Материал редакционной статьи Лакшми Гопала и Тирумалай Сударшана из компании «Materials Modification Inc» (Фэрфакс, Вирджиния, США), опубликованной в журнале «Surface Engineering» в начале 2025 года.
Деньги сопровождают историю человечества уже не менее 5000 лет, служа основой торговли и экономического развития. Появление монет стало настоящей революцией, ускорив товарообмен – от простых сделок на рынках до финансирования масштабных строительных проектов. В августе 2021 года китайские археологи из Государственного университета Чжэнчжоу сделали удивительное открытие – в городе Гуаньчжуан (провинция Хэнань) они нашли древнейший в мире монетный двор. Возраст находки – около 640 года до н. э. Здесь чеканили бронзовые монеты в форме лопатки (рис. ниже), используя глиняные формы. Анализ показал, что содержание меди в этих монетах колебалось от 62,5% до 76,46%.
С течением времени искусство чеканки монет значительно усложнилось. Современные разменные монеты изготавливают из различных металлов и их сплавов – меди, никеля, цинка – в зависимости от страны и назначения монеты. Например, в США центы делают из цинкового сплава с медным покрытием, а 5-центовики состоит из медно-никелевого сплава. Сплав подбирается таким образом, чтобы обеспечить долговечность, приемлемую себестоимость и привлекательный внешний вид монет. Кроме того, применяются различные методы обработки поверхности – как для эстетики, так и для защиты металла.
Обработка поверхности монет рассматривается, как правило, с двух точек зрения: изучение древних монет и их реставрация, а также защита современных монет, находящихся в обращении. Исследование текстуры монет позволяет определить их возраст и технологию производства. Например, ученые из Университета Лихай выяснили, что в древнеримских серебряных монетах медь постепенно отделялась от серебряной поверхности, образуя защитный слой оксида меди, который замедлял коррозию. В то же время серебро вступало в реакцию с окружающей средой, образуя соединения, такие как серебряный сульфид и хлорид (см. рис. ниже). Эти процессы напрямую влияли на долговечность монеты, ее внешний вид и устойчивость.
Интересно, что обработка поверхности использовалась не только для защиты, но и для подделки монет – как в древности, так и в более поздние времена. Фальшивомонетчики подвергались в разное время суровому наказанию, вплоть до смертной казни, однако это не останавливало их. Исследования показали, что масштаб подделок варьировался от грубых подделок кустарного производства до по-настоящему сложных технологий, использовавшихся даже на официальных монетных дворах. Например, на поддельной римской монете, отчеканенной в 62 году до н. э., был обнаружен толстый слой амальгамы серебра и ртути – это явно дело рук неопытного фальшивомонетчика. А вот более тонкий слой амальгамы, содержащий серебро, ртуть и медь, встречался на монетах, происхождение которых, вероятно, связано с самим монетным двором – возможно, таким образом пытались экономить драгоценный металл.
Для древних монет процесс обработки поверхности играет ключевую роль не только в их изучении и датировке, но и в процессе реставрации и хранения. Найденные в раскопках монеты из серебра и медных сплавов часто оказываются сильно поврежденными: медь со временем превращается в зеленые карбонаты, хлориды и оксиды, а бронза покрывается налетом соединений олова и свинца (см. ниже). Серебряные монеты, содержащие медь, тоже подвержены коррозии: под воздействием солей хлора серебро приобретает серо-фиолетовый оттенок. Реставраторы вынуждены с особой осторожностью подбирать методы обработки, ведь неосторожное вмешательство может безвозвратно повредить исторические артефакты.
Как сохранить ценность монет: борьба с окислением и правильное хранение
Главный враг монет — это окисление, которое приводит к появлению пятен, изменениям цвета и проникновению загрязнений в поверхность. Также монеты могут страдать от воздействия бактерий и грибков, которые со временем вызывают потемнение и разрушение металла. Чтобы сохранить их историческую и нумизматическую ценность, важно не только правильно очищать монеты, но и обеспечить их надлежащее хранение.
Методы очистки подбираются в зависимости от металла монеты, чтобы избежать повреждений. В общем, монеты можно замачивать в дистиллированной воде с мягким мылом — это помогает удалить пыль и жир. Если загрязнения стойкие, то используют раствор изопропилового спирта с солью, а перекись водорода не только очищает, но и обеззараживает поверхность. Для ценных или хрупких монет предпочтительна ультразвуковая очистка — для этого используются звуковые волны, что сводит к минимуму механическое воздействие.
Для разных металлов существуют свои рекомендации. Медные монеты очищают уксусом или лимонным соком, чтобы убрать окисление и налет. Серебряные монеты можно обработать солевым раствором или аккуратно отполировать специальной салфеткой. Однако в случае с древними монетами применение агрессивных методов недопустимо — для их очистки лучше обращаться к профессионалам, чтобы избежать необратимых повреждений.
Не менее важен и правильный способ хранения. Для защиты монет используют безкислотные картонные или пластиковые холдеры, избегая ПВХ, который со временем выделяет вредные вещества. Прикасаться к монетам следует как можно реже, чтобы предотвратить контакт с жировыми отложениями на коже. Для особо ценных экземпляров нумизматы предпочитают герметичные капсулы («слабы»), которые обеспечивают дополнительную защиту. Перед очисткой редких и дорогих монет рекомендуется проконсультироваться со специалистами.
Перед тем как проводить обработку поверхности, важно определить состав металла, состояние его структуры и наличие солей на поверхности. Например, для выявления хлоридов меди, которые вызывают так называемую «бронзовую болезнь» (активную коррозию во влажных условиях), монеты помещают в увлажняемую камеру. Если на их поверхности появляются мелкие зеленоватые или бесцветные капли, то это сигнал о присутствии хлоридов. Такой метод помогает точно определить зоны поражения и удалить вредные соединения, предотвращая дальнейшее разрушение монеты.
Методы обработки поверхности монет: от реставрации до чеканки
Обработка поверхности монет может проводиться различными методами, включая механическую, химическую и электрохимическую очистку.
Механическая очистка предполагает удаление загрязнений с помощью щеток, скальпелей и стоматологических боров. Это позволяет устранить поверхностные отложения, не затрагивая основной металл.
Химическая обработка применяется для растворения слоев коррозии. Например, аммиак или карбонат аммония эффективно очищают медные монеты, а отложения карбоната свинца удаляют уксусной кислотой. Гексаметафосфат натрия смягчает коррозию на медных монетах, упрощая дальнейшую очистку. Современные и золотые монеты обрабатываются ацетоном или мягкими кислотами.
Специальные методы очистки серебряных монет включают обработку серной или муравьиной кислотой, которая удаляет медные соединения. Для монет с плотными окисными слоями или хрупкой структурой применяется электрохимическая редукция, в которой монета помещается в электролитический раствор с цинковыми или алюминиевыми пластинами. При электролитическом восстановлении монета становится катодом, а вредные анионы, такие как хлориды, уходят к аноду. Полное погружение монеты в электролит эффективно удаляет агрессивные соединения и стабилизирует поверхность.
Современные технологии, такие как лазерная очистка, все чаще применяются для удаления слоев коррозии и раскрытия исторических деталей без повреждения артефактов (см. рис. ниже; половина монет очищена лазером). Современные лазеры с компьютерным управлением позволяют точно регулировать параметры обработки, что делает этот метод перспективным для реставрации культурных ценностей. Однако, учитывая разнообразие материалов, из которых изготовлены монеты, исследования в этой области продолжаются, открывая новые возможности для их восстановления.
После обработки монеты тщательно промываются в дистиллированной воде, чтобы удалить растворимые хлориды, затем сушатся с помощью ацетона или спирта. Медные монеты, подверженные «бронзовой болезни», проходят дополнительную обработку в увлажняемой камере. Для восстановления аутентичного внешнего вида иногда применяется искусственное патинирование. В завершение монеты покрывают защитным слоем синтетической смолы или парафина, а для предотвращения повреждений хранят их отдельно.
Поверхностная обработка монет, находящихся в обращении
Со временем монеты теряют свой первоначальный вид, цвет и четкость деталей из-за контакта с руками, воздействия окружающей среды и естественного износа (см. рис. ниже; британское пенни слева направо 1980, 1999 и 2016 гг.). Чтобы продлить их срок службы и сохранить внешний вид, при чеканке применяются различные методы обработки.
Процесс начинается с обезжиривания, травления (удаление верхнего слоя изделия с использованием химической реакции), полировки и пассивации (переход поверхности металла в неактивное, пассивное состояние, связанное с образованием тонких поверхностных слоев соединений, препятствующих коррозии), после чего следует гальваническое покрытие и термообработка. Для обработки используются специальные машины: ротационные и длиннорадиусные вибраторы, а также барабанные мойки, в которых монеты проходят механическую очистку с применением керамических частиц. Ультразвуковая очистка, основанная на высокочастотных звуковых волнах, позволяет бережно и эффективно удалять загрязнения без повреждения монет, что особенно важно при обработке ценных экземпляров (см. рис. ниже).
Завершающие этапы включают сушку горячим воздухом, ротационную вибрационную сушку и центробежную водоочистку, что гарантирует монетам высокое качество обработки, увеличивает их долговечность и сохраняет эстетический вид для обращения.
Обработка коллекционных и памятных монет
Коллекционные и памятные монеты требуют более щадящей обработки. В этом случае используются мягкое травление, полировка и пассивация, выполняемые с помощью специальных установок, содержащих шлифовальные элементы из нержавеющей стали и керамические компоненты. После обработки проводится финальная полировка, что обеспечивает безупречное качество монет.
Производство монет высшего качества (пруф)
Монеты качества пруф, предназначенные для коллекционеров и инвесторов, отличаются матовым рельефом на фоне идеально зеркальной поверхности. Их изготовление требует особых заготовок, тщательно отполированных до совершенства, а также особых штемпелей, создающих характерный эффект контраста.
Для достижения матового рельефа штемпель покрывают пленкой, после чего отдельные участки рисунка обрабатывают пескоструйным методом. Затем пленку удаляют, а фоновую часть полируют вручную с использованием шлифовальных инструментов и алмазной пасты. Каждая заготовка для монеты качества пруф подвергается многократному удару такими штемпелями, что придает монетам исключительную четкость и безупречную поверхность.
Современные технологии обработки монет: цветные покрытия, позолота и защита поверхности
Цветные монеты имеют долгую историю, но особую популярность они приобрели во времена Золотого юбилея королевы Виктории. Сегодня для создания ярких и детализированных дизайнов применяются передовые принтеры со светодиодной лампой и ультрафиолетовым светом. Специальные камеры фиксируют зоны, подлежащие окрашиванию, затем на монету наносят белый грунт и цветные слои. После этого покрытие оставляют на ночь для затвердения, что гарантирует его долговечность и насыщенность оттенков.
Позолоченные монеты, покрытые слоем 24-каратного золота, приобретают роскошный вид благодаря процессу гальванического золочения. Серебряные монеты погружают в раствор с золотыми ионами, а затем с помощью электрического тока частицы золота осаждаются на их поверхности, создавая стойкое и равномерное покрытие.
Античные монеты, разработанные Пертским монетным двором, имитируют вид древних артефактов. Для этого их поверхность окисляют, затем выступающие детали аккуратно полируют, чтобы подчеркнуть сложность рисунка. Такое покрытие не требует защитных капсул, что дает художникам монетного двора больше свободы в создании выразительных и аутентичных дизайнов.
Защитные покрытия: плюсы и риски
Для защиты монет от воздействия внешней среды применяются различные покрытия, включая лаки, специализированные средства (Blue Ribbon, Coin Care, Verdi-Care), а также бытовые вещества, такие как оливковое масло и машинное масло. Однако важно учитывать возможные риски:
Лучшим вариантом считаются покрытия, обладающие стабильностью и возможностью обратного удаления.
Современные экологичные технологии
Современные методы обработки монет все больше ориентируются на экологичность. Физическое осаждение из паровой фазы (PVD) и плазменно-химическое осаждение из паровой фазы (PECVD) заменяют традиционные методы гальванического хромирования, которые сопровождаются выбросами токсичного шестивалентного хрома.
Обработка штемпелей: продление срока службы
Не только монеты, но и штемпели для их чеканки требуют специальной обработки, так как они подвергаются огромному давлению, что приводит к износу и потере четкости рисунка. Для увеличения срока их службы применяют защитные покрытия, такие как:
Технология PVD, используемая для покрытия штемпелей, обеспечивает защиту без токсичных отходов, снижает трение, предотвращает налипание металла и улучшает четкость рисунка на монетах. Современные методы позволяют наносить многослойные и наноструктурированные покрытия, что делает производство монет более эффективным.
Будущее технологий обработки поверхности монет
Развитие методов обработки поверхности монет отражает стремление к совершенствованию их защиты и сохранности. Современные технологии не только повышают долговечность монет и штемпелей, но и открывают новые горизонты для других отраслей, где важны точность и долговечность материалов. С дальнейшим совершенствованием этих процессов их влияние может выйти далеко за пределы нумизматики, предлагая инновационные решения для различных сфер промышленности.
