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铸造较便宜的货币:降低制造镍币的成本

2019-03-06 12:09:25来源:

镍在美国生活中无处不在,在口袋里翻滚,在汽车座椅下滚动,从烘干机后面出来,一次又一次地用于无数次购买。但是这些有弹性且看起来不起眼的硬币的生产成本也很高。镍币,这个硬币自己的名字,已成为许多现代产品中的珍贵成分,推动市场价值如此之多,以至于有时使5美分硬币成本高达7美分。

美国国家标准与技术研究院(NIST)的一个研究小组与美国造币厂合作,确定了一种替代方法,可以将镍材料的成本降低40%。这种方法每一点都会产生硬币和旧镍的硬币,但对于美国公民来说也是如此熟悉。

作为一项额外的好处,这项研究的数据也产生了一些结果,可以帮助寻求新材料的高科技公司用于弹性电子产品,如手机和笔记本电脑,以及各种激进的新颜色。

硬币的制造是一个复杂而苛刻的过程。例如,硬币不得在潮湿的手掌中腐蚀。印在他们脸上的图像必须具有足够的弹性,能够承受数十年的商业活动,偶尔会穿过衣物。它们的金属光泽必须始终是可识别的,并且厚度和密度均匀。

虽然购买口香糖或苏打水的普通顾客看不到,但所有美国硬币还必须包含预定量的电导率才能在自动售货机中工作,自动售货机使用小型仪表来确定硬币的货币签名。如果没有这个关键特性,停车计时器或汽水机将不计入您的镍。

在许多方面,镍生产挑战是NIST材料基因组计划(MGI)的理想匹配,该计划始于2011年,其雄心勃勃的目标是在保持成本的同时减少新材料进入市场至少一半的时间低。MGI一直在构建开发各种新材料所需的计算和IT工具,以用于各种制造应用。

NIST科学家Carelyn Campbell说:“重新考虑镍是我们第一次能够部署新的MGI工具来为特定应用设计材料。” “我们对结果非常满意。”

NIST团队向后工作,首先确定新镍件的理想质量,然后确定可能需要哪些合金和程序才能使其成为现实。美国造币厂还概述了一些特定地点的限制; 也就是说,新硬币必须使用丹佛和费城的现有生产设施生产,两者都使用特定类型的缓冷程序。

颜色证明特别具有挑战 虽然大多数人不会认为硬币具有特殊的色调或色调,但是硬币收藏家是一个要求很高的群体,并且经常会拒绝甚至略微偏离音调的硬币,并且收藏家在金钱市场上占据了相当大的份额。一般公众也可能不相信太橙或太黄的硬币。但颜色通常是一个主观标准,而且很难用任何可靠的标准量化或复制。

在这种情况下,MGI过程的使用证明是非常有用的 - 即使研究人员自己也对结果的有效性感到惊讶。从弹性,导电性和颜色的一系列参数开始,该团队能够生产出新的铜,镍和锌混合物,比以前的金属混合物便宜40%。

该团队严重依赖于一种称为综合计算材料工程(ICME)框架的材料设计系统。该方法使用大量计算机建模来发现不同组件在混合在一起时的反应。在这种情况下,那些组分是金属合金。

实验工作既昂贵又耗时,而在计算机上运行模型非常快速且便宜。我们的想法是使用更多的计算资源和工具来完成设计阶段的工作,以减少从构思到现实所需的时间和成本。

“在一年之内,我们能够组建一个合金设计框架,识别并使用我们的模型来获得正确的合金,然后前进并实际制作原型,测试它并发现我们确实遇到了所有合金我们的目标,“NIST项目负责人兼材料工程师Eric Lass说。Lass也是新论文的高级作者。过去,这样的工作需要几年时间。

结果可能会使美国造币厂节省数百万美元。此外,一些生产高科技产品的公司已经对结果表现出兴趣,因为消费者对耐用的电子产品有强烈需求,但也有各种颜色可供选择,如金属粉色。

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