材料制备防伪硬币材料，该复合材料将磁性材料与现有硬币材料相结合，制备出三明治结构的复合板材，上下层为传统硬币材料，而中间层为磁性功能层（如图1所示）。这种新型复合材料具有突出的优点。首先磁性材料作为防伪信号源在中间层，在使用中，由于该磁性材料具有特殊的表面磁场，投入自动投币机或者使用防伪仪器鉴别时，可以很容易甄别伪币并进行报警。外面包覆的材料与传统硬币材料相同，因此不法分子仅根据外面材料无法复制出这种特殊的防伪复合硬币。

此外，由于磁性材料具有特殊的磁记录效应，可以通过读写磁场，在磁性层上进行信息植入和读取，赋予该磁信息植入型硬币更多的功能。在一个硬币上分割成不同磁区，通过磁场写入相应的N或S的磁信号，每一个磁区作为一个记录信息单元（如图2所示）。不同磁区和磁区的磁化方向，按顺序存在一个排列组合，例如：图2磁区读取从左往右为，NSNS，组合数量与磁区的数量有关，该组合的数量为：

组合数=2

每一种组合数可以对应一种信息，这样可以将硬币的出厂信息等记录到中间的磁性记录层上。硬币的磁信息的记录方式与二进制的计算机信息技术相类似(N为1，S为0)，图2的磁信息可转化成1010，用户可依据通过充磁磁铁对硬币内的磁信息进行编码，例如：NNSS就是0011，NSNS就是0101。用户可自定义不同编码含义，这样就能实现磁信息编辑的功能。硬币携带的磁信息与磁区数量有关，其可编码数量就是组合数量。这样就将磁信息编辑和植入到硬币中。

要读取硬币中的信息时，通过读取磁头将硬币表面磁场的N或S极读出：N代表0，S代表1。通过这种形式将硬币携带的磁信号转化成计算机可读取的二进制信号，然后通过软件将磁信息解码，获得用户编辑的信息。硬币编码数量再结合硬币面值和图案，硬币中就能植入大量的信息。此外由于磁性材料的特殊性能，项目还将研究磁信息可擦写、信息恢复技术。硬币即使在使用过程中磁信息被破坏，可以重新充磁编码，恢复当初的磁信息。这进一步增加了不法分子破解的难度和防伪技术含量。这种新型磁性复合板材的开发将给硬币防伪技术带来一个新思路，对硬币的防伪技术提升具有重要的意义。

磁信息植入型硬币，包括外层和中间层，中间层位于两侧外层之间，外层材料单层厚度为0.5-5.0 mm，所述中间层为磁性材料，厚度为0.05-1.0 mm。

外层材料包括白铜、黄铜、紫铜、银、金、铂。

中间层成分由Fe、Co和Cr这几种元素一起组成，Fe、Co和Cr元素的化学成分范围分别为62.0~67.0 at.%、11.0~13.0 at.%和22.0~25.0 at.%。

磁信息植入型硬币的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：复合板带制备：

步骤2：复合硬币的制备；

步骤3：复合硬币的防伪磁信息的植入和读取。

步骤1：复合板带制备，包括如下步骤：

步骤a：将外层材料与中间层材料通过去油、清洗和打磨进行预处理；

步骤b：将上、下两层外层材料与中间的中间层材料按三明治结构码放好，进行复合轧制；

步骤c：轧制后进行扩散退火处理，然后在进行冷轧到预期厚度。

步骤2：复合硬币的制备，包括如下步骤：

步骤a：将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼；

步骤b：然后将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度，磁场强度1000-4000 Gs，热处理温度根据材质情况选择，在400-800℃，保温时间为10-30 min；

步骤c：将磁场热处理后的饼坯进行滚边和压花处理，获得复合硬币。

步骤3：复合硬币的防伪磁信息的植入，是将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同极性和极数的组合情况，每一种情况就是一个磁信息，针对硬币的充磁情况，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，实现了数据的植入。

磁信息植入型硬币的应用，其特征在于利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，把植入的信息读取出来。

硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重新植入和读取。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，可将磁信息事先植入硬币中，通过特殊的磁探头将其读取出来，实现硬币的高技术防伪和硬币的数字功能化，具体如下：

(1) 性能稳定、隐蔽性好、难以复制

首先磁性材料作为防伪信号和信息源在中间层，外面包覆的材料与传统硬币材料相同，因此不法分子仅根据外面材料无法判断出这种特殊的防伪复合硬币的材料。中间的FeCo基合金磁性能稳定，耐腐蚀，居里温度高，能耐400℃高温。该材料属于半硬磁材料，磁信号较弱，和手机的磁信号相当，不能从表面感觉到硬币的磁性，只能通过特殊仪器探测。不同批次的材料根据设计的成分不同，具有固定的内禀磁性能，如：饱和磁化强度，该性能极大的增加了伪造的技术难度和成本，即使磁信息丢失，也可通过内禀磁性鉴别真伪。不法分子难以获得磁性材料的配方，就难以仿制具有完全一致的磁性能的材料，因此该硬币具有可以很好的防伪能力。

防伪甄别灵敏、工装体积小

在使用中，由于该磁性材料具有特殊的多极表面磁场，通过使用磁传感器可以将硬币的磁信息读取出来，实现防伪甄别。磁传感器尺寸小，反应灵敏，易于集成、安装到自动投币机、自动贩卖机或者便携式防伪仪器等设备中，可以实现快速、准确的在线甄别伪币并进行报警。

硬币内磁信息量大、可多次编辑

利用多极充磁技术可对硬币内多个磁区进行充磁，每一个磁区的磁极方向代表一个信息。磁化方向分为N和S两个极，因此硬币能的磁信息可以通过N、S的不同来区分，进而通过读取传感器转化成计算机的0、1二进制数据，实现硬币的数字化。硬币出厂前，通过可调控的写入磁头（多极充磁磁头）对不同磁区进行磁化，对硬币内信息进行编码，硬币的制备信息和出厂信息等会被植入到信息码中。当硬币遇到磁信息读取设备时，传感器可将硬币中的磁信息读出，通过计算机软件将这些信息解码，读取出厂时被植入的信息。

信息量与磁区多少有关，因此通过多极充磁技术可将硬币磁化成多个磁区，获得较多的磁信息量，此外磁信息还可与隐形图案、镂空等防伪技术相结合，组合成更多的信息。

硬币信息转化成二进制数据，获得数字化信息

磁信息植入型硬币，由于磁信息的植入，通过磁传感器将N、S信息转化成二进制数据，实现硬币信息的数字化处理。通过互联网与后台数据库或云端数据相连接，实现硬币信息的实时记录、存档和监控，易于进行数据统计，实现大数据管理；此外磁信息转化成数字信息，通过无线连接实现远程控制，甚至通过手机APP进行数据处理；实现银行、制造厂、公安机关等相关部门的信息联网，情报共享。

制备工艺与现有硬币材料制备工艺兼容，材料可回收处理

由于选用的FeCoCr基板材的磁场热处理工艺在500-750℃之间，这与现有硬币使常用的Cu、银、金等合金（白铜等）热处理工艺窗口相重合，因此容易将两种材料复合轧制，冲压成硬币坯料，再通过磁场热处理使中间层的磁性材料获得良好磁性，同时Cu基合金表面软化， 有利于后期的压花工艺。

由此可见本发明提出的磁信息植入型硬币具有传统硬币无法比拟的优点。

附图说明

图1 磁信息植入型硬币制备工艺；

图2 磁信息植入型硬币写入和读取示意图；

图3 磁信息植入型硬币信息读取原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明实施例中采用的磁信息植入型硬币制备设备包括：两辊复合热轧机、热处理炉、多辊冷轧机、磁场热处理炉、冲压机、线切割机床、表面处理设备、滚边机、压花机，磁探头等设备。

本发明实施例中所述制备设备，均可可以从市场购买；热处理炉使用普通电阻丝加热卧式电阻炉，温度可以精确控制；真空磁场热处理炉，使用商业购买的真空泵加扩散泵的管式热处理炉，磁场在0-4000 Gs可调节，真空度可以达到10

本发明实施例中采用的白铜板、紫铜板、银板、金板、铂板均为商业材料，从市场购入，FeCrCo磁性材料为商业材料，牌号为2J85。

实施例1

将外层材料紫铜与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度4000 Gs，热处理温度为800℃，热处理时间为30 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSNSNS。针对硬币的充磁情况NSNSNS，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例2

将外层材料白铜与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度1000 Gs，热处理温度为400℃，热处理时间为10 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSNSNN。针对硬币的充磁情况NSNSNN，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例3

将外层材料黄铜与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度2000 Gs，热处理温度为500℃，热处理时间为20 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSNSSS。针对硬币的充磁情况NSNSSS，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例4

将外层材料银与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度3000 Gs，热处理温度为450℃，热处理时间为30 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSNSSN。针对硬币的充磁情况NSNSSN，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例5

将外层材料金与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度3500 Gs，热处理温度为600℃，热处理时间为20 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSNNNN。针对硬币的充磁情况NSNNNN，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例6

将外层材料铂与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度2500 Gs，热处理温度为750℃，热处理时间为25 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSNNNS。针对硬币的充磁情况NSNNNS，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例7

将外层材料铂与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度4000 Gs，热处理温度为800℃，热处理时间为30 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NSSNNS。针对硬币的充磁情况NSSNNS，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例8

将外层材料白铜与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度3500 Gs，热处理温度为600℃，热处理时间为20 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NNSNNS。针对硬币的充磁情况NNSNNS，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例9

将外层材料银与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度3500 Gs，热处理温度为600℃，热处理时间为20 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NNSNNN。针对硬币的充磁情况NNSNNN，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

实施例10

将外层材料紫铜与中间层材料Fe

将冷轧后的复合板材进行冲压或者线切割，制成一定尺寸和形状的原始硬币坯饼，将饼坯放入磁场中进行磁场热处理，目的是保证中间层磁性材料的磁性和降低外层材料的表面硬度。磁场强度4000 Gs，热处理温度为800℃，热处理时间为30 min。

将硬币的不同区域放入磁场中，对不同区域进行充磁，硬币的充磁极数和充磁方向可通过调节充磁工艺进行调控，获得不同磁区的磁化方向为NNNSNS。针对硬币的充磁情况NNNSNS，编制相应的信息并输入到计算机软件的数据库中，这样就实现了数据的植入，利用磁性探头在硬币表面扫描，将硬币的充磁磁区数和充磁方向读取出来，获得硬币上的数字信息，通过计算机软件将之前编写的对应信息，在计算机窗口中显示出来，这样就把植入的信息读取出来。硬币的信息植入和读取可以多次重复进行。当该信息失效时，可重复充磁工艺、植入和读取。

通过上述实施例可以看出，采用可加工磁性材料FeCrCo与传统硬币材料相复合，制备出三明治结构的新型复合板材，制备成了磁信息可植入的新型防伪硬币。