[讨论] 怎样理解雕母币的“精铜”材质？雕母币中鲜为人知的铜材配方的秘密

没了吗？

钱币匠人再怎么努力去除，雕刻币上的刀痕也是化不尽的，只要刀痕化不尽就会在印范时挂沙，就会影响范模表面的光滑度，就会影响翻铸出来母币的再翻铸功能。带着这样的疑惑钱币匠人来到京城郊外，前去请教好友秦司丂。当他来到秦司丂家说明来意后，秦司丂什么也没说，直接把他带到了不远处的一块冰滩前。钱币匠人看到一群小孩在冰滩上嬉戏，有几个小孩还滑着冰车，冰车在冰面上飞快的滑行着。秦司丂向钱币匠人提问道：“这个冰车底部不是平整的光面，可为什么冰车可以在冰上快速滑行呢？”听到这问题，钱币匠人来到一名滑冰车的小孩旁，征得小孩的同意后，翻看了冰车的底部。钱币匠人发现冰车底部固定了几根细铁条，铁条都是顺着一个方向固定的，而且还都顺着前行的方向。聪明的钱币匠人恍然大悟：平整的冰车下面固定几根细铁条，虽然使得平整板面凹凸不平，但是只要细铁条顺着一个方向，都顺着运动方向固定的话，冰车依然可以在冰面上不受阻力快速滑行，而且不会挂起冰屑。聪明的钱币匠人受到启发，雕母币在印范过程中拔模时会遇到阻力，用力冲破阻力时雕母币上的残留刀痕就会挂起范模上的沙粒，如果刻钱币时都“竖”着雕刻的话，出来的刀痕都是顺着拔模的运动方向，在拔模时受到的阻力就会减少，挂起的沙粒相应的也会减少。这样范模表面受到的破坏也就小。回去后钱币匠人按着这个思路雕刻钱币，虽然刀痕未除尽，但是拔模时挂的沙粒相对减少了很多，而且顺利的通过了钱局的审验，被选作了雕母币。所以，我们现在发现的雕母币上会残留有刀痕印记，而且刀痕都是顺着拔模运动方向的。
写到这里，不免会有泉友说：“楼主，难道鲍康所说的独家掌握的神秘的不挂沙技术就是‘雕刻时刀痕都要顺着拔模运动方向’和‘极力化尽雕刻币上的刀痕’这样的，既没有技术含量又是人所皆知的道理的话，要么我高估了你的智商，要么你低估了古人的智慧。”
的确是这样的，这是人人都知晓的道理，在任何时候都不会是某一人才能想到的。正如我们所有人的父母在生育我们的时候，为了保护我们，在我们的手指上“雕刻”了神奇的指纹，这些指纹不指向任何方向。无论我们的手指在物体上往哪个方向搓动，都有防滑作用，而且在身上往任何方向搓动都会“挂”起身上的泥沙。
如果这个道理人人知道的话，鲍康所说的神秘技术又是什么呢？

在前面介绍表面粗糙度时了解了“加工方法”和“工件材料”的不同，被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理都有差别。
也就是说，影响物体表面光滑度的因素是加工方法和材料。而材料的疏密度对表面光滑度的影响是决定性的。
比如，冰车下面把固定的铁条换成木头条的话其光滑度会下降。再比如，人们鉴定羊脂玉时有一个重要特征，就是羊脂玉有所谓的“油性”，真正的羊脂玉是不沾水的，把羊脂玉从水里过一遍，再拿出来之后，会发现羊脂玉上边一滴水都没有！这里说的“油性”其实就是指的羊脂玉的疏密度。而普通玉不管用什么方法加工也达不到不沾水的效果。
所以，加工方法和物体材质相比较，物体材质对光滑度的影响远甚于加工方法。

1999年在爱荷华州美国能源部艾姆斯实验室发现了一种超光滑物质，该材料的摩擦系数比之前保持最好纪录的聚四氟乙烯的一半还要小。其中，聚四氟乙烯的摩擦系数为0.05，而该新发现的材料（BAM）的摩擦系数竟然达到了0.02，真是难以置信。而作为一般参考值，钢的摩擦系数为0.16。美国科学家研发超光滑材料的灵感来源于著名的防水材料荷叶。在我国也有很多描述荷花荷叶光滑性诗词，周敦颐《爱莲说》：“予独爱莲之出淤泥而不染”就是用荷花荷叶比喻生于污浊的环境却不受污染，依然保持纯洁的品格。

前面了解了铅黄铜的切削性和铅的含量成正比，可是当铅含量超过3%时，不再显著改善黄铜的切削性，而且会降低黄铜的硬度、强度和伸长率。
上图的钱币成分分析中，铅含量是4.2949%，大幅超过了3%的规定要求。
为什么在当时调制合金配方时黄铜中加入了4.2949%的铅元素？难道是钱币匠人在提炼雕刻铜时对各种元素剂量的把握不到位吗？答案是否定的。
因为在明清时期，黄铜冶炼工业已蓬勃发展，人们根据铜合金元素的性能可以提炼并使用多种复杂黄铜，对铜合金元素的含量把握精准到位，黄铜冶炼技术也非常成熟，各种铜制品“精粗巨细，日用之物无不具”，黄铜铸钱技术也达到了很高水平。
前面还了解了铅在黄铜中有润滑作用，也就是说铅可以提高黄铜的光滑性能。
而雕刻币的一个重要特性是印范不挂沙，钱体表面要非常光滑。加入4.2949%的铅元素，正是为了进一步提高黄铜材质的光滑性能。
对于钱币匠人来说为了保持钱体的光滑度可以“损害”一些其他性能，可见钱币匠人对钱币光滑的重视程度。

留贴

前面已经简单介绍了锡元素在黄铜中发挥的作用。
即，锡元素可以抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐腐蚀性，其中，单相锡黄铜具有良好的力学性能，且冷加工性能优异。但锡黄铜的锡含量一般在0.5%~1.5%之间，锡含量超过1.5%时，黄铜合金中会出现脆性化合物，不利于黄铜合金的塑性变形。
雕母币的铜材中需要加入锡元素，防止黄铜合金脱锌腐蚀，以保持其光滑的钱体表面。又因雕母币钱体坯子是用冷加工方法手工打凿而成，所以还要保持良好的塑性变形，保证其在手工打凿过程中不易破裂损坏。
因此，雕母币铜材中加入的锡元素要控制在0.5%~1.5%的范围内。
上图的钱币成分分析中我们可以看出锡元素的含量是0.7115%，控制在了0.5%~1.5%的规定范围内，在制作雕母币钱体坯子时既保持了铜材表面的光滑度，又保证了铜材的良好塑性。

支持好帖子！学习谢谢!

在钱币的黄铜中加入铅元素和锌元素都可以提高钱体表面的光滑度。
可是上图钱币铜材中加入的铅元素含量超过了3%的规定要求，而锌元素的含量却严格控制在了0.5%~1.5%的规定范围内。
已知铅元素超量影响的是黄铜的强度、硬度和伸长率，锌元素超量影响的是黄铜的塑性。
说明雕母币铜材的强度、硬度和伸长率可以适当降低，而塑性却是不能降低的。
也就是说雕母币铜材对塑性的要求比较高。

上图钱币材质的成分分析中锑元素的含量为0.3798%，一般锑元素在黄铜中的含量规定为0.3%~0.8%。
舒学鹏、肖来荣、易丹青、覃静丽、张路怀、张喜民（中南大学材料科学与工程学院）等人于2008年在《铸造》期刊第一期中发表的《锑黄铜组织与性能的研究》一文中记述“黄铜中锌被腐蚀后的产物疏松多孔，这为合金的进一步腐蚀提供了通道，从而加速了合金的腐蚀。本实验中加入的Sb（锑），其本身的化学稳定性比较好，在合金组织中Sb以化合物形式弥散分布，在腐蚀过程中，随着原子的迁移，含Sb化合物可以堵塞腐蚀通道，这在一定程度上阻止了腐蚀过程的进行，从而有效降低了合金的腐蚀速率；......无铅锑黄铜和铅黄铜HPb59-1合金的切屑的尺寸都较小。铅黄铜HPb59-1合金的切屑细长，呈短针状。无铅锑黄铜的切屑为碎片状，它的内表面呈光滑状；无铅锑黄铜的切削过程较平稳，波动较小，已加工的合金表面光滑，表面粗糙度较小。.......在铅黄铜中，铅不溶于黄铜，呈游离态均匀分布，切削时在刀头与屑的接触局部受热而瞬间熔化（热脆），这有助于改变切屑的形状，并起到润滑工具的作用，故其切削性能良好。无铅锑黄铜中分布有含锑脆性化合物第二相粒子，与刀刃接触时在剪切应力的作用下易于破碎，断口处接触的金属发生应力集中，很容易萌生裂纹并扩展，使切屑很快断裂而不连续长大，减小切屑的尺寸，从而提高了无铅锑黄铜的切削性能。”
从文中可以看出：
1，黄铜中锌被腐蚀后的产物疏松多孔，这为黄铜的进一步腐蚀提供了通道，从而会加速黄铜的腐蚀；
2，黄铜中加入锑元素会以化合物形式弥散分布，在腐蚀过程中，随着原子的迁移，含锑化合物可以堵塞腐蚀通道，这在一定程度上可以阻止腐蚀过程的进行，有效降低黄铜的腐蚀速率。即，锑元素在黄铜中可以防止脱锌腐蚀，保持黄铜表面的光滑度；
3，锑元素能使黄铜的切屑呈碎片状，使内表面呈光滑状；
4，锑黄铜的切削过程较平稳，加工的黄铜表面光滑，表面粗糙度小；
5，锑黄铜中分布有含锑脆性化合物，与刀刃接触时在剪切应力的作用下易于破碎，断口处接触的金属发生应力集中，很容易萌生裂纹并扩展，使切屑很快断裂而不连续长大，减小切屑的尺寸，从而提高了锑黄铜的切削性。即，锑黄铜的切削性能良好；
综上，锑元素可防止黄铜脱锌腐蚀，锑黄铜的加工面光滑，切削性能良好，切削面呈光滑状。

工业上用的纯铜虽然经过多次提炼，但仍有铅、铋、砷、氧、铁、硫、镍、锌、锡等杂质存在，这些杂质都是在冶炼时由矿带入炉中的。杂质对铜的机械性能和工艺性能有不同程度的影响。例如，罗汉币的材质中含有微量的铋（Bi）元素，不会影响铸造罗汉币，但是铋元素在黄铜中的含量超过0.002%就会引起冷脆性。而雕母币是冷加工产物，也就是说在雕母币的铜材中铋的含量不能超过0.002%，如果铋含量超过0.002%就会降低黄铜的塑性。还有，黄铜中加入少量其他合金元素会使Cu-Zn状态中的α/（α+β）相区向左或向右移动，称为锌当量。即，黄铜中加入合金元素后，对复杂黄铜的影响相当于普通黄铜中增加或减少了锌含量。例如，在黄铜（Cu-Zn合金）中加入1%的硅元素，相当于黄铜中增加了10%的锌元素，黄铜性能随之改变。即，硅元素的“锌当量”为10。所以，雕母币的铜材中要严格限制影响其机械性能和工艺性能的其它合金元素，这对于雕母币制作非常重要。
钱币匠人必须用各种方法或多次提炼来减少黄铜中的杂质。但是想减少黄铜中的杂质绝非易事。因为即使在现代工艺的条件下提炼出来的各种黄铜的杂质也不少，所以工业中规定了各种黄铜杂质含量的上限。例如，H62黄铜的杂质含量要低于0.5%;HPb59-1（铅黄铜）的杂质含量要低于1%。
而上图钱币材质成分分析中，钱币是在铜锈包裹的情况下做的光谱测定分析得出的杂质含量也仅为0.1001%。可见，雕母币材质对杂质限量的要求程度。同时也可以看出，明清时期对各种合金元素性能的了解与运用，更可以看出当时黄铜冶炼工艺已达到出神入化的水平。