CN113980716A - 金属加工油剂组合物和金属加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种抑制金属的溶出、防腐蚀性优异的金属加工油剂组合物、和使用该金属加工油剂组合物的金属加工方法。本发明的金属加工油剂组合物包含水包油型乳液，所述水包油型乳液是含有苯胺点为60℃以上且84℃以下的矿物油、和水而成的。
Description
技术领域
本发明涉及金属加工油剂组合物和金属加工方法。更详细而言，涉及抑制金属、特别是铜系或锌系金属的溶出且防腐蚀性优异的金属加工油剂组合物，和使用该金属加工油剂组合物的金属加工方法。
背景技术
切削加工、研削加工等金属加工领域中，使用水溶性的金属加工油剂组合物。水溶性的金属加工油剂组合物通常是根据目的配合基础油、表面活性剂、抗氧化剂、水等而成的，例如如冷却液那样，进一步在水中稀释使用的情况较多。因此，存在被加工材料容易腐蚀的问题。
因此，为了抑制被加工材料的腐蚀，以往在金属加工油剂组合物中配合防腐蚀剂。防腐蚀剂具有防止被加工材料的金属以离子形式溶出到金属加工油剂组合物中包含的水中的效果。专利文献1中公开了含有油溶性有机金属盐、苯并三唑、有机胺的防锈剂组合物作为防腐蚀成分。根据专利文献1，防锈剂组合物通过组合使用油溶性有机金属盐和苯并三唑，在维持因形成苯并三唑与金属的络合物而得到的牢固结合的同时，能够形成油溶性有机金属盐的多重防锈层，即使水稀释液中的防锈剂的含量为极少量，也发挥出优异的防腐蚀性能。并且，专利文献1的防锈剂组合物记载了不仅对铝纯度高的铝合金，而且对大量包含铜的铝压铸件那样的铝合金，也能够发挥出极其稳定的防腐蚀性能。
此外，水溶性的金属加工油剂组合物需要进行在废弃时去除冷却液中的有机物、金属成分等，制成基于各河川的条例的排水基准值以下的清洁水而排放的处理，排水处理方面形成较大负担。从这样的观点出发，专利文献2中，公开了含有苯胺点为85～110℃的矿物油或合成油、胺、有机酸、非离子表面活性剂的水溶性切削油剂。根据专利文献2，水溶性切削油剂的排水处理性良好，且能够减少设备的侵害。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第6286642号公报
专利文献2：日本专利第5916589号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上述那样，苯并三唑被用作防腐蚀剂，但存在的问题在于，示出防腐蚀效果的限定于特定的金属材料，特别是对黄铜未充分示出防腐蚀效果。此外，含有具有85℃以上的苯胺点的矿物油或合成油的金属加工油剂组合物存在乳化性、稳定性变差的问题。
本发明鉴于上述现有技术的现状而进行，其主要目的在于，提供抑制金属的溶出、防腐蚀性优异的金属加工油剂组合物、和使用该金属加工油剂组合物的金属加工方法。
用于解决问题的手段
本发明人为了解决上述课题而反复进行深入研究。其结果发现，金属加工油剂组合物通过包含苯胺点为特定的范围内的矿物油，能够抑制金属加工油剂组合物或金属加工油剂组合物的稀释液中的铜的溶出。本发明是基于这样的见解而完成的发明。
即，本发明的一个方式所涉及的金属加工油剂组合物包含水包油型乳液，所述水包油型乳液是含有苯胺点为60℃以上且84℃以下的矿物油、和水而成的。在此，苯胺点是指等容量的苯胺与烃或烃的混合物以均匀的溶液形式存在的最低温度，是指按照JIS K2256测定的值。
上述的金属加工油剂组合物中，上述矿物油可以包含硫元素的含量为0.2重量％以下的石蜡系矿物油。
上述的金属加工油剂组合物中，可以包含硫元素的含量为0.07重量％以下的环烷烃系矿物油。
本发明的一个方式所涉及的金属加工方法使用上述任一金属加工油剂组合物，对金属材料进行加工。
上述的金属加工方法中，上述金属材料可以为铜系金属材料或锌系金属材料。
发明效果
根据本发明，可以提供抑制金属的溶出、防腐蚀性优异的金属加工油剂组合物、和使用该金属加工油剂组合物的金属加工方法。
附图说明
图1是示出铜的溶出量与平均油滴直径的关系的图。
图2是示出锌的溶出量与平均油滴直径的关系的图。
具体实施方式
以下，针对本发明的实施方式详细进行说明。
本说明书中，在没有特别记载的情况下，含量或配合比例的单位“％”是指“重量％”。
1.金属加工油剂组合物
本发明的实施方式所涉及的金属加工油剂组合物包含水包油型乳液，所述水包油型乳液是含有苯胺点为60℃以上且84℃以下的矿物油、和水而成的。
以下，针对本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物的组成进行具体说明。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物作为基础油，包含苯胺点为60℃以上且84℃以下的矿物油。矿物油是具有各种化学结构的烃的混合物，根据主成分的烃，被分类为石蜡系矿物油、环烷烃系矿物油、芳族系矿物油，本发明中，优选使用石蜡系矿物油、环烷烃系矿物油，更优选使用石蜡系矿物油。矿物油可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。
针对本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物中的基础油的含量，例如以金属加工油剂组合物的总量为基准，优选将基础油的总量设为40％以上且85％以下。在该情况下，更有效地抑制金属的溶出，防腐蚀性提高，同时金属加工油剂组合物的稳定性提高。基础油的总量的下限更优选为45％、进一步优选为50％。基础油的总量的上限更优选为80％、进一步优选为75％。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物在不损害本发明的目的的范围内，可以适当含有其他基础油。作为其他基础油，可以为天然品、合成品中任一者，可以举出例如植物油、脂肪酸酯类等。金属加工油剂组合物除了基础油之外，作为油性成分，可以进一步包含例如脂肪酸类、脂肪酸缩合物质类等。
金属加工油剂组合物中包含除了基础油之外的油性成分的情况下，从进一步提高本申请发明的效果的观点出发，基础油的含量相对于油性成分的总量1质量份，优选基础油以总量计设为0.6质量份以上、更优选为0.7质量份以上、进一步优选为0.8质量份以上。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物中包含的矿物油如上述那样，满足苯胺点为60℃以上且84℃以下的条件。矿物油的苯胺点为上述的范围内的情况下，抑制金属加工油剂组合物或金属加工油剂组合物的稀释液中的金属(被加工材料)的溶出的效果得以显著发挥，能够发挥优异的防腐蚀效果，进一步能够防止金属加工油剂组合物的变色，同时能够提高金属加工油剂组合物的乳化性和稳定性。苯胺点的下限按顺序优选为65℃、70℃、80℃。从金属加工油剂组合物的乳化性和稳定性的观点出发，矿物油为环烷烃系矿物油的情况下，苯胺点的上限优选为70℃。
本实施方式中，矿物油中包含的杂质量优选为少，即矿物油的纯度优选为高。矿物油中包含的杂质量可以根据矿物油的种类而适当设定，例如矿物油为石蜡系矿物油的情况下，作为主要杂质的硫元素的含量以石蜡系矿物油的总量为基准，优选将硫元素设为0.2％以下。在该情况下，减少硫元素等杂质量，能够有效抑制金属的溶出。石蜡系矿物油中的硫元素的含量更优选为0.18％以下、进一步优选为0.16％以下。
例如，矿物油为环烷烃系矿物油的情况下，作为主要杂质的硫元素的含量以环烷烃系矿物油的总量为基准，优选将硫元素设为0.07％以下。在该情况下，能够减少硫元素等杂质量，有效地抑制金属的溶出。石蜡系矿物油中的硫元素的含量更优选为0.05％以下、进一步优选为0％。
本说明书中，矿物油中的硫元素等杂质可以通过荧光X射线分析(XRF)、电感耦合等离子体(ICP：Inductively Coupled Plasma)发射光谱分析等而测定。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物包含水。所使用的水可以为自来水、工业用水、离子交换水、蒸馏水等中的任一者，该水可以为硬水或软水。针对本发明的金属加工油剂组合物中的水的含量，通常以金属加工油剂组合物的总量为基准，可以将水的总量设为1％以上且5％以下。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物优选进一步含有表面活性剂。表面活性剂可以使用非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂等。其中，从分散性的观点出发，优选使用非离子表面活性剂。表面活性剂可以单独使用1种，此外可以任意组合使用2种以上。
作为非离子表面活性剂，可以举出例如甘油脂肪酸酯、山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧乙烯山梨糖醇酐脂肪酸酯、聚氧山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧化烯醚、聚氧化烯烷基醚等。其中，优选为聚氧化烯烷基醚。作为聚氧化烯烷基醚，可以举出例如聚氧化烯油基醚、聚氧化烯油基鲸蜡基醚、聚氧化烯月桂基醚等。作为聚氧化烯油基醚，可以举出例如聚氧乙烯油基醚。作为聚氧化烯月桂基醚，可以举出例如聚氧乙烯月桂基醚。
针对金属加工油剂组合物中的表面活性剂的含量，可以根据表面活性剂的种类、其他配合成分的种类、含量等而适当设定。例如，表面活性剂的含量以金属加工油剂组合物的总量为基准，优选将表面活性剂的总量设为0.01％以上且9.0％以下。在该情况下，将油滴直径调整为适当的范围内，提高金属加工油剂组合物的乳化稳定性，同时能够有效抑制金属的溶出。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物可以通过将上述的包含矿物油的基础油、水、和表面活性剂混合、搅拌，制备水包油型乳液而得到。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物可以根据需要而含有抗氧化剂、防锈剂、防腐蚀剂、防腐剂、消泡剂、和极压添加剂等各种添加物。
作为抗氧化剂，可以举出胺系抗氧化剂、酚系抗氧化剂、二烷基二硫代磷酸锌、二烯丙基二硫代磷酸锌、有机硫化物等。抗氧化剂可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。在包含抗氧化剂的情况下，其含量以金属加工油剂组合物的总量为基准，可以将抗氧化剂的总量设为通常1％以上且10％以下。
作为防锈剂，可以举出有机胺、碳原子数6～36的脂肪族单羧酸和二羧酸与其酰胺、碳原子数6～36的烯基丁二酸与其酰胺、芳族羧酸、苯并三唑等。防锈剂可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。在包含防锈剂的情况下，其含量以金属加工油剂组合物的总量为基准，可以将防锈剂的总量设为通常0.01％以上且3％以下。
作为防腐蚀剂，可以举出磷酸酯、烷基膦酸、偏硅酸钠等。防腐蚀剂可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。在包含防腐蚀剂的情况下，其含量以金属加工油剂组合物的总量为基准，可以将防腐蚀剂的总量设为通常1％以上且5％以下。
作为防腐剂，可以举出三嗪系化合物、噻唑啉系化合物、酚系化合物等。防腐剂可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。在包含防腐剂的情况下，其含量以金属加工油剂组合物的总量为基准，可以将防腐剂的总量设为通常0.001％以上且3％以下。
作为消泡剂，可以举出分子量100～1,000的聚有机硅氧烷等。消泡剂可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。在包含消泡剂的情况下，其含量以金属加工油剂组合物的总量为基准，可以将消泡剂的总量设为通常0.001％以上且1％以下。
作为极压添加剂，可以举出铅皂、硫化脂肪酸等硫化合物、氯化石蜡等氯化合物、磷化合物等。极压添加剂可以单独使用1种，也可以混合使用2种以上。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物为水溶性状，可以直接用于金属材料的加工。此外，也可以将本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物作为原液，进一步制成用水等稀释剂稀释而得到的冷却剂(coolant，冷却剂)，用于金属材料的加工。
在将本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物用稀释剂稀释而使用的情况下，稀释倍率只要根据金属加工油剂组合物的组成和金属加工时要求的性能而适当调整即可。稀释使用的情况下，通常稀释为1.5倍以上且100倍以下而使用。从进一步提高本发明的效果、提高加工特性的观点出发，优选为5倍以上且50倍以下、更优选为10倍以上且30倍以下。
使用时的本发明的金属加工油剂组合物的pH优选为8.0以上且9.0以下、更优选为8.2以上且8.9以下。如果金属加工油剂组合物的水稀释液的pH为上述范围，则金属的溶出抑制效果优异，提高防腐蚀性，同时有效防止水稀释液的腐败。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物的平均油滴直径优选为90nm以上且350nm以下。如果金属加工油剂组合物的平均油滴直径为上述的范围内，则抑制金属加工油剂组合物或金属加工油剂组合物的稀释液中的金属(被加工材料)的溶出的效果得以发挥，且提高油性成分的稳定性。
本实施方式所涉及的金属加工油剂组合物可以用于金属材料的切削、研削、研磨和切断等加工。作为设为加工对象的金属的种类，可以举出例如镍铬铁耐热合金、钛、钛合金、铝、铝合金、镁、镁合金、铜、铜合金等非铁金属和其合金等。特别地，在对容易腐蚀、利用以往的防腐蚀剂、防锈剂的防腐蚀效果低的黄铜等铜系金属、锌系金属、其合金应用本发明的金属加工油剂组合物的情况下，良好地发挥金属的溶出抑制效果。
2.金属加工方法
本发明的实施方式所涉及的金属加工方法使用上述的实施方式所涉及的金属加工油剂组合物，对金属材料进行加工。作为金属材料的加工，可以举出切削、研削、研磨和切断。在将金属加工油剂组合物对加工点例如以液体状或雾状供给的情况下，能够发挥金属材料向金属加工油剂组合物中的溶出抑制效果，提高防腐蚀性。
作为设为加工对象的金属的种类，可以举出例如上述金属等。特别地，对容易腐蚀、利用以往的防腐蚀剂、防锈剂的防腐蚀效果低的黄铜等铜系金属、锌系金属、其合金应用本发明的金属加工方法的情况下，能良好地发挥金属的溶出抑制效果，故而优选。
实施例
以下，基于实施例和比较例进一步具体说明本发明，但本发明不意图限定于这些实施例。
[实施例1]
＜金属加工油剂组合物的制备＞
作为矿物油，使用下述表1中示出物性值的矿物油A(环烷烃系矿物油)。针对矿物油的组成，使用荧光X射线分析装置(“EDX-8100”(株式会社岛津制作所制))进行分析。这些分析结果一并记载于表1中。具体而言，对成为主要杂质的S、Ag、Hf的含量进行分析，通过减去这些杂质含量，将剩余量作为树脂而算出。
【表1】
按照下述表2中示出的组成和下述表3中示出的表面活性剂的组成，制备实施例1的金属加工油剂组合物。
针对表3中示出的表面活性剂，如下所述。
·表面活性剂A：聚氧化烯月桂基醚
·表面活性剂B：聚氧化烯油基鲸蜡基醚
·表面活性剂C：聚氧乙烯油基醚
·表面活性剂D：聚氧化烯月桂基醚
金属加工油剂组合物的制备方法没有特别限制，在室温下，依次投入各成分，通过一般的搅拌方法适当搅拌，由此制备。
【表2】
【表3】
[实施例2～4]
将表面活性剂的配合比率设为表3中示出那样，除此之外，以与实施例1相同的方式，制备实施例2～4的金属加工油剂组合物。
[实施例5～8]
作为矿物油，使用上述表1中示出的矿物油B(石蜡系矿物油)，将表面活性剂的配合比率设为表3中示出那样，除此之外，以与实施例1相同的方式，制备实施例5～8的金属加工油剂组合物。
[比较例1～4]
作为矿物油，使用上述表1中示出的矿物油C(环烷烃系矿物油)，将表面活性剂的配合比率设为表3中示出那样，除此之外，以与实施例1相同的方式，制备比较例1～4的金属加工油剂组合物。
＜油滴直径的测定＞
针对制备后的各试验液，测定金属加工油剂组合物的平均油滴直径。平均油滴直径的测定使用利用动态光散射(光子相关法)的粒径测定装置(“ELSZ-1000”(大塚电子株式会社制))而进行。实施例1～8和比较例1～4的测定结果一并记载于上述表3中。
＜金属溶出抑制试验＞
作为试验液，使用将上述表2的试样原液用水稀释至5％、将pH调节至8.85附近的试验液。在上述实施例和比较例的各水稀释液20g中，添加黄铜的研削粉5g，在50℃下静置一周后，使用滤纸进行过滤，将滤液中的铜和锌浓度各自通过原子吸光光度计而测定。将该滤液中的铜和锌浓度(mg/L)各自记作铜和锌的溶出量(mg/L)。溶出量的测定使用利用原子吸光法的原子吸光分光光度计(“AA240FS”(安捷伦科技公司制))而进行。将实施例1～8和比较例1～4的试验结果示于下述表4中。
基于表3和表4，制作图1和图2。图1是示出铜的溶出量与平均油滴直径的关系的图。图1的纵轴示出铜的溶出量(单位为mg/L)，横轴示出平均油滴直径(单位为nm)。图2是示出锌的溶出量与平均油滴直径的关系的图。图2的纵轴示出锌的溶出量(单位为mg/L)，横轴示出平均油滴直径(单位为nm)。
【表4】
根据上述表4、图1和图2可知，金属加工油剂组合物中的矿物油的苯胺点为60℃以上且84℃以下的范围内的实施例1～8的试验液中，金属加工油剂组合物的稀释液中的铜和锌各自的溶出量减少。与此相对地，金属加工油剂组合物所涉及的矿物油的苯胺点为60℃以上且84℃以下的范围外的比较例1～4的试验液中，无法充分得到铜和锌各自的溶出抑制效果。
根据图1和图2可知，如果平均油滴直径增加，则铜和锌各自的溶出量减少。如果针对平均油滴直径近似的进行对比，则铜和锌均按矿物油C、矿物油A、矿物油B的顺序溶出量减少。据此可知，与环烷烃系矿物油相比，石蜡系矿物油的一方的金属的溶出抑制效果更优异，如果是相同种类的环烷烃系矿物油，则苯胺点高的一方的金属的溶出抑制效果更优异。矿物油的苯胺点的下限按顺序优选为65℃、70℃、80℃。环烷烃系矿物油的情况下，苯胺点优选为70℃以下。
此外可知，与矿物油C相比，使用矿物油A的情况中，铜和锌均溶出量减少，因此通过减少相同种类的环烷烃系矿物油中的杂质，有效抑制金属的溶出。环烷烃系矿物油中的硫元素的含量优选设为0.07重量％以下。此外，矿物油B中，也有效抑制金属的溶出，因此石蜡系矿物油中的硫元素的含量优选设为0.2重量％以下。
Claims (5)
1.一种金属加工油剂组合物，其包含水包油型乳液，所述水包油型乳液是含有苯胺点为60℃以上且84℃以下的矿物油、和水而成的。
2.根据权利要求1所述的金属加工油剂组合物，其中，所述矿物油包含硫元素的含量为0.2重量％以下的石蜡系矿物油。
3.根据权利要求1或2所述的金属加工油剂组合物，其中，所述矿物油包含硫元素的含量为0.07重量％以下的环烷烃系矿物油。
4.一种金属加工方法，其中，使用权利要求1所述的金属加工油剂组合物对金属材料进行加工。
5.根据权利要求4所述的金属加工方法，其中，所述金属材料为铜系金属材料或锌系金属材料。
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