塑性加工用水溶性潤滑劑、塑性加工用金屬材料及金屬加工品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種塑性加工用水溶性潤滑劑，可以形成如下的潤滑皮膜，即使在皮膜中不含有磷，也具有與含有磷的化成處理皮膜相同程度或其以上的潤滑性及耐燒結(jié)性，耐腐蝕性也優(yōu)異，并且皮膜密合性也良好。本發(fā)明的非磷系塑性加工用水溶性潤滑劑的主旨在于，含有A成分：無機(jī)系固體潤滑劑、B成分：蠟、以及C成分：水溶性無機(jī)金屬鹽，A成分與B成分的固體成分質(zhì)量比(A成分/B成分)為0.1～5，相對(duì)于A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量的C成分的固體成分質(zhì)量比率(C成分/(A成分+B成分+C成分))為1～30％。
【專利說明】塑性加工用水溶性潤滑劑、塑性加工用金屬材料及金屬加工品

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及塑性加工用水溶性潤滑劑、塑性加工用金屬材料及金屬加工品。具體，涉及即使在皮膜中不含有磷也可以形成潤滑性、耐燒結(jié)性、耐腐蝕性、以及密合性等皮膜特性優(yōu)異的潤滑皮膜的塑性加工用水溶性潤滑劑、以及具備此種潤滑皮膜的塑性加工用金屬材料及金屬加工品。本發(fā)明的金屬材料例如可以適用于制造利用拉拔、沖壓、鍛造、鐓鍛等塑性加工得到的螺栓、螺母、彈簧等機(jī)械部件、鋼絲簾線、輪胎鋼絲、PC (prestressedconcrete)鋼絲等拉絲加工品等金屬加工品。

【背景技術(shù)】
[0002]塑性加工用金屬材料被根據(jù)用途實(shí)施拉拔、拉絲、鐓鍛、鍛造等各種塑性加工。在塑性加工時(shí)，向加工工具(拉模、柱塞頭、沖頭等)與被加工材料(金屬材料)之間施加高的壓力，容易在相互間伴隨著滑動(dòng)產(chǎn)生燒結(jié)。所以，為了減輕金屬材料表面的摩擦，防止燒結(jié)，通常會(huì)在金屬材料的表面形成潤滑皮膜。
[0003]作為潤滑皮膜的代表性的例子，可以舉出由磷酸鹽皮膜和皂層形成的復(fù)合皮膜(以下有時(shí)稱作“化成處理皮膜”。)。該化成處理皮膜例如可以如下所示地得到。首先對(duì)金屬材料進(jìn)行磷酸鹽處理而形成磷酸鹽皮膜。其后，進(jìn)行反應(yīng)型皂潤滑處理，使作為皂的主成分的硬脂酸鈉與磷酸鹽皮膜反應(yīng)，形成密合性良好的由硬脂酸鋅(金屬皂)和硬脂酸鈉(沐浴皂)形成的皂層等而得到。上述化成處理皮膜的潤滑性及耐燒結(jié)性優(yōu)異，耐腐蝕性也良好。由此，具備該化成處理皮膜的金屬材料例如可以適用于冷鍛加工之類的嚴(yán)酷的加工。
[0004]但是，如果使用上述的金屬材料，在冷拉絲加工后進(jìn)行熱處理而制作螺栓等最終產(chǎn)品，則在熱處理時(shí)，磷會(huì)向金屬材料中擴(kuò)散(浸磷)，從而會(huì)有產(chǎn)生滯后破壞的問題。另外，在磷酸鹽皮膜的形成中，需要煩雜的處理液的管理和很多的工序。此外還會(huì)因處理液與被處理材料(金屬材料)的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生大量的廢渣，在其處理中需要花費(fèi)很多勞力和費(fèi)用。
[0005]所以，提出過不夾設(shè)磷酸鹽皮膜地形成潤滑性及耐燒結(jié)性優(yōu)異的潤滑皮膜的方法。例如在專利文獻(xiàn)I中，公開過以規(guī)定的比率含有水溶性無機(jī)鹽(A)和蠟(B)、以及脂肪酸的金屬鹽(C)的金屬材料塑性加工用潤滑劑。根據(jù)記載，依照該方法，通過將(B)/(A)控制為0.3~1.5、將(C)/(A)控制為0.01~0.4，可以獲得優(yōu)異的潤滑性能。
[0006]另外在專利文獻(xiàn)2中，公開過以規(guī)定的比率含有水溶性無機(jī)鹽(A)和潤滑劑(二硫化鑰、和/或石墨)(B)、以及蠟(C)的金屬材料塑性加工用潤滑劑。根據(jù)記載，依照該方法，通過將(B)/(A)控制為1.0~5.0、將(C)/(A)控制為0.1~1.0，可以獲得優(yōu)異的潤滑性能。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)
[0009]專利文獻(xiàn)1:日本專利第3984159號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)2:日本專利第3984158號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的問題
[0012]但是，根據(jù)本發(fā)明人等的研究，上述方法中非磷系的潤滑皮膜的潤滑皮膜與金屬材料的密合性并不充分，在冷鍛加工或強(qiáng)冷拉絲加工等強(qiáng)烈加工時(shí)潤滑皮膜剝離而使加工變得困難。另外還判明會(huì)產(chǎn)生剝離了的潤滑皮膜變?yōu)榉蹓m而飛散等問題。由此，對(duì)于非磷系的潤滑皮膜，要求潤滑性、耐燒結(jié)性或耐腐蝕性優(yōu)異，并且要求更高的密合性。
[0013]本發(fā)明是鑒于上述事實(shí)而完成的，其目的在于，提供一種塑性加工用水性潤滑劑，其可以形成如下的潤滑皮膜，即，即使在皮膜中不含有磷，也具有與含有磷的化成處理皮膜相同程度或其以上的潤滑性及耐燒結(jié)性，耐腐蝕性也優(yōu)異，并且皮膜密合性也良好，此外還提供具備此種潤滑皮膜的塑性加工用金屬材料、金屬加工品。
[0014]用于解決問題的方法
[0015]可以解決上述問題的本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑的主旨在于，含有A成分:無機(jī)系固體潤滑劑、B成分:蠟、和C成分:水溶性無機(jī)金屬鹽，A成分與B成分的固體成分質(zhì)量比(A成分/B成分)為0.1~5，相對(duì)于A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量的C成分的固體成分質(zhì)量比率(C成分/ (A成分+B成分+C成分))為I~30%。
[0016]本發(fā)明中，還優(yōu)選作為無機(jī)系固體潤滑劑，是選自鈣化合物、鎂化合物、鋇化合物、鋅化合物、硼化合物(但是除去硼酸鹽)、以及硅酸化合物中的至少一種。
[0017]此外在本發(fā)明中，還優(yōu)選作為水溶性無機(jī)金屬鹽，是選自硼酸鹽、鑰酸鹽、以及鎢酸鹽中的至少一種。
[0018]另外所述B成分與所述C成分的固體成分質(zhì)量比(B成分/C成分)優(yōu)選為大于
1.5。
[0019]另外，可以解決上述問題的本發(fā)明的塑性加工用金屬材料是在表面具備潤滑皮膜的塑性加工用金屬材料，其主旨在于，潤滑皮膜含有A成分:無機(jī)系固體潤滑劑、B成分:有機(jī)系蠟、和C成分:水溶性無機(jī)金屬鹽，A成分與B成分的固體成分質(zhì)量比(A成分/B成分)為0.1~5，相對(duì)于A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量的C成分的固體成分質(zhì)量比率(C成分/(A成分+B成分+C成分))為I~30%。
[0020]本發(fā)明中，還包含將上述的塑性加工用金屬材料塑性加工而得的金屬加工品。
[0021]發(fā)明的效果
[0022]由于本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑如上所述地構(gòu)成，因此如果使用該潤滑劑，則可以得到潤滑性、耐燒結(jié)性及耐腐蝕性優(yōu)異、并且與金屬材料的密合性優(yōu)異的潤滑皮膜。由此，本發(fā)明的潤滑劑適用于冷鍛加工、強(qiáng)冷拉絲加工等強(qiáng)烈加工用途。特別是形成有上述潤滑皮膜的金屬材料由于密合性優(yōu)異，因此不僅可以充分地應(yīng)對(duì)強(qiáng)烈加工，而且在比以往更加嚴(yán)酷的加工條件(例如像后述實(shí)施例那樣不添加干式粉末等潤滑劑的加工)下也可以不產(chǎn)生燒結(jié)地加工。另外由于伴隨著加工、搬運(yùn)產(chǎn)生的潤滑皮膜的剝離得到抑制，并且剝離后的皮膜的飛散性也低，因此可以抑制由剝離了的潤滑皮膜引起的粉塵的產(chǎn)生。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是表示本實(shí)施例中使用的Bauden式摩擦試驗(yàn)的概要的示意圖。
[0024]圖2是表示本實(shí)施例中使用的球體貫入試驗(yàn)的概要的示意圖。
[0025]圖3是表示本實(shí)施例中使用的皮膜密合性試驗(yàn)的概要的示意圖。
[0026]圖4是表示本實(shí)施例中使用的鐓鍛性試驗(yàn)的概要的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027]本發(fā)明人等為了提供具備具有與非磷系的化成處理皮膜同等或其以上的潤滑性、耐燒結(jié)性、以及耐腐蝕性的潤滑皮膜的塑性加工用金屬材料，特別地以上述的專利文獻(xiàn)I中記載的潤滑劑[具體，是將作為造膜成分的硫酸鹽等水溶性無機(jī)鹽(C)、作為潤滑成分的蠟(B)以(B)/(C) = 0.3~1.5的比率組合而得的潤滑劑]為基礎(chǔ)進(jìn)行了研究。其結(jié)果是，對(duì)于模擬了上述潤滑劑的例子[參照表1的N0.17，(B)/(C) = 0.3]，利用后述的實(shí)施例一欄中記載的方法評(píng)價(jià)了潤滑性、耐燒結(jié)性、密合性、耐粉塵性、拉絲性、以及耐腐蝕性，結(jié)果判明，都無法得到所需的特性(參照表2的N0.17)。所以為了進(jìn)一步提高上述潤滑劑的潤滑性，對(duì)明顯地提高了蠟⑶的含有比率的例子[參照表1的N0.12，(B)/(C) = 9.0]，與上述相同地評(píng)價(jià)了各種特性。其結(jié)果是判明，雖然密合性良好，然而耐燒結(jié)性(特別是在嚴(yán)酷的強(qiáng)烈加工條件下的加工)、皮膜強(qiáng)度依然不良(參照表2的N0.12)。
[0028]此外還使用上述專利文獻(xiàn)I中記載的其他的潤滑劑[除上述的潤滑劑以外，還有硬脂酸鈣等脂肪酸的金屬鹽(所謂的金屬皂)]評(píng)價(jià)了上述特性。其結(jié)果是，潤滑皮膜的密合性依然低，在強(qiáng)烈加工或嚴(yán)酷的加工條件下無法加工。另外可知，硬脂酸鈣等脂肪酸的金屬鹽(所謂的金屬皂)在加工時(shí)生成的金屬皂殘?jiān)鼡p傷潤滑皮膜而降低耐腐蝕性等特性。
[0029]即，使用上述的專利文獻(xiàn)I中記載的任意一種潤滑劑的組成都無法獲得所需的特性，另外判明，即使改變其比率，也無法獲得兼具所有的特性的潤滑劑。
[0030]所以，本發(fā)明人等特別是從提高金屬材料與潤滑皮膜的密合性的觀點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)一步進(jìn)行了深入研究。其結(jié)果是發(fā)現(xiàn)，向上述專利文獻(xiàn)I中記載的組成(作為造膜成分的水溶性無機(jī)鹽、和作為潤滑成分的蠟)中作為潤滑成分添加了(與水溶性無機(jī)鹽不同的)無機(jī)系固體潤滑劑(A成分)的組合是有效的，如果使用恰當(dāng)?shù)乜刂屏怂鼈兊谋嚷实乃苄约庸び盟苄詽櫥瑒涂梢赃_(dá)成所期望的目的，從而完成了本發(fā)明。
[0031]如果對(duì)比本發(fā)明和上述專利文獻(xiàn)I的潤滑劑，則在以下方面不同，即，作為潤滑劑的構(gòu)成成分，本發(fā)明中使用了上述專利文獻(xiàn)I中沒有記載的鈣化合物或鎂化合物等無機(jī)系固體潤滑劑；上述專利文獻(xiàn)I中使用了脂肪酸的金屬鹽，而本發(fā)明中沒有使用脂肪酸的金屬鹽；對(duì)于本發(fā)明中所用的蠟與水溶性無機(jī)金屬鹽的優(yōu)選的比，大于上述專利文獻(xiàn)I的上限(1.5)。
[0032]此外在本發(fā)明中，在可以發(fā)揮上述專利文獻(xiàn)I中無法達(dá)成的優(yōu)異的特性(耐腐蝕性、密合性、耐燒結(jié)性、特別是嚴(yán)酷的加工條件下的加工)方面也很不相同。實(shí)際上在上述專利文獻(xiàn)I中，只不過是使用后方穿孔試驗(yàn)或針刺(spike)試驗(yàn)評(píng)價(jià)潤滑性能，沒有評(píng)價(jià)耐燒結(jié)性，此外對(duì)于強(qiáng)烈加工或嚴(yán)酷的加工條件的加工下的特性也沒有任何評(píng)價(jià)。
[0033]以下，對(duì)本發(fā)明的非磷系塑性加工用水溶性潤滑劑的構(gòu)成成分(A成分~C成分)進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0034]⑴A成分:無機(jī)系固體潤滑劑
[0035]無機(jī)系固體潤滑劑(A成分)是降低潤滑皮膜的摩擦系數(shù)而提高潤滑性、防止加工時(shí)的燒結(jié)的有用的成分。另外通過將A成分與B成分一起含有可以進(jìn)一步提高潤滑皮膜的密合性(特別是皮膜強(qiáng)度)，因此可以發(fā)揮強(qiáng)烈加工或嚴(yán)酷的加工條件下的加工時(shí)的耐燒結(jié)性或密合性等優(yōu)異的效果。
[0036]無機(jī)系固體潤滑劑雖然是固體，然而卻具有潤滑性。由此，即使加工工具(模具或拉模等)與金屬材料(被加工材料)的接觸部(金屬間接觸)升高到約150~400°C左右也不會(huì)熔化，可以防止加工工具與金屬材料的直接接觸，從而可以防止加工時(shí)的燒結(jié)。
[0037]本發(fā)明中所用的無機(jī)系固體潤滑劑只要是作為塑性加工用水溶性潤滑劑通常使用、不含有磷成分的無機(jī)系化合物，就沒有特別限定。無機(jī)系固體潤滑劑最好具有在潤滑皮膜中穩(wěn)定地存在、在加工時(shí)的高載荷下也可以表現(xiàn)出潤滑性的性質(zhì)。
[0038]作為無機(jī)系固體潤滑劑，例如可以例示出氫氧化鈣、碳酸鈣、氧化鈣等鈣化合物(優(yōu)選為碳酸鈣等鈣鹽)、氫氧化鎂、碳酸鎂等鎂化合物(優(yōu)選為碳酸鎂等鎂鹽)、氫氧化鋇、碳酸鋇等鋇化合物(優(yōu)選為碳酸鋇等鋇鹽)、氮化硼等硼化合物(但是，從A成分中除去硼酸鹽)、氧化鋅、磷酸鋅等鋅化合物(優(yōu)選為氧化鋅等鋅鹽)、硅酸鹽礦物(例如云母)等硅酸化合物(優(yōu)選為硅酸鹽，但是，除去硅酸堿金屬鹽)等。它們當(dāng)中優(yōu)選的固體潤滑劑是鈣化合物、鋅化合物，特別優(yōu)選為鈣化合物。
[0039]上述A成分既可以單獨(dú)地使用，也可以并用2種以上。
[0040]而且，作為無機(jī)系固體潤滑劑，已知有黑色的二硫化鑰、石墨，然而當(dāng)它們?cè)谝路匣蜓b置周邊附著(著色)時(shí)，操作環(huán)境就會(huì)惡化，因此如果考慮操作環(huán)境性則最好不使用。
[0041]A成分的含量沒有特別限定，然而為了發(fā)揮A成分的上述效果，A成分在全部必需成分中(A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量)優(yōu)選設(shè)為20質(zhì)量％以上，更優(yōu)選設(shè)為50質(zhì)量％以上。另一方面，如果A成分過多，則會(huì)有粉塵性或密合性降低的情況，因此優(yōu)選設(shè)為85質(zhì)量％以下，更優(yōu)選設(shè)為80質(zhì)量％以下。
[0042](2) B 成分:臘
[0043]蠟(B成分)是如下的成分，即，降低潤滑皮膜的摩擦系數(shù)而提高潤滑性，實(shí)現(xiàn)耐燒結(jié)性的提高，并且提高潤滑皮膜與金屬材料的密合性而提高塑性加工時(shí)的潤滑皮膜的追隨性，對(duì)于防止?jié)櫥つさ膭冸x有用。
[0044]本發(fā)明中，從提高加工時(shí)的潤滑性的觀點(diǎn)考慮，推薦蠟具有因加工熱而發(fā)生熔融的性質(zhì)。通過將蠟利用加工熱加以熔融，就可以減輕加工工具與金屬材料的摩擦。所以，蠟的熔點(diǎn)優(yōu)選為50°C以上，更優(yōu)選為70°C以上，優(yōu)選為160°C以下，更優(yōu)選為140°C以下。另外，從提高蠟的涂布性的觀點(diǎn)考慮，優(yōu)選蠟相對(duì)于水具有分散性(例如分散液或乳液)。
[0045]本發(fā)明中所用的蠟只要是在常溫下為固體且若加熱就會(huì)在規(guī)定的溫度下液化的性質(zhì)的有機(jī)系蠟，則可以使用各種天然蠟、合成蠟。作為天然蠟例如可以例示出巴西棕櫚蠟等植物系蠟；石油蠟、微晶蠟等石油系蠟、蜜蠟等動(dòng)物蠟、褐煤蠟等礦物蠟。作為合成蠟可以例示出聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等。本發(fā)明中蠟(B成分)既可以單獨(dú)地使用，也可以并用2種以上的蠟。
[0046]B成分的含量沒有特別限定，然而B成分在全部必需成分中(A~C成分的合計(jì)量)優(yōu)選為10質(zhì)量％以上,更優(yōu)選為20質(zhì)量％以上,優(yōu)選為50質(zhì)量％以下,更優(yōu)選為40質(zhì)量％以下。為了發(fā)揮B成分的上述效果，最好含有10質(zhì)量％以上。另一方面，如果B成分過多，則A成分減少而有拉絲性降低的情況，因此最好設(shè)為50質(zhì)量％以下。
[0047]⑶C成分:水溶性無機(jī)金屬鹽
[0048]水溶性無機(jī)金屬鹽(C成分)是造膜劑(皮膜形成劑)，是對(duì)于提高與金屬材料的密合性或提高耐燒結(jié)性有用的成分。另外，由于C成分在潤滑皮膜形成時(shí)以覆蓋金屬材料表面的方式形成膜，因此是對(duì)于提高耐腐蝕性(防銹性)有用的成分。
[0049]本發(fā)明的水溶性無機(jī)金屬鹽只要是不含有磷成分、作為塑性加工用水溶性潤滑劑的添加劑普遍使用的材料，就沒有特別限定。作為本發(fā)明中所用的水溶性無機(jī)金屬鹽，可以例示出硼酸鹽、鑰酸鹽、鎢酸鹽等。優(yōu)選的水溶性無機(jī)鹽是硼酸鹽。它們既可以單獨(dú)地使用，也可以并用2種以上。
[0050]作為形成上述硼酸鹽的硼酸，可以例示出原硼酸、二硼酸、偏硼酸、四硼酸、五硼酸、八硼酸等。作為硼酸鹽，可以例示出堿金屬鹽(Li鹽、Na鹽、K鹽等)、堿土金屬鹽(Mg鹽、Ca鹽等)等金屬鹽。優(yōu)選的硼酸鹽是偏硼酸鹽、四硼酸鹽，具體，可以舉出偏硼酸鈉、偏硼酸鉀、四硼酸鈉(硼砂、被稱作Borax的Na2B4O5(OH)4.8H20等)、四硼酸鉀、四硼酸銨等。
[0051]上述鑰酸鹽作為防銹劑也有用。作為形成鑰酸鹽的鑰酸，可以例示出原鑰酸、偏鑰酸、仲鑰酸等。作為鑰酸鹽，可以例示出堿金屬鹽(Li鹽、Na鹽、K鹽等)、堿土金屬鹽(Mg鹽、Ca鹽等)等。優(yōu)選的鑰酸鹽是偏鑰酸鹽，具體優(yōu)選偏鑰酸鈉。
[0052]作為形成上述鎢酸鹽的鎢酸，可以例示出原鎢酸、偏鎢酸、仲鎢酸等。作為鎢酸鹽，可以例示出堿金屬鹽(Li鹽、Na鹽、K鹽等)、堿土金屬鹽(Mg鹽、Ca鹽等)等。優(yōu)選的鶴酸鹽是偏鎢酸鹽，具體優(yōu)選偏鎢酸鈉。
[0053]而且，推薦在本發(fā)明的C成分中不含有專利文獻(xiàn)I中記載的硅酸堿金屬鹽。已知硅系物質(zhì)是導(dǎo)致涂布缺陷(所謂的涂膜凹陷)的原因(例如《最新表面技術(shù)總覽》昭和62年發(fā)行、第786頁)。如果在本發(fā)明中也在潤滑皮膜中含有硅酸堿金屬鹽，則潤滑皮膜與金屬材料的密合性就會(huì)變得過高，在對(duì)金屬材料實(shí)施鍍膜時(shí)無法利用清洗等充分地除去潤滑皮膜，從而會(huì)有鍍膜性變差的情況(妨礙鍍膜形成的主要因素)。
[0054]本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑的特征在于，由上述A成分、B成分、C成分的組合形成，而通過以特定的比率含有這些成分，就可以有效地發(fā)揮各成分所具有的上述效果。以下，對(duì)各成分的比率進(jìn)行說明。
[0055](A成分與B成分的配合比)
[0056]如果A成分(無機(jī)系固體潤滑劑)與B成分(蠟)的配合比(A成分/B成分:固體成分質(zhì)量比、以下相同)低于0.1，則無法有效地發(fā)揮A成分的上述效果，潤滑皮膜的耐燒結(jié)性降低。另外，如果沒有充分地配合A成分，則在加工時(shí)會(huì)因蠟(B成分)的密合性降低而有皮膜容易剝離的情況。另一方面，如果配合比(A成分/B成分)大于5，則金屬材料與潤滑皮膜的密合性降低，塑性加工時(shí)的潤滑皮膜的追隨性降低。另外，如果密合性或追隨性降低，則也無法充分地發(fā)揮粉塵抑制效果。所以，A成分與B成分的配合比為0.1以上，優(yōu)選為I以上，且為5以下，優(yōu)選為3以下。
[0057](C成分在A成分、B成分、C成分的合計(jì)量中所占的比率)
[0058]如果C成分在A~C成分的合計(jì)量中所占的配合比率(C成分/ (A成分+B成分+C成分):固體成分質(zhì)量比率、以下相同)低于1%，則潤滑皮膜的耐燒結(jié)性或密合性就會(huì)降低。另一方面，如果配合比率(C成分/(A成分+B成分+C成分))大于30%，則由于潤滑性降低而使摩擦系數(shù)變高(摩擦系數(shù)減小效果降低)，因此存在耐燒結(jié)性降低、或加工時(shí)的阻力增大而潤滑皮膜剝離的情況。另外，例如還會(huì)有作為螺栓使用時(shí)的扭距系數(shù)變?yōu)楫惓Ｖ档仍诩庸て返氖褂弥挟a(chǎn)生問題的情況。所以，C成分在A~C成分的合計(jì)量中所占的配合比率為1%以上，優(yōu)選為5%以上，且為30%以下，優(yōu)選為20%以下。
[0059](B成分與C成分的配合比)
[0060]此外，在本發(fā)明中，B成分(蠟)與C成分(水溶性無機(jī)金屬鹽)的配合比(B成分/C成分:固體成分質(zhì)量比、以下相同)優(yōu)選大于1.5。如果B成分/C成分為1.5以下，則密合性與潤滑性的平衡差，密合性、潤滑性降低而有皮膜的耐燒結(jié)性變差的情況。另一方面，如果配合比(B成分/C成分)大于9，則會(huì)有金屬材料與潤滑皮膜的密合性降低的情況。所以，B成分與C成分的配合比優(yōu)選大于1.5，更優(yōu)選為1.8以上，優(yōu)選為9以下，更優(yōu)選為8以下。
[0061]本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑作為有效成分以特定的比率含有上述A成分、B成分、C成分，然而也可以在不損害本發(fā)明的作用的范圍內(nèi)，含有潤滑劑中普遍包含的其他的成分，它們也包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0062]作為本發(fā)明的潤滑劑中可以包含的其他的成分，可以舉出所使用的潤滑劑中通?？梢蕴砑拥囊韵碌某煞?。
[0063](表面活性劑)
[0064]表面活性劑是在潤滑皮膜的制作過程中根據(jù)需要添加的成分。表面活性劑是對(duì)于提高上述A成分(無機(jī)系固體潤滑劑)或上述B成分(蠟)的分散性有用的成分。如后所述，上述潤滑皮膜是在含有上述的成分的水溶液(處理液)中浸潰金屬材料而形成的(浸潰法)。此時(shí)，通過添加表面活性劑，可以將上述A成分、上述B成分在處理液中均勻地分散，可以更加均勻地發(fā)揮上述效果。另外，由于表面活性劑吸附在金屬材料的表面而還具有防銹作用，因此還可以提高耐腐蝕性。此外，表面活性劑確保對(duì)金屬材料的表面的均勻的浸潤性，因而還具有潤滑皮膜的涂布性提高作用。
[0065]作為本發(fā)明中所用的表面活性劑，可以舉出非離子性表面活性劑、陰離子性表面活性劑、兩性表面活性劑、陽離子性表面活性劑等。
[0066]作為非離子性表面活性劑，沒有特別限定，然而例如可以舉出聚氧亞乙基烷基醚、聚氧亞烷基(乙烯和/或丙烯)烷基苯基醚、由聚乙二醇(或環(huán)氧乙烷)和高級(jí)脂肪酸(例如碳數(shù)12~18)構(gòu)成的聚氧亞乙基烷基酯、由失水山梨醇、聚乙二醇和高級(jí)脂肪酸(例如碳數(shù)12~18)構(gòu)成的聚氧亞乙基失水山梨醇烷基酯等。作為陰離子性表面活性劑，沒有特別限定，然而例如可以舉出脂肪酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、二硫代磷酸酯鹽等。作為兩性表面活性劑，沒有特別限定，然而例如可以舉出氨基酸型及甜菜堿型的羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽等。作為陽離子性表面活性劑，沒有特別限定，然而例如可以舉出脂肪酸胺鹽、季銨鹽等。這些表面活性劑既可以分別單獨(dú)地使用，也可以組合使用2種以上。
[0067]本發(fā)明的潤滑劑中所含的表面活性劑的含量也要根據(jù)構(gòu)成潤滑劑的成分、所使用的表面活性劑的種類等而不同，然而大致上相對(duì)于構(gòu)成潤滑劑的基本成分(A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量)優(yōu)選為0.01~5%的范圍內(nèi)。這是因?yàn)?，如果表面活性劑的含量小?.01%，則無法充分地獲得分散性或浸潤性等所需的效果。另一方面，即使大于5%地添加，它們的作用也會(huì)飽和，僅僅是成本升高。表面活性劑的含量更優(yōu)選為0.05%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為0.3%以上，更優(yōu)選為3%以下。
[0068](防銹劑)
[0069]防銹劑是在潤滑皮膜的制作過程中根據(jù)需要添加的成分。防銹劑是對(duì)于提高耐腐蝕性有用的成分。防銹劑的種類沒有特別限定，可以使用潤滑皮膜中通常所含的防銹劑的單獨(dú)一種，或者組合使用多種，然而例如可以舉出鏈烯基琥珀酸胺鹽、釩酸鹽、聚丙烯酸、苯并三唑等。雖然本發(fā)明的潤滑劑中所含的防銹劑的量也會(huì)根據(jù)構(gòu)成潤滑劑的成分、所使用的防銹劑的種類等而不同，然而大致上相對(duì)于構(gòu)成潤滑劑的基本成分(A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量)優(yōu)選為大約0.1~5%的范圍內(nèi)。更優(yōu)選為I %以上、4%以下。
[0070]下面，對(duì)使用本發(fā)明的潤滑劑形成潤滑皮膜的方法進(jìn)行說明。
[0071]潤滑皮膜可以使用包含上述的A~C成分、以及根據(jù)需要含有的其他的成分的潤滑劑形成。具體，潤滑皮膜可以通過使上述的成分與水系溶劑的混合液(有時(shí)稱作調(diào)配液、處理液)與金屬材料接觸，根據(jù)需要加以干燥而得到(干式法)。接觸方法沒有特別限定，可以適當(dāng)?shù)夭捎脼榱耸褂脻櫥瑒┑玫綕櫥つざǔＪ褂玫姆椒?。例如可以舉出將金屬材料浸潰在上述混合液中后干燥的方法、向金屬材料涂布(借助噴霧或噴淋的涂布等)上述混合液的方法等。
[0072]這里，對(duì)本發(fā)明中所用的干式法進(jìn)行說明。使用水系潤滑劑形成潤滑皮膜的方法大致上分為濕式法和干式法。濕式法是適用于以礦物油或動(dòng)植物油等作為基油的潤滑劑的情況的方法，是將該潤滑劑直接澆到金屬材料(加工材料)上而形成液狀皮膜的方法。該方法主要是在得到加工度較低的材料的情況下通用。與之不同，干式法是在將金屬材料在潤滑劑中進(jìn)行浸潰處理等后，根據(jù)需要利用干燥工序使水分蒸發(fā)而形成固體皮膜的方法。
[0073]根據(jù)本發(fā)明的潤滑皮膜形成方法，可以避免附著不均等由干式法造成的問題。即，在使用水系潤滑劑的干式法中，通常將金屬材料一次性地大量地浸潰處理，其后通過將水系溶劑干燥而形成皮膜，然而在該情況下，經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生由金屬材料的局部的接觸造成的附著不均，在拉拔加工時(shí)會(huì)有容易引起燒結(jié)等問題。根據(jù)本發(fā)明，由于使用包含將上述A~C成分以特定的比率組合而得的構(gòu)成的潤滑劑，因此潤滑劑在處理液中均勻地溶解或分散，當(dāng)使之與金屬材料接觸而形成潤滑皮膜時(shí)，就可以得到?jīng)]有皮膜缺損的牢固的皮膜。另外，潤滑皮膜與金屬材料的密合性或追隨性得到格外的提高，上述的由附著不均引起的燒結(jié)降低等問題得到消除。此外由于利用干燥使水分蒸發(fā)，因此可以使?jié)櫥瑒┑某煞纸M成與干燥后的被膜中的潤滑劑成分組成大致相同。
[0074]以下，對(duì)作為干式法的代表例的經(jīng)過浸潰工序形成潤滑皮膜的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0075]首先，準(zhǔn)備將上述的以特定的比率組合的A~C成分、以及根據(jù)需要使用的其他的成分與水系溶劑混合而得的混合液。
[0076]作為本發(fā)明中所用的水系溶劑，除了水以外，還可以舉出水與水溶性溶劑的混合物。作為水溶性溶劑，可以例示出甲醇、乙醇、乙二醇等醇類；丙酮等酮類；四氫呋喃、乙二醇二甲醚等醚類；乙腈等腈類。優(yōu)選的水系溶劑為水。該情況下的水可以是離子交換水或自來水、地下水、工業(yè)用水等，沒有特別限制。
[0077]與水系溶劑混合時(shí)的潤滑劑的濃度大致上優(yōu)選為5%以上，更優(yōu)選為7%以上，進(jìn)一步優(yōu)選為10%以上。如果潤滑劑的濃度過低，則會(huì)有皮膜的生成不均勻的情況。另一方面，對(duì)于潤滑劑的濃度的上限，只要潤滑劑可以溶解于水系溶劑中，就沒有特別限定，然而大致上優(yōu)選為70%以下，更優(yōu)選為60%以下。但是，如果潤滑劑的濃度過高，則潤滑劑就不會(huì)在水系溶劑中均勻地溶解或分散，會(huì)有產(chǎn)生附著不均的情況，因此如果考慮上述觀點(diǎn)，則潤滑劑的濃度大致上優(yōu)選為50%以下，更優(yōu)選為45%以下。
[0078]而且，本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑的制造方法沒有特別限制。例如可以通過將上述B成分(蠟)、根據(jù)需要使用的表面活性劑等添加劑、以及水系溶劑添加到含有上述C成分(水溶性無機(jī)金屬鹽)的水溶液(水系溶劑)中并攪拌后，再添加上述A成分(無機(jī)系固體潤滑劑)和根據(jù)需要使用的表面活性劑等添加劑、水系溶劑并攪拌而制造。
[0079]然后，將金屬材料浸潰在上述的混合液中。具體的浸潰條件沒有特別限定，然而大致上優(yōu)選在約30~80°C (更優(yōu)選為40~70°C )的溫度下進(jìn)行約5秒以上(更優(yōu)選為10秒以上)。如果浸潰溫度低于上述范圍，則需要在夏季等高溫環(huán)境下嚴(yán)格地管理浸潰溫度，因而不便。另一方面，如果大于上述范圍，則混合液的蒸發(fā)變多，潤滑劑的濃度容易變動(dòng)。另外，如果浸潰時(shí)間低于上述范圍，則密合性降低。而且，浸潰時(shí)間的上限沒有特別限定，然而即使長時(shí)間浸潰也無法獲得密合性改善作用，因此優(yōu)選為15分鐘以下。
[0080]在浸潰后，也可以根據(jù)需要進(jìn)行干燥，這樣，就可以得到所需的潤滑皮膜。干燥方法沒有特別限定，既可以在浸潰后進(jìn)行自然干燥，也可以是借助熱風(fēng)、冷風(fēng)、或者溫室(無風(fēng))等的干燥。
[0081]雖然在上述說明中，詳細(xì)地說明了使金屬材料與潤滑劑和水系液劑的混合物接觸的工序(皮膜形成工序)，然而也可以在該皮膜形成工序的前工序中，出于對(duì)金屬材料表面進(jìn)行潔凈化處理的目的，進(jìn)行潔凈化工序。作為潔凈化處理，例如可以舉出脫氧化皮處理、脫脂處理等。脫氧化皮處理可以應(yīng)用慣用的方法，例如可以舉出機(jī)械的脫氧化皮法(噴砂等噴射法、彎折等)、化學(xué)的脫氧化皮法(酸洗等)。優(yōu)選的脫氧化皮法是機(jī)械的脫氧化皮法。根據(jù)機(jī)械的脫氧化皮法，可以不是利用間歇處理而是利用在線處理進(jìn)行脫氧化皮，因此適合于在物理上短時(shí)間內(nèi)形成皮膜的本發(fā)明。
[0082]本發(fā)明的使用塑性加工用水溶性潤滑劑形成的潤滑皮膜如下所示地含有上述A~C成分，即，以A成分/B成分的固體成分質(zhì)量比計(jì)為0.1~5 (優(yōu)選的固體成分質(zhì)量比與上述本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑相同)，以固體成分質(zhì)量比率計(jì)含有I~30%的C成分/(A成分+B成分+C成分)(優(yōu)選的固體成分質(zhì)量比率與上述本發(fā)明的塑性加工用水溶性潤滑劑相同)。而且，優(yōu)選的B成分與C成分的配合比、優(yōu)選的A~C成分的各成分的含量與上述潤滑皮膜相同。另外，在作為潤滑劑中所含的有效成分含有上述A~C成分以外的其他的成分的情況下，在潤滑皮膜中，含有與潤滑劑中所含的其他的成分的濃度對(duì)應(yīng)的成分。
[0083]而且，潤滑皮膜中的A~C成分(以及所添加的其他的成分)的比率不一定與該潤滑皮膜的形成中所使用的塑性加工用水溶性潤滑劑的組成完全地對(duì)應(yīng)，可以根據(jù)潤滑皮膜的形成方法等容許大致上±10%以內(nèi)的范圍。由此，最好以使?jié)櫥つぶ械某煞纸M成的比率為上述規(guī)定的范圍內(nèi)的方式根據(jù)需要適當(dāng)?shù)卣{(diào)整塑性加工用水溶性潤滑劑的成分的比率。
[0084]上述潤滑皮膜的附著量優(yōu)選大致上為0.5~30g/m2的范圍內(nèi)。這是因?yàn)?，如果附著量小?.5g/m2，則會(huì)由于膜厚不足而難以進(jìn)行大量的連續(xù)拉絲。另一方面，如果附著量大于30g/m2，則由潤滑皮膜帶來的上述作用飽和，因?qū)е鲁杀镜纳叨诮?jīng)濟(jì)上造成浪費(fèi)。潤滑皮膜的附著量更優(yōu)選大致上為2g/m2以上、20g/m2以下的范圍內(nèi)。
[0085]而且，上述的潤滑皮膜即使不夾隔基底層地直接形成于金屬材料上也會(huì)發(fā)揮優(yōu)異的特性(參照后述的實(shí)施例)，然而出于進(jìn)一步提高與金屬材料的密合性、進(jìn)一步改善上述特性的目的，也可以夾設(shè)通用的基底層(含有二氧化硅的層)。
[0086]另外，也可以在上述潤滑皮膜上，出于賦予防銹性等目的，覆蓋含有二氧化硅等的其他的皮膜。這些其他的皮膜既可以單層地形成，也可以層疊兩層以上。
[0087]本發(fā)明的金屬材料在表面具有上述的潤滑皮膜，被用于塑性加工用途(詳情后述)。
[0088]本發(fā)明中所用的金屬材料的組成只要是用于塑性加工中的組成，就沒有特別限定。例如可以使用鋼材(鋼鐵、不銹鋼、鉻鋼、鑰鋼、鈦鋼等)、非鐵金屬材料(招材、鈦材、銅材等)的各種金屬材料。優(yōu)選的金屬材料為鋼材。
[0089]上述金屬材料的形態(tài)只要是用于進(jìn)行塑性加工的金屬材料，就沒有特別限定，例如可以使用線材或棒材、將所述線材或棒材切割而得的切割材料(毛坯材料)、鋼板等各種的金屬材料。優(yōu)選的金屬材料是線材、棒材、毛坯材料等。作為線材或棒材，例如可以舉出用于制造螺栓、螺母、彈簧、PC (prestressed concrete)鋼、鋼絲簾線、輪胎鋼絲等的線材或棒材。作為毛坯材料，可以舉出用于制造前方或后方擠出零件的毛坯材料。
[0090]在本發(fā)明中，還包含對(duì)具備上述的潤滑皮膜的金屬材料進(jìn)行塑性加工而得的金屬加工品。作為上述金屬加工品，例如可以舉出螺栓、螺母、彈簧、PC鋼、鋼絲簾線、輪胎鋼絲、前方或后方擠出零件、軋制鋼板等。
[0091]本說明書中，在“塑性加工”中，包含冷拉拔或拉絲加工、鐓鍛或鍛造加工、軋制加工等。在繳鍛或鍛造中，例如還包括冷繳、熱繳等。
[0092]塑性加工的種類可以根據(jù)金屬材料的用途適當(dāng)?shù)剡x擇。而且，根據(jù)金屬材料的用途，有時(shí)進(jìn)行多種塑性加工。例如在制造螺栓、螺母等的情況下，在進(jìn)行拉拔加工后，進(jìn)行鐓鍛。在制造前方或后方擠出零件的情況下，對(duì)線材或棒材進(jìn)行拉拔加工、切割后，進(jìn)行鍛造。在制造鋼絲簾線、輪胎鋼絲等的情況下，如一次拉絲、二次拉絲等那樣分為多個(gè)階段地進(jìn)行拉絲加工。在進(jìn)行多種塑性加工的情況下，既可以在至少一種塑性加工之前，實(shí)施上述的潤滑皮膜形成工序，也可以在各個(gè)塑性加工之前實(shí)施上述的潤滑皮膜形成工序。
[0093]金屬加工品表面的皮膜附著量也可以是與上述的金屬材料表面的皮膜附著量相同的程度，然而通常小于金屬材料表面的附著量，例如優(yōu)選為0.2g/m2以上且20g/m2以下(更優(yōu)選為lg/m2以上、15g/m2以下)。
[0094]本申請(qǐng)主張基于2012年2月27日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2012-040520號(hào)及2013年2月18日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2013-029282號(hào)的優(yōu)先權(quán)的利益。將2012年2月27日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2012-040520號(hào)及2013年2月18日申請(qǐng)的日本專利申請(qǐng)第2013-029282號(hào)的說明書的全部內(nèi)容用于參考而援引到本申請(qǐng)中。
[0095]實(shí)施例
[0096]以下，舉出實(shí)施例而對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更具體的說明，然而本發(fā)明本來就不受下述實(shí)施例的限制，當(dāng)然也可以在能夠適合前?后述的宗旨的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)丶右宰冃秃髮?shí)施，它們都包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。而且，實(shí)施例中將上述本文中例示的成分的一部分加以組合，而除了下述實(shí)施例中使用的成分以外，本發(fā)明人等也在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中確認(rèn)具有同等的效果O
[0097](實(shí)施例1)
[0098](測(cè)試材料)
[0099]在后述的(I)Bauden式摩擦試驗(yàn)、(3)皮膜密合性試驗(yàn)、(4)粉塵性試驗(yàn)中，作為測(cè)試材料(金屬材料)使用了 SPCC-SD(Steel Plate Cold Commercial-Skin pass millDull shinish ；日本 Test Panel 公司制；尺寸:板厚 0.8mmX 寬 80mmX 長 100mm)。
[0100]在后述的(2)球體貫入試驗(yàn)中，作為測(cè)試材料，使用了 SlOC球狀化退火材料(JISG4051:2009 ;日本Test Panel公司制)。具體，使用了如下的材料，即，在制作出內(nèi)徑15mm、高50mm的試驗(yàn)片后,進(jìn)行堿脫脂(大同化學(xué)公司制:Diecleaner 0F-222 (5%濃度)，浴溫:60°C，測(cè)試材料浸潰時(shí)間:10分鐘)。其后，在水洗后用有機(jī)溶劑(甲醇)除去水分。
[0101]在后述的(5)耐腐蝕性試驗(yàn)、(6)拉絲性試驗(yàn)、(7)鐓鍛性試驗(yàn)中，作為測(cè)試材料，使用了如下的材料，即，將鋼種類SCM435(JIS G4053:2008 ;日本Test Panel公司制)熱軋而得到熱軋線材(直徑12.5_、860kg)，將其在760°C下進(jìn)行球狀化退火后，進(jìn)行酸洗(在20%硫酸、75°C的酸洗液中浸潰13分鐘后，在15%鹽酸、30°C的酸洗液中浸潰13.5分鐘)而脫氧化皮處理后，進(jìn)行水洗。
[0102](塑性加工用水溶性潤滑劑的制備)
[0103]作為潤滑皮膜處理液，準(zhǔn)備了表1中所示的N0.1~17的潤滑劑。表1中，A~E成分的詳情如下所示。而且，作為表中的“水”使用了工業(yè)用水。
[0104]A成分(無機(jī)系固體潤滑劑)
[0105]Al:氫氧化鈣
[0106]A2:碳酸鈣
[0107]A3:氧化鋅
[0108]B成分(蠟)
[0109]BI:巴西棕櫚蠟(熔點(diǎn)約80°C )
[0110]B2:聚乙烯蠟(熔點(diǎn)約140°C )
[0111]C成分(水溶性無機(jī)金屬鹽)
[0112]Cl:偏硼酸鈉
[0113]C2:鑰酸鈉
[0114]其他添加劑
[0115]D:表面活性劑(磺酸鈉)
[0116]E:防銹劑(十二烯基琥珀酸胺鹽)
[0117][表1]
[0118]

【權(quán)利要求】
1.一種非磷系塑性加工用水溶性潤滑劑，其特征在于， 含有: A成分:無機(jī)系固體潤滑劑、 B成分:臘、以及 C成分:水溶性無機(jī)金屬鹽， A成分與B成分的固體成分質(zhì)量比即A成分/B成分為0.1~5, C成分相對(duì)于A成分、B成分以及C成分的合計(jì)量的固體成分質(zhì)量比率即C成分/ (A成分+B成分+C成分)為I~30%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非磷系塑性加工用水溶性潤滑劑，其中， 所述無機(jī)系固體潤滑劑是選自鈣化合物、鎂化合物、鋇化合物、鋅化合物、硼化合物、以及硅酸化合物中的至少一種，其中，硼化合物不包括硼酸鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非磷系塑性加工用水溶性潤滑劑，其中， 所述水溶性無機(jī)金屬鹽是選自硼酸鹽、鑰酸鹽、以及鎢酸鹽中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的非磷系塑性加工用水溶性潤滑劑，其中， 所述B成分與所述C 分的固體成分質(zhì)量比即B成分/C成分大于1.5。
5.一種非磷系塑性加工用金屬材料，其特征在于，其是在表面具備潤滑皮膜的塑性加工用金屬材料， 所述潤滑皮膜含有A成分:無機(jī)系固體潤滑劑、B成分:有機(jī)系蠟、以及C成分:水溶性無機(jī)金屬鹽， A成分與B成分的固體成分質(zhì)量比即A成分/B成分為0.1~5, C成分相對(duì)于A成分、B成分、以及C成分的合計(jì)量的固體成分質(zhì)量比率即C成分/ (A成分+B成分+C成分)為I~30%。
6.一種金屬加工品，其是對(duì)權(quán)利要求5所述的塑性加工用金屬材料進(jìn)行塑性加工而得。
【文檔編號(hào)】C10M173/02GK104136592SQ201380010673
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】椎橋慶太, 山根茂洋, 喜多良彥, 黑田將文, 喜田守 申請(qǐng)人:株式會(huì)社神戶制鋼所, 大同化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社