專利名稱：金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于冷塑性加工(鍛造、拔管、拔絲等)鋼鐵、鈦和鈦合金、銅和銅合金、鋁和鋁合金等金屬材料時(shí)使用的金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑(以下，簡(jiǎn)稱水系潤(rùn)滑劑)。
在金屬材料的塑性加工例如鋼管的冷拔加工中，為了降低被加工材料與拉模、芯棒等工具之間產(chǎn)生的摩擦，防止發(fā)生咬死或熱膠著，容易進(jìn)行拉拔加工，使用形成液狀的被膜或形成固體狀的被膜的潤(rùn)滑劑。
在這類的潤(rùn)滑劑之中，液狀潤(rùn)滑劑的代表者是以礦物油、動(dòng)植物油和合成油等作為基油為所謂油系潤(rùn)滑劑，一般使用從組裝在加工裝置上的潤(rùn)滑油供給裝置直接流到工具或加工材料上的潤(rùn)滑方法。油系潤(rùn)滑油的使用多見于加工度較低的場(chǎng)合，在加工度較高的場(chǎng)合，使油的粘度上升，或者添加固體潤(rùn)滑劑和耐特壓潤(rùn)滑油添加劑而使用。而固體被膜的代表者是與被加工材料反應(yīng)、與基體形成良好附著的承載被膜的所謂化學(xué)被膜處理，對(duì)于碳鋼和低合金鋼，進(jìn)行形成磷酸鋅系被膜的磷酸鹽被膜處理，對(duì)于不銹鋼，進(jìn)行形成草酸鐵系的草酸鹽被膜處理。在進(jìn)行這些化學(xué)被膜處理后，通常進(jìn)行反應(yīng)型皂潤(rùn)滑處理，通過進(jìn)行由這樣的2個(gè)工序組成的潤(rùn)滑處理，能夠?qū)⒒瘜W(xué)被膜的承載性和反應(yīng)型皂潤(rùn)滑劑產(chǎn)生的潤(rùn)滑性組合起來，該潤(rùn)滑方法顯示出極高的耐熱膠著性。另外，在化學(xué)被膜處理后進(jìn)行反應(yīng)型皂潤(rùn)滑處理的場(chǎng)合，通常加工材料在拉拔加工之前，要在各種處理槽中進(jìn)行浸漬處理，由于是反應(yīng)型處理，所以不論加工材料彼此之間線狀地接觸部分有多少，潤(rùn)滑劑的附著不勻也是少的，采取以數(shù)10根單位集中進(jìn)行處理的方式。
但是，隨著加工條件的高速化、高壓化和對(duì)環(huán)境方面、能源方面的要求，要求解決具有與將化學(xué)被膜處理和反應(yīng)型皂潤(rùn)滑處理組合的潤(rùn)滑法同等或更高的潤(rùn)滑性能，而且在化學(xué)被膜方面發(fā)現(xiàn)的問題，例如作業(yè)環(huán)境的問題(例如，在80-90℃的高溫使用酸系處理液，因此處理液的臭氣和煙霧使環(huán)境惡化)，廢棄物管理的問題等環(huán)境方面的問題，以及縮短工序、節(jié)能、節(jié)省場(chǎng)地等成本方面的問題，進(jìn)而加工后的被膜剝離性的問題(通常要進(jìn)行堿脫脂和酸洗處理)等的潤(rùn)滑劑。
在為解決這些問題的油系潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合，在特公平4-1798中公開了“在配合氯化石蠟、磷酸酯等耐特壓潤(rùn)滑油添加劑和異丁烯與正丁烯的共聚物及動(dòng)植物油的潤(rùn)滑油中配合金屬皂和固體潤(rùn)滑劑的冷加工用潤(rùn)滑劑”。但是，即使是這些高性能潤(rùn)滑油，與化學(xué)被膜處理后進(jìn)行反應(yīng)型皂潤(rùn)滑處理的潤(rùn)滑法相比，在加工性能上也有一些缺點(diǎn)，另外，由于大量使用耐特壓劑(耐特壓潤(rùn)滑油添加劑)，加工時(shí)產(chǎn)生臭氣，并且在加工后的軟化退火過程中氯和磷有可能對(duì)材料產(chǎn)生腐蝕。
另外，在水系潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合，有直接以濕式使用和以干式被膜使用兩種情況。直接以濕式使用的水系潤(rùn)滑劑，像上述油系潤(rùn)滑劑一樣直接流到工具或加工材料上而使用，以干式被膜使用的水系潤(rùn)滑劑，是像上述化學(xué)被膜一樣在處理槽中進(jìn)行浸漬處理后，在干燥過程中使水分蒸發(fā)而得到固體被膜。前者，在特公昭58-30358中記載的“以碳酸氫鹽(固形物)為主成分、向其中加入少量的分散劑、表面活性劑和固體潤(rùn)滑劑的金屬管的冷加工或溫加工用潤(rùn)滑劑”中已有描述，但沒有達(dá)到代替化學(xué)被膜處理而廣泛使用的程度。至于后者，“以水溶性高分子或其水性乳液作為基體材料，配合固體潤(rùn)滑劑和化學(xué)被膜形成劑的潤(rùn)滑被覆用組合物(特開昭52-20967)”和“組合使用的硼砂為主成分的被膜和鈣皂及金屬皂，對(duì)不銹鋼絲進(jìn)行拔絲加工的方法(特開昭50-147460)”等中已有描述，但是，在一次大量浸漬處理加工材料，然后進(jìn)行強(qiáng)制干燥得到干燥被膜的情況下，必然產(chǎn)生由于加工材料的部分接觸而引起的附著不勻，結(jié)果達(dá)不到解決在拉拔加工時(shí)容易引起熱膠著的非反應(yīng)型潤(rùn)滑劑的大缺點(diǎn)。
綜上所述，目前還沒有能夠代替將磷酸鹽處理和草酸鹽處理等化學(xué)被膜處理與反應(yīng)型皂處理組合而構(gòu)成的潤(rùn)滑體系，以1個(gè)工序?qū)崿F(xiàn)加工性能、環(huán)境、廢棄物處理、節(jié)能、被膜剝離性等要求的潤(rùn)滑劑。
本發(fā)明是適應(yīng)這樣的要求而完成的，其目的在于，代替將磷酸鹽處理和草酸鹽處理等化學(xué)被膜處理與反應(yīng)型皂處理組合而成的潤(rùn)滑體系，提供一種屬于水系、具有高潤(rùn)滑性、沒有上述的環(huán)境方面的問題、能以1個(gè)工序進(jìn)行處理、被膜剝離容易、即使用浸漬法大量地處理加工材料也不產(chǎn)生由附著不均勻而引起的熱膠著性降低的金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑。
為了解決上述問題本發(fā)明人進(jìn)行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以良好地附著于基體上、將潤(rùn)滑成分導(dǎo)入工具面上形成被膜的物質(zhì)的水溶性無機(jī)鹽作為基體材料，由該基體材料、作為潤(rùn)滑成分的固體潤(rùn)滑劑、作為潤(rùn)滑成分或潤(rùn)滑輔助物質(zhì)的由礦物油、動(dòng)植物油和合成油中選擇的油成分、表面活性劑和水組成，水溶性無機(jī)鹽、固體潤(rùn)滑劑和油成分之間的使用比例滿足一定條件的水系潤(rùn)滑劑能解決上述問題。即，使用上述水系潤(rùn)滑劑作為金屬的冷塑性加工時(shí)的潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合，在進(jìn)行浸漬等處理后的干燥工序中，金屬表面上形成固體潤(rùn)滑劑分散的無機(jī)鹽被膜，同時(shí)，油成分滲出到被膜的外圍部分而形成油膜。該油膜在賦予加工時(shí)的初期潤(rùn)滑的同時(shí)，彌補(bǔ)加工材料彼此間的接觸部分的固體潤(rùn)滑劑附著不勻，從而顯著改善耐熱膠著性。
再者，僅以通常的堿脫脂劑進(jìn)行的處理就能除去殘留在塑性加工后的金屬材料上的潤(rùn)滑成分。
這樣，本發(fā)明是關(guān)于金屬的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑，該潤(rùn)滑劑由下列成分組成(A)水溶性無機(jī)鹽；(B)固體潤(rùn)滑劑；(C)選自礦物油、動(dòng)植物油脂和合成油中的至少一種油成分；(D)表面活性劑；(E)水；固體潤(rùn)滑劑與水溶性無機(jī)鹽的重量比(B/A)是0.05/1-2/1，相對(duì)于水溶性無機(jī)鹽和固體潤(rùn)滑劑的合計(jì)量，油成分的重量比(C/(A+B))是0.05/1-1/1，固體潤(rùn)滑劑和油成分各自均勻地分散并乳化。
以下詳細(xì)地說明本發(fā)明。
(A)的水溶性無機(jī)鹽，是構(gòu)成用本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑形成的良好地附著在金屬基體上的豎固被膜的主體，只要是作為金屬材料的冷塑性加工的媒介物一般使用的水溶性無機(jī)鹽就可以，沒有特別的限制，例如可舉出四硼酸鈉(硼砂)、四硼酸鉀、四硼酸銨等硼酸鹽，硫酸鈉、硫酸鉀、硫酸銨等硫酸鹽，硅酸鈉、硅酸鉀等硅酸鹽，硝酸鈉、硝酸鉀等硝酸鹽，其中以硼砂、四硼酸鉀和硫酸鈉最好。作為水溶性無機(jī)鹽，上述的無機(jī)鹽可以單獨(dú)使用一種或2種以上組合使用。
(B)的固體潤(rùn)滑劑，均勻地分散在本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑中，在將該水系潤(rùn)滑劑涂敷在加工材料上時(shí)進(jìn)行附著，在加熱干燥使蒸發(fā)水分時(shí)產(chǎn)生的由水溶性無機(jī)鹽構(gòu)成的被膜中作為主要成分，有助于防止產(chǎn)生咬住的熱膠著。這樣的固體潤(rùn)滑劑，只要是進(jìn)行金屬材料的冷塑性加工時(shí)通常使用的固體潤(rùn)滑劑就可以，沒有特別的限制，例如可舉出金屬皂、云母、鈣化合物、金屬硫化物、氮化物、金屬氧化物、高分子固體等。金屬皂是脂肪酸和金屬的鹽。作為脂肪酸可舉出月桂酸、肉豆蔻酸、棕櫚酸、硬脂酸、山萮酸、羥基硬脂酸等，其中以硬脂酸最好。作為金屬可舉出鈣、鋁、鎂、鋇、鋅、鉛、鋰、鉀等。作為這樣的金屬皂，硬脂酸鈣最好。作為云母可舉出絹云母、白云母、合成云母等。作為鈣化合物可舉出氫氧化鈣、碳酸鈣等。作為金屬硫化物可舉出二硫化鉬、二硫化鎢、二硫化硒等。作為氮化物可舉出氮化硼等。作為金屬氧化物可舉出氧化鈦、氧化鋅、二氧化硅等。作為高分子固體可舉出PTFE、尼龍、聚乙烯等。除此之外，可舉出石墨、滑石、金屬等。作為這些固體潤(rùn)滑劑，通常使用粉末狀的固體潤(rùn)滑劑。它們之中，以下含有在退火時(shí)成為障礙的物質(zhì)、而且潤(rùn)滑性優(yōu)良的硬脂酸鈣等金屬皂和云母為佳。作為固體潤(rùn)滑劑，如上述的固體潤(rùn)滑劑可以單獨(dú)使用，或者2種以上組合使用。
(C)的從礦物油、動(dòng)植物油脂和合成油中選擇的至少一種油成分，是用于在金屬材料上涂敷本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑后、在經(jīng)干燥而得到的由水溶性無機(jī)鹽組成的干燥被膜上形成油膜，而且是用于彌補(bǔ)因產(chǎn)生固體潤(rùn)滑劑的附著不勻而使耐熱膠著性降低部分的潤(rùn)滑性。
本發(fā)明中使用的油成分，其閃點(diǎn)、熔點(diǎn)和粘度最好是特定的范圍。即，閃點(diǎn)在150-300℃為宜。對(duì)于強(qiáng)加工的冷塑性加工，加工后的金屬材料的平均溫度有時(shí)達(dá)到150℃以上，如果油成分的閃點(diǎn)在150℃以下，加工后產(chǎn)生大量的氣體，有著火的危險(xiǎn)。閃點(diǎn)超過300℃時(shí)，通常粘度高，熔點(diǎn)高，也不可取。熔點(diǎn)在-20～20℃為宜。熔點(diǎn)超過20℃時(shí)，水系潤(rùn)滑劑中的油的乳化性、再乳化性降低，處理液的穩(wěn)定性往往下降。熔點(diǎn)在-20℃以下的油成分一般具有閃點(diǎn)降低的傾向。另外，油成分在40℃下的粘度在5-100cSt為宜。粘度在5cSt以下時(shí)，通常閃點(diǎn)降低，加工后產(chǎn)生大量的氣體，有著火的危險(xiǎn)，并且因?yàn)楣腆w潤(rùn)滑粒子間的滑動(dòng)降低，有潤(rùn)滑性降低的傾向。另一方面，粘度超過100cSt時(shí)，水系潤(rùn)滑劑中的油的分散性、再分散性降低，有降低水系潤(rùn)滑劑的穩(wěn)定性的傾向。
作為礦物油，例如可舉出機(jī)油、透平油、錠子油等，作為動(dòng)植物油脂，例如可舉出棕櫚油、菜子油、椰子油、蓖麻油、牛脂、豬脂、鯨油、魚油等，作為合成油，例如可舉出酯油(例如，乙二醇、三甲醇丙烷等多元醇與硬脂酸、油酸等脂肪酸的酯)、硅油(例如，聚二甲基硅氧烷、聚二苯基硅氧烷)等。
本發(fā)明中使用的油成分是如上所述的礦物油、動(dòng)植物油脂或合成油的單獨(dú)一種或2種以上的組合，但作為油成分最好是滿足上述的閃點(diǎn)、熔點(diǎn)和粘度范圍。
另外，作為油成分的次要效果，可舉出以下的效果，即，在加溫下在金屬材料上涂敷本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合，通常在涂敷之前，用蒸汽加熱管加熱水系潤(rùn)滑劑，此時(shí)由于油成分的存在可以防止固體潤(rùn)滑劑向加熱管上附著。
(D)的表面活性劑，是用于在本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑中使上述油成分在水中均勻地乳化，同時(shí)，使固體潤(rùn)滑劑均勻地分散在水中。作為表面活性劑，可以使用非離子表面活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑和陽離子表面活性劑中的任一種。作為非離子表面活性劑，沒有特別的限制，例如可舉出由聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烷基苯基醚、聚乙二醇和高級(jí)脂肪酸(例如碳原子數(shù)12-18)構(gòu)成的聚氧乙烯烷基酯，由山梨糖醇酐和聚乙二醇(或者環(huán)氧乙烷)與高級(jí)脂肪酸(例如碳原子數(shù)12-18)構(gòu)成的聚氧乙烯山梨糖醇酐烷基酯等。作為陰離子表面活性劑，沒有特別限制，例如可舉出脂肪酸鹽、硫酸脂鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽、二硫代磷酸酯鹽等。作為兩性表面活性劑，沒有特別的限制，例如可舉出氨基酸型和甜菜堿型的羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽等。作為陽離子表面活性劑，沒有特別的限制，例如可舉出脂肪酸胺鹽、季銨鹽等。這些表面活性劑可以單獨(dú)使用，或者2種以上組合使用。
(E)的水是作為固體潤(rùn)滑劑的分散介質(zhì)，另外還作為使用表面活性劑使油成分均勻乳化時(shí)的介質(zhì)，此外還作為水溶性無機(jī)鹽的溶劑。
本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑，除上述的必須成分之外，也可以含有在通常的金屬冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑中含有的脂肪酸、高級(jí)醇等油性提高劑，氯系、硫系等耐特壓潤(rùn)滑油添加劑，消泡劑、防腐劑等。在本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑中，為了提高潤(rùn)滑性、防銹性，還可以含有膠體鈦化合物。作為膠體鈦化合物，例如可舉出用氫氧化鈉等中和硫酸與鈦的化合物或者磷酸與鈦的化合物而得到的白濁液。
在本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑中，固體潤(rùn)滑劑與水溶性無機(jī)鹽的重量比(B/A)必須是0.05/1-2/1，較好是0.1/1-1.5/1，最好是0.3/1-1.5/1。具體地說，可根據(jù)需要塑性加工的金屬材料的形狀、加工條件、加工裝置等條件進(jìn)行設(shè)定。該重量比是0.05/1以下時(shí)，所得到的被膜的潤(rùn)滑性降低，在金屬材料上發(fā)生咬住和熱膠著。另外，該重量比超過2/1時(shí)，所得被膜與基體的附著性和被膜的硬度降低，金屬材料表面上形成的干被膜在導(dǎo)入工具入口時(shí)容易脫溶，潤(rùn)滑性降低。
另外，相對(duì)于水溶性無機(jī)鹽和固體潤(rùn)滑劑的合計(jì)量，油成分的重量比(C/(A+B))必須是0.05/1-1/1，最好是0.1/1-0.8/1。若該重量比在0.05/1以下時(shí)，油成分在干燥時(shí)滲出到被膜表面的作用降低，顯著損害滲出的油成分彌補(bǔ)固體潤(rùn)滑劑附著不勻、耐熱膠著性降低部分的潤(rùn)滑性這種本發(fā)明水系潤(rùn)滑劑的主要效果。該重量比若超過1/1時(shí)，油分向被膜表面上滲出不成問題，但所得被膜不能形成堅(jiān)硬的固體被膜，因此潤(rùn)滑劑導(dǎo)入量降低，潤(rùn)滑性下降。
本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑中的(D)成分即表面活性劑的使用量，只要能達(dá)到使油成分在水中均勻乳化，同時(shí)使固體潤(rùn)滑劑在水中均勻分散的作用的最低量以上即可，沒有特別限制，但用量過多時(shí)，容易產(chǎn)生泡，而且不經(jīng)濟(jì)，通常以水系潤(rùn)滑劑中的0.2-5％(重量)濃度為宜。
對(duì)于本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑中的固形分[即A+B+C+D+任意固形分(＝上述的油性提高劑等任意添加成分的固形分)]濃度，沒有特別限制，在調(diào)制、流通、保存時(shí)以20-45％(重量)為宜，在使用時(shí)以5-45％(重量)為宜。
對(duì)于本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑的制造方法，也沒有特別限制，只要制成的水系潤(rùn)滑劑滿足上述條件就可以，通常是通過下述過程進(jìn)行制造，即，在使(A)水溶性無機(jī)鹽溶解于水中后再使(B)固體潤(rùn)滑劑均勻分散的液體中，添加用(D)表面活性劑使(C)油成分在水中均勻乳化的液體，進(jìn)行攪拌，使該體系中的固體潤(rùn)滑劑均勻分散、油成分均勻乳化。在進(jìn)行固體潤(rùn)滑劑的分散、油成分的乳化和最終攪拌時(shí)，為了得到均勻、微細(xì)乳化的分散液，最好使用高速攪拌器進(jìn)行強(qiáng)攪拌。
本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑，根據(jù)金屬材料的種類、冷塑性加工的種類、金屬材料的加工度，使用時(shí)可以用水稀釋。稀釋得到的水系潤(rùn)滑劑也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑可以用來作為對(duì)由鋼鐵、鈦或鈦合金、銅或銅合金、鋁或鋁合金等金屬構(gòu)成的管材、線材、棒材等材料進(jìn)行冷塑性加工(拔管、拔絲、鍛造等)時(shí)使用的潤(rùn)滑劑，特別是用來作為拉拔鋼管時(shí)使用的潤(rùn)滑劑。
在涂敷本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑之前，為了得到良好的結(jié)果，最好對(duì)要加工的金屬材料依次進(jìn)行脫脂(使用通常的堿脫脂劑)、水洗、酸洗(為了除去金屬材料的氧化皮，提高被膜的附著性，使用鹽酸等進(jìn)行)、水性的前處理。在沒有氧化皮附著的場(chǎng)合，不需要酸洗、水洗。這些前處理可按常規(guī)方法進(jìn)行。
利用浸漬、澆涂等方法在要加工的金屬材料上涂敷本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑。涂敷時(shí)的水系潤(rùn)滑劑的溫度沒有特別限制，一般是常溫-90℃，浸漬時(shí)的時(shí)間也沒有特別限制，一般進(jìn)行至金屬材料的溫度與液溫相同，例如5-10分鐘。涂敷后進(jìn)行軋液，然后用干燥爐等進(jìn)行干燥，不作特別限制，但通常在60-150℃干燥涂膜，形成干燥被膜。
干燥被膜的最佳厚度，隨金屬材料的加工形態(tài)、加工度、表面粗糙度等而不同，一般是1-50gm2，最好是5-40g/m2。干燥被膜的厚度過薄時(shí)，工具與金屬材料的接觸強(qiáng)烈，易引起熱膠著，過厚時(shí)，干燥被膜的大部分不能進(jìn)入加工面被排除，因此水系潤(rùn)滑劑的損失增大。
可以利用通常實(shí)施的方法進(jìn)行使用本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑時(shí)的金屬材料的塑性加工。
在進(jìn)行金屬材料的塑性加工時(shí)使用本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合，塑性加工后的殘留被膜的剝離是容易的。
在利用塑性加工進(jìn)行成形的場(chǎng)合，通常采用重復(fù)進(jìn)行潤(rùn)滑處理和塑性加工，逐步制造目的制品形狀的制作方法，此時(shí)如果將已加工硬化的金屬材料直接送到下一步塑性加工工序，加工負(fù)荷將會(huì)增大，甚至不能成形，因此要進(jìn)行退火，以使金屬材料軟化。若退火時(shí)殘存被膜，由于滑潤(rùn)劑中的成分會(huì)引起金屬材料的滲碳、滲硫、滲磷等，會(huì)損害金屬材料原有的耐蝕性和機(jī)械強(qiáng)度，這種情況是不利的。另外，在塑性加工后再次進(jìn)行潤(rùn)滑處理時(shí)，若殘留有以前的潤(rùn)滑被膜，則新形成的被膜的附著性低劣，也是不利的。
因此，通常在塑性加工后除去殘留的被膜，在以往的將化學(xué)被膜處理和反應(yīng)型皂處理組合而成的潤(rùn)滑體系中，殘留被膜的去除至少需要堿脫脂處理和酸洗(鹽酸酸洗和硫酸酸洗)處理。與此相反，在使用本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑的場(chǎng)合，通常僅用堿脫脂劑就可以除去殘留的被膜。作為這樣的堿脫脂劑，可以使用通常使用的產(chǎn)品，例如含有磷酸鈉、硅酸鈉、表面活性劑等的脫脂劑，具體地說，例如可以使用日本パ—カライジング(株)制造的フアインクリ—ナ—4360等。
本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理尚不十分清楚，據(jù)認(rèn)為，在金屬材料上涂敷本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑然后加熱干燥形成干燥被膜時(shí)，油成分成為乳濁液滲出到被膜的外圍部分，滲出的油成分彌補(bǔ)了干燥被膜附著較少的部分的潤(rùn)滑性。即，由于含有潤(rùn)滑輔助物質(zhì)作為水系潤(rùn)滑劑的一個(gè)成分，在干燥過程中滲出到被膜的外圍部分，從而減低拉模、芯棒、沖頭等工具與加工材料的摩擦，顯著地減低熱膠著現(xiàn)象。
另外，冷塑性加工后的殘留被膜的容易剝離的原因尚不十分清楚，據(jù)認(rèn)為，用堿脫脂劑容易剝離由水溶性無機(jī)鹽組成的被膜，因此附著在該被膜上的固體潤(rùn)滑劑和油成分也一起被除去。
以下通過實(shí)施例具體地說明本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑。
實(shí)施例1-16水系潤(rùn)滑劑的調(diào)制、涂敷和鋼管拉拔試驗(yàn)按表1所示的組成調(diào)制潤(rùn)滑劑。調(diào)制是在水中溶解水溶性無機(jī)鹽后，使固體潤(rùn)滑劑均勻分散，向所得液體中添加用表面活性劑使油成分均勻乳化的液體，進(jìn)行攪拌，使該體系中固體潤(rùn)滑劑均勻分散，油成分均勻乳化。使用高速攪拌器進(jìn)行上述的分散、乳化。
調(diào)制水系潤(rùn)滑劑時(shí)使用的原料，水溶性無機(jī)鹽都是試劑1級(jí)，硬脂酸鈣使用30％固形分的水分散液，PTFE使用60％固形分的水分散液，機(jī)油使用40℃的粘度是46mm2/s的機(jī)油，棕櫚油使用50℃的粘度是28mm2/s的精制棕櫚油，酯油使用50℃的粘度是64mm2/s的、聚三甲醇丙烷和月桂酸、油酸的二聚物的縮合酯。另外，表面活性劑使用聚氧乙烯烷基醚，添加量為潤(rùn)滑劑總量的1％(重量)。
接著，將調(diào)制成的水系潤(rùn)滑劑涂敷在碳鋼鋼管或者不銹鋼鋼管上，然后干燥，將所得到的具有干燥被膜的鋼管進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，根據(jù)管的內(nèi)表面和外表面的損傷發(fā)生狀況以及加工后的殘留被膜的脫膜性評(píng)價(jià)潤(rùn)滑劑的性能。
至于拉拔材料，對(duì)于碳鋼鋼管使用外徑25.4mm、壁厚3.0mm的STKM13A材料，對(duì)于不銹鋼鋼管使用外徑25.0mm、壁厚2.5mm的SUS304材料。
在涂敷水系潤(rùn)滑劑之前，將這些鋼管進(jìn)行以下的前處理工序。碳鋼鋼管依次進(jìn)行(1)-(4)的工序，不銹鋼鋼管依次進(jìn)行(1)和(2)的工序。
(1)脫脂堿脫脂劑日本パ—カライジング(株)制造的フアインクリ—ナ—4360，濃度20g/L，溫度60℃，浸漬時(shí)間10分鐘。
(2)水洗在常溫的自來水中浸漬(3)酸洗工業(yè)用鹽酸，濃度17.5％(重量)，溫度常溫，浸漬時(shí)間10分鐘(4)水洗在常溫的自來水中浸漬使處理液溫度達(dá)到50℃，利用浸漬進(jìn)行水系潤(rùn)滑劑的涂敷。處理后的干燥是將處理材料放入隧道式的干燥箱中，使用以煤油作為熱源的加熱器，在100-120℃的溫度進(jìn)行1小時(shí)。
拉拔試驗(yàn)使用鏈?zhǔn)降?0噸拉拔機(jī)，使用由超硬工具構(gòu)成的拉模[富士ダイス(株)制超硬拉模(KD型)]和芯棒[富士ダイス(株)制超硬芯棒(MB型)]，以拉拔速度17m/min進(jìn)行。STKM13A材料的面縮率(＝斷面收縮率)達(dá)到46％(拉拔后的外徑是20mm、壁厚是2mm)，SUS304材料的面縮率是43％(拉拔后的外徑是20mm、壁厚是1.75mm)。設(shè)加工前的斷面積為A0，加工后的斷面積為A1，面縮率用下式表示面縮率(％)＝(A0-A1)/A0×100目視觀察鋼管的內(nèi)表面和外表面的損傷發(fā)生狀況，按下面表示的4級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
◎毫無損傷發(fā)生，未看到精加工的不勻○沒有損傷發(fā)生，但看到精加工的不勻△看到有輕微的損傷發(fā)生×看到明顯的損傷發(fā)生在上述評(píng)價(jià)中，所謂損傷是指在管的內(nèi)表面或外表面上看到的波線上的熱膠著傷，所謂精加工的不勻是指在拉攏后的表面上光澤部分和無光澤部分混合存在，顯示光澤不同的狀態(tài)。
使用堿脫脂劑(日本パ—カライジング(株)制造的フアインクリ—ナ—4360，濃度20g/L)進(jìn)行加工后的殘留被膜的脫膜性試驗(yàn)(溫度60℃)，通過目視觀察堿脫脂后的鋼管，按以下的4級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
◎浸漬5分鐘，未能確認(rèn)被膜殘存○浸漬10分鐘，未能確認(rèn)被膜殘存△浸漬10分鐘，被膜仍殘存×浸漬10分鐘，被膜仍殘存拉拔試驗(yàn)的結(jié)果示于表1中。
比較例1-10除按照表2所示的組成外，與實(shí)施例1-16同樣操作，調(diào)制水系潤(rùn)滑劑，與實(shí)施例1-16同樣地進(jìn)行試驗(yàn)。
結(jié)果也示于表2中。在本發(fā)明的范圍以外，所有拉拔試驗(yàn)后鋼管的外表面和內(nèi)表面都發(fā)生損傷，或者加工后的殘留被膜的堿脫脂性有問題。
比較例11和12將與實(shí)施例1-16中使用的同種鋼管在表2在所示條件下進(jìn)行化學(xué)法表面處理和反應(yīng)型皂潤(rùn)滑處理。將得到的潤(rùn)滑處理鋼管進(jìn)行與實(shí)旋例1-16相同的拉拔試驗(yàn)。
結(jié)果示于表2中。雖未發(fā)生損傷和精加工不勻，但拉拔加工后的殘存被膜的脫膜性惡化。
實(shí)施例17-19水系潤(rùn)滑劑的調(diào)制、涂敷和鍛造試驗(yàn)除按照表3所示的組成以外，與實(shí)施例1-16同樣操作，調(diào)制水系潤(rùn)滑劑，將得到的水系潤(rùn)滑劑涂敷在碳鋼上，然后干燥，對(duì)所得到的具有干燥被膜的碳鋼進(jìn)行反向沖孔試驗(yàn)，根據(jù)良好的沖孔深度評(píng)價(jià)水系潤(rùn)滑劑的性能。
進(jìn)行反向沖孔試驗(yàn)的材料是市售的碳鋼S45C正火材料(硬度Hv180左右)，試片的形狀為，直徑φ30mm，高度16-40mm、以2mm間隔變化(13水準(zhǔn))。
通過浸漬、在水系潤(rùn)滑劑溫度為80℃的條件下涂敷水系潤(rùn)滑劑。涂敷液的干燥，使用熱風(fēng)循環(huán)式干燥爐、在90-100℃進(jìn)行1小時(shí)。
反向沖孔試驗(yàn)使用200噸曲柄式?jīng)_床，從安置在模具上、限制外周部的圓形試驗(yàn)片的上方進(jìn)行沖孔，得到杯狀成形物。調(diào)整沖床的不死點(diǎn)，使試片底部的殘留帶達(dá)到一定的10mm，根據(jù)試片高度，使加工部分的表面擴(kuò)大比提高那樣(形成更深的孔)進(jìn)行設(shè)定，根據(jù)在不引起熱膠著的情況下加工出的孔深度(良好的沖孔深度)評(píng)價(jià)水系潤(rùn)滑劑的性能。
模具材質(zhì)SKD11，試驗(yàn)片插入部分的直徑30.4mm。
沖頭材質(zhì)SKH53，平刃口凸臺(tái)直徑21.2mm。
面縮率50％加工速度30個(gè)沖程/分反向沖孔試驗(yàn)圖示于

圖1。
反應(yīng)沖孔試驗(yàn)的結(jié)果示于表3中。
表1實(shí)施例及其評(píng)價(jià)結(jié)果
表2比較例及其評(píng)估結(jié)果
表3鍛造試驗(yàn)的實(shí)施例及其評(píng)價(jià)結(jié)果
發(fā)明的效果使用本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑，在金屬材料的冷塑性加工中，以1個(gè)工序就能達(dá)到和以往的化學(xué)被膜/反應(yīng)型皂處理同等的潤(rùn)滑性，同時(shí)，能夠大大改善作業(yè)環(huán)境、處理液管理、廢棄物等問題。使用本發(fā)明的水系潤(rùn)滑劑進(jìn)行金屬材料的冷塑性加工時(shí)，加工后的殘留被膜的去除比化學(xué)被膜/反應(yīng)型皂處理更容易。
附圖的簡(jiǎn)單說明圖1是使用水系潤(rùn)滑劑進(jìn)行的碳鋼反向沖孔試驗(yàn)的示意圖。
權(quán)利要求
1.金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑，其特征是，由下列成分組成(A)水溶性無機(jī)鹽；(B)固體潤(rùn)滑劑；(C)選自礦物油、動(dòng)植物油脂和合成油中的至少一種油成分；(D)表面活性劑；(E)水；固體潤(rùn)滑劑和水溶性無機(jī)鹽的重量比(B/A)是0.05/1-21，相對(duì)于水溶性無機(jī)鹽和固體潤(rùn)滑劑的總量，油成分的重量比(C/(A+B))是0.05/1-1/1，固體潤(rùn)滑劑和油成分各自均勻分散和乳化。
2.權(quán)利要求1所述的金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑，其中，水溶性無機(jī)鹽是選自硼砂、四硼酸鉀和硫酸鈉中的至少一種。
3.權(quán)利要求1所述的金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑，其中，固體潤(rùn)滑劑是選自金屬皂和云母中的至少一種。
4.權(quán)利要求1所述的金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑，其中，相對(duì)于水溶性無機(jī)鹽和固體潤(rùn)滑劑的總量，油成分的重量比(C/(A+B))是0.1/1-0.8/1。
全文摘要
提供了金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑,該潤(rùn)滑劑是水系潤(rùn)滑劑,具有高的潤(rùn)滑性,可以代替將磷酸鹽處理和草酸鹽處理等化學(xué)被膜處理與反應(yīng)型皂處理組合而成的潤(rùn)滑系統(tǒng),沒有像上述潤(rùn)滑體系中的環(huán)境方面的問題,能以1個(gè)工序進(jìn)行處理,被膜剝離容易,即使以浸漬法大量處理加工材料也不引起因附著不勻而產(chǎn)生的耐熱膠著性降低。該金屬材料的冷塑性加工用水系潤(rùn)滑劑由下列成分組成:(A)水溶性無機(jī)鹽、(B)固體潤(rùn)滑劑、(C)選自礦物油、動(dòng)植物油脂和合成油中的至少一種油成分、(D)表面活性劑、以及(E)水,固體潤(rùn)滑劑和水溶性無機(jī)鹽的重量比(B/A)是0.05/1—2/1,相對(duì)于水溶性無機(jī)鹽和固體潤(rùn)滑劑的總量,油成分的重量比(C/(A+B))是0.05/1—1/1,固體潤(rùn)滑劑和油成分各自均勻分散和乳化。
文檔編號(hào)C10N40/24GK1171434SQ9711713
公開日1998年1月28日 申請(qǐng)日期1997年6月21日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月21日
發(fā)明者村田元治, 松村由男, 西澤嘉彥, 小山隆 申請(qǐng)人:日本帕卡瀨精株式會(huì)社