JP2000336387A - アルミニウム又はアルミニウム合金熱間加工用水系潤滑剤 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウム又はアルミニウム合金の熱間塑
性加工において、金型ではなく被加工物にのみ潤滑処理
するだけで、しかもアルミニウムに化成皮膜処理を別途
施さなくとも、密着性及び潤滑性に優れた熱間加工品を
効率よく製造し得るアルミニウム又はアルミニウム合金
の熱間加工用水系潤滑剤を提供する。 【解決手段】 固体潤滑剤を含むアルミニウム又はアル
ミニウム合金熱間加工用水系潤滑剤において、上記固体
潤滑剤の他に、アルミン酸塩、メタケイ酸塩、及びオル
トケイ酸塩よりなる群から選択される少なくとも１種の
水溶性無機化合物を含有する潤滑剤である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アルミニウム又は
アルミニウム合金の被加工物表面を潤滑処理し、鍛造、
押出し等の熱間加工するときに用いられる水系潤滑剤に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アルミニウム又はアルミニウム合
金（以下、単に「アルミニウム」と略記する場合があ
る）を鍛造等熱間加工する場合には、一般的に、固体潤
滑剤である黒鉛や二硫化モリブデン、窒化ホウ素等を
水、油、溶剤等に分散させた潤滑油を、予め金型にスプ
レー等により塗布してから加工していた。しかしなが
ら、この方法では、固体潤滑剤が粉塵となって周囲の環
境を汚染する他、特に固体潤滑剤として黒鉛を用いる場
合、黒鉛は通電性を有するため、黒鉛の飛散による漏電
や配管の腐食等が問題となっている。また、分散媒体で
ある油や溶剤は、高温にさらされると揮発し、燃焼等す
るため、極めて危険である。

【０００３】従って、かかる弊害を回避すべく、上記の
如く金型に潤滑処理するのではなく、被加工物に潤滑処
理する方法が提案されている。例えば特開平６−１９９
１号公報には、モリブデン酸のアルカリ金属塩及び／又
はタングステン酸のアルカリ金属塩と、固体潤滑剤を含
む水系潤滑剤が開示されている。この方法によれば、金
型に潤滑剤をスプレー等により塗布しなくとも、アルミ
ニウムの被加工物に予め潤滑剤を塗布しておけば加工す
ることができるため、従来法に比べ、金型に潤滑剤を塗
布する手間と時間を省略することができ、生産性が向上
するのみならず、潤滑剤の飛散による環境汚染の心配も
ないという利点も得られる。しかしながら、上記公報に
記載の潤滑剤を用いてアルミニウムを潤滑処理するに当
たっては、アルミニウムの被加工物表面にフッ化アルミ
ニウム等の化成皮膜を形成させる必要がある。ところ
が、上記化成被膜の形成には、フッ化亜鉛等の有害な薬
剤を使用する必要があること、化成皮膜工程を別途設け
なければならず製造工程が複雑になる等、環境面、製造
面、経済面における不具合が多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記事情に鑑
みてなされたものであり、その目的は、アルミニウム又
はアルミニウム合金の熱間塑性加工において、金型では
なく被加工物にのみ潤滑処理するだけで、しかもアルミ
ニウムに化成皮膜処理を別途施さなくとも、密着性及び
潤滑性に優れた熱間加工品を製造することのできる熱間
加工用水系潤滑剤を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決し得た本
発明のアルミニウム又はアルミニウム合金熱間加工用水
系潤滑剤は、固体潤滑剤を含むアルミニウム又はアルミ
ニウム合金熱間加工用水系潤滑剤において、上記固体潤
滑剤の他に、アルミン酸塩、メタケイ酸塩、及びオルト
ケイ酸塩よりなる群から選択される少なくとも１種の水
溶性無機化合物を含有するところに要旨を有するもので
ある。

【０００６】本発明において、上記無機化合物の添加量
を２〜２０重量％とすることは好ましい態様であり、こ
れにより、本発明潤滑剤をアルミニウムの被加工物表面
に、良好に塗工することができる。更に、上記固体潤滑
剤の添加量を５〜３０重量％とすることも、塗工性向上
に有効である。また、固体潤滑剤として黒鉛を使用すれ
ば、一層優れた潤滑性が得られるので推奨される。

【０００７】更に、上記潤滑剤が塗布されたアルミニウ
ム又はアルミニウム合金の加工品も本発明の範囲内に包
含される。

【０００８】また、本発明の潤滑材を用いれば、アルミ
ニウム又はアルミニウム合金を化成皮膜処理に付さずに
アルミニウム又はアルミニウム合金を熱間加工すること
ができることから、この様なアルミニウム又はアルミニ
ウム合金の熱間加工法も本発明の範囲内に包含される。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明者らは、金型ではなく被加
工物にのみ潤滑処理する水系潤滑剤であって、しかもア
ルミニウムに化成皮膜処理を別途施さなくとも、密着性
及び潤滑性に優れたアルミニウム熱間加工品を製造し得
る新規な水系潤滑剤を提供すべく鋭意検討してきた。従
来技術に掲げた潤滑剤は、「金型ではなく被加工物にの
み潤滑処理する水系潤滑剤である」点で、生産性を高
め、環境汚染の弊害もない等の効果が得られる反面、ア
ルミニウムを化成皮膜処理した後でなければ潤滑処理で
きないという不具合を抱えていたからである。その結
果、潤滑剤成分として、アルミン酸塩、メタケイ酸塩、
及びオルトケイ酸塩よりなる群から選択される少なくと
も１種の水溶性無機化合物を用いれば所期の目的を達成
し得ることを見出し、本発明を完成した。本発明の如
く、「被加工物にのみ潤滑処理する水系潤滑剤であっ
て、且つアルミニウムに化成皮膜処理を別途施さなくと
も、密着性及び潤滑性に優れた潤滑剤」を提供するとい
う課題のもとになされた発明は従来提案されておらず、
新規であり、本発明は、これらの課題を解決し得る潤滑
剤を提供することができたところに技術的意義が存在す
る。

【００１０】以下、本発明を構成する各要件について説
明する。

【００１１】上述した通り、本発明のアルミニウム又は
アルミニウム合金熱間加工用水系潤滑剤は、固体潤滑剤
を含むアルミニウム又はアルミニウム合金熱間加工用水
系潤滑剤において、アルミン酸塩、メタケイ酸塩、及び
オルトケイ酸塩よりなる群から選択される少なくとも１
種の水溶性無機化合物を含有するところに特徴がある。
即ち、アルミン酸塩、メタケイ酸塩、及びオルトケイ酸
塩よりなる水溶性塩群から選択される少なくとも１種の
無機化合物を含有する潤滑剤を使用すれば、「金型では
なく被加工物にのみ潤滑処理するだけで、しかもアルミ
ニウムに化成皮膜処理を別途施さなくとも」、密着性及
び潤滑性に優れたアルミニウムの加工品が得られるので
ある。

【００１２】上記水溶性無機化合物のうちアルミン酸塩
としてはアルミン酸のアルカリ金属塩（アルミン酸ナト
リウム、アルミン酸カリウム等）、アルカリ土類金属塩
（アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム
等）、Ｚｎ²⁺、Ｆｅ²⁺、ＮＨ⁴⁺などのアルミン酸塩が挙
げられ、水に可溶なものであれば本発明の範囲内に包含
される。このうち好ましいのはアルミン酸のアルカリ金
属塩である。

【００１３】また、上記メタケイ酸塩／オルトケイ酸塩
としては、アルミン酸塩の場合と同様、水溶性の塩であ
れば全て本発明の範囲内に包含される。具体的には、メ
タケイ酸塩として、メタケイ酸のアルカリ金属塩（例え
ばメタケイ酸ナトリウム、メタケイ酸カリウム等）等
が；上記オルトケイ酸塩として、オルトケイ酸のアルカ
リ金属塩（例えばオルトケイ酸ナトリウム、オルトケイ
酸カリウム等）等が挙げられ、いずれも、水に可溶なも
のであれば使用することができる。

【００１４】これらの水溶性無機化合物は夫々単独で使
用しても良いし、２種以上併用しても良い。

【００１５】また、上記水溶性無機化合物の含有量は、
本発明潤滑剤全重量に対し、２〜２０重量％が好まし
い。２重量％未満ではバインダーとしての性能が不足
し、被加工物との密着性が不十分になるからである。よ
り好ましくは３重量％以上、更により好ましくは５重量
％以上である。尚、２０重量％を超えると、被加工物表
面に形成される潤滑膜が厚くなり過ぎ、逆に素材表面か
ら剥がれ易くなってしまう。より好ましくは１２重量％
以下、更により好ましくは１０重量％以下である。

【００１６】上記の水溶性無機化合物を使用することに
より所望の特性が発揮される理由は詳細には不明である
が、以下の様に考えられる。上述した通り、本発明に用
いられる無機化合物はいずれも水に溶けて強塩基性を示
すものであり、その強い塩基性のため、該水溶液に浸漬
された被加工物のアルミニウムは表面が溶解する。その
際、アルミニウムと無機化合物が反応してアルミニウム
表面に強く結合することになる。この結合物は、焼成時
には強固な膜を形成するため、これが固体潤滑剤を強固
にアルミニウム表面に密着せしめることになり、潤滑性
の良好な膜が得られるものと思料される。この様な水溶
性無機化合物添加による作用を有効に発揮させるために
は、本発明潤滑剤の溶液のｐＨは、アルミニウム表面を
溶解し得るｐＨ（好ましくはｐＨ１１以上）であること
が推奨される。

【００１７】本発明の潤滑剤は、上記水溶性無機化合物
を含有するところに最重要ポイントが存在し、その他の
要件については、本発明の作用を損なわない範囲であれ
ば特に限定されないが、以下、好ましい態様につき説明
する。

【００１８】まず、固体潤滑剤は本発明潤滑剤の必須成
分であり、所望の潤滑作用を発揮させるには不可欠であ
る。本発明で用いられる固体潤滑剤としては、熱間塑性
加工時に、上記無機化合物と共にアルミニウムの被加工
物表面に広がって、該被加工物と金型が直接接触しない
ものであれば良く、通常用いられている黒鉛、二硫化モ
リブデン、窒化ホウ素、雲母類等が使用できる。このう
ち最も好ましいのは黒鉛である。その理由は詳細には不
明であるが、黒鉛は上記無機化合物との親和性が良好で
あること；種々の潤滑剤のなかでも特に黒鉛は層状結晶
格子を有しているため、潤滑性に極めて優れていること
等が考えられる。これに対し、他の潤滑剤である二硫化
モリブデンは熱間加工時における耐熱性に劣り、また、
窒化ホウ素は高価であるうえ、分散安定性が充分でな
く、更に雲母類は潤滑作用の点で面で若干劣っているた
め好ましくない。

【００１９】本発明に用いられる上記固体潤滑剤の含有
量は、本発明潤滑剤全重量に対し、５〜３０重量％が好
ましい。５重量％未満では、所望の潤滑性が得られない
ため焼付きが発生してしまう。より好ましくは１５重量
％以上である。但し、３０重量％を超えて添加しても潤
滑性向上作用は飽和してしまい不経済である他、分散性
に悪影響を及ぼす様になる。より好ましくは２５重量％
以下である。

【００２０】その他、本発明では、上記成分を水中に溶
解または分散させるために界面活性剤を含有しても良
い。本発明に用いられる界面活性剤は特に限定されず、
アニオン性、カチオン性、非イオン性のいずれの界面活
性剤も使用可能であり、本発明の作用を損なわない範囲
で１種または２種以上添加することができる。更に必要
に応じて、本発明潤滑剤の潤滑性や密着性を損なわない
範囲で既知の酸化防止剤、防腐剤、防食剤、安定剤等を
適宜添加しても良い。

【００２１】次に、本発明潤滑剤を用いてアルミニウム
の被加工物に塗布する方法について説明する。本発明に
用いられる塗布方法は特に限定されず、浸漬、スプレー
等、通常採用される方法が用いられる。尚、一般に、塗
布前にはアルミニウムを脱脂→水洗→酸洗→化成皮膜→
水洗する等の処理が施されるが、本発明潤滑剤を用いる
場合には、このなかの化成皮膜工程を省略することがで
きる点で、製造面、環境面、経済面等で極めて有用であ
る。

【００２２】また、浸漬して塗布する場合には、浸漬時
間を１〜１０分間にすることが推奨される。尚、塗布前
には、潤滑剤またはアルミニウムの被加工物を加熱して
おくことが好ましい。これは、加熱により被加工物と潤
滑剤の反応が促進され、該被加工物の最表面が浸食され
ることにより潤滑皮膜の形成が容易になるためと考えら
れる。本発明に用いられる潤滑剤は水系であるので、常
温〜９０℃付近まで加熱可能であるが、加熱し過ぎると
潤滑剤の寿命短縮を招く恐れがあることを考慮すれば、
加熱温度を約４０〜６０℃に制御することが推奨され
る。

【００２３】上記要領で本発明潤滑剤を被加工物のアル
ミニウム表面に塗布した後、適切な方法で水分を除去す
ることにより、該アルミニウム表面には、強固に密着し
た潤滑皮膜が形成される。従って、鍛造等の塑性加工時
には、金型へ潤滑処理を施さなくとも被加工物にのみ潤
滑処理するだけで、しかも、被加工物のアルミニウムに
化成皮膜処理を別途施さなくとも、密着性及び潤滑性に
優れた加工品を提供することができ、被加工物が大変形
する場合であっても良好な潤滑性を維持することができ
る点で有用である。

【００２４】以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述
べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものでは
なく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施する
ことは全て本発明の技術的範囲に包含される。

【００２５】

【実施例】１．潤滑性試験 表１に示す種々の固体潤滑剤を用い、以下の要領で潤滑
性を評価した。尚、本実施例に用いる固体潤滑剤のうち
黒鉛及び窒化ホウ素は、界面活性剤を用いて水中に分散
させたもの［日本黒鉛（株）製；黒鉛２５重量％，窒化
ホウ素２０重量％］を使用した。また、滑石（タルク）
は粉末試薬を使用し、アルミン酸ナトリウム、アルミン
酸カリウム、メタケイ酸ナトリウム、オルトケイ酸ナト
リウム、モリブデン酸ナトリウム、及びポリアクリル酸
ナトリウムは市販の試薬を使用した。

【００２６】潤滑性の評価にはリング圧縮試験を用い
た。具体的には、被加工材として、図１に示す形状のリ
ング圧縮試験用試験片（５０００系アルミニウム合金）
を用いた。まず、このリングをアセトン脱脂した後、室
温〜４０℃に加温した潤滑剤に所定時間浸漬し、潤滑剤
を表面に塗布してから風乾した。次いで、このリングを
加熱炉にて４５０℃に加熱し、試験片温度が４５０℃に
なってから５分保持した後、１５０℃に加熱したＳＫＤ
−６１材の面板で上下からはさみ、加圧して所定の加工
率になる様プレスし、このときの加工率と内径の減少率
を算出することにより潤滑性を評価した。また、圧下率
６０％における潤滑膜表面の状態を目視観察した。潤滑
性及び表面性状の評価基準を表２に示す。

【００２７】２．密着性試験 アルミ板（１０００系）を潤滑剤に浸漬し、表面に潤滑
剤を塗布した。風乾後、４５０℃の炉内で３０分焼成
し、大気中で放冷した。焼成後のアルミ板表面をスパー
テルなどで擦って下記基準で密着性を評価した： ○：スパーテルで擦っても容易に剥がれない，水中で超
音波洗浄しても完全に剥がれない； △：スパーテルで擦っても剥がれ難いが、水中で超音波
洗浄すると容易に剥がれる； ×：スパーテルで擦ると容易に剥がれる。

【００２８】得られた結果をまとめて表１および表２に
併記する。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表１および表２より以下の様に考察するこ
とができる。

【００３２】まず、Ｎｏ．１〜８、１６及び１７は本発
明の要件を満足する実施例であり、いずれも潤滑性及び
密着性が良好で、且つ表面状態にも優れている。

【００３３】これに対し、Ｎｏ．９〜１５は本発明で特
定するいずれかの要件を満足しないものであり、以下の
不具合を抱えている。

【００３４】このうちＮｏ．９は、アルミン酸ナトリウ
ムの添加量が多いため、潤滑性に劣るのみならず、密着
性にも劣っている。また、Ｎｏ．１０／１１はアルミン
酸ナトリウム／メタケイ酸ナトリウムの添加量が少ない
ため、潤滑性に劣っており、このうちＮｏ．１１は表面
性状も低下した。

【００３５】Ｎｏ．１２／１３は、本発明で特定する水
溶性無機化合物の代わりにモリブデン酸ナトリウム／ポ
リアクリル酸ナトリウムを用いた従来例であり、いずれ
も潤滑性及び密着性に劣るのみならず表面性状も低下し
た。

【００３６】また、Ｎｏ．１５は本発明で特定する水溶
性無機化合物を添加しない例であり、固体潤滑剤として
黒鉛を使用しているため、潤滑性は良好であるものの焼
き付けが見られた。

【００３７】

【発明の効果】本発明は上記の様に構成されているの
で、アルミニウム又はアルミニウム合金の熱間塑性加工
において、金型ではなく被加工物にのみ潤滑処理するだ
けで、しかもアルミニウムに化成皮膜処理を別途施さな
くとも、密着性及び潤滑性に優れた熱間加工品を効率よ
く製造することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】リング圧縮試験に用いた試験片の形状を示す概
略図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 125/26 Ｃ１０Ｍ 125/26 // Ｃ１０Ｎ 10:02 10:06 30:06 40:24 50:02 (72)発明者 金丸 信夫 神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会 社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 4H104 AA01Z AA04A AA13C AA19A AA21C AA24A AA26A FA01 FA02 FA03 FA06 LA03 LA20 PA26 PA33 QA01 QA08 QA12

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固体潤滑剤を含むアルミニウム又はアル
   ミニウム合金熱間加工用水系潤滑剤において、 上記固体潤滑剤の他に、アルミン酸塩、メタケイ酸塩、
   及びオルトケイ酸塩よりなる群から選択される少なくと
   も１種の水溶性無機化合物を含有することを特徴とする
   アルミニウム又はアルミニウム合金熱間加工用水系潤滑
   剤。
2. 【請求項２】 上記無機化合物を２〜２０重量％含有す
   るものである請求項１に記載の潤滑剤。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の潤滑剤が塗布
   されたものであることを特徴とするアルミニウム又はア
   ルミニウム合金の加工品。
4. 【請求項４】 アルミニウム又はアルミニウム合金を化
   成皮膜処理に付さずに、請求項１または２に記載の潤滑
   剤を用いてアルミニウム又はアルミニウム合金を熱間加
   工する方法。