JP2005320363A - 金属加工用潤滑剤、金属加工用固形潤滑膜の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 皮膜形成プロセスが簡易である水ベース系の一液処理型であって、化成処理皮膜と同等の固形膜を形成できる金属加工用潤滑剤と、これを用いて固形潤滑膜を簡易に形成する方法とを提供する。
【解決手段】 蒸発性のベース液中に多塩基酸と炭素数１０以上のアルコールとを含有させた金属加工用潤滑剤。この金属加工用潤滑剤を被加工材たる金属の表面に塗布し、ベース液を蒸発させて、（１）金属表面にミクロな凹凸を形成させ、（２）多塩基酸とアルコールとの会合体を形成させ、更に、（３）この会合体を含有する高密着性の固形潤滑膜を完成させる、金属加工用固形潤滑膜の形成方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、金属加工用潤滑剤と、金属加工用固形潤滑膜の形成方法とに関する。更に詳しくは、本発明は、ベース液（水）に二塩基酸以上の多塩基酸と高級アルコールとを含有させると言う簡易な組成からなる新規タイプの一液処理型金属加工用潤滑剤と、これを用いて簡単なプロセスにより化成処理皮膜と同等の良好な金属加工用固形潤滑膜を形成する方法とに関する。

従来、金属塑性加工等の金属加工において、被加工材である金属と加工用金型との摩擦抵抗を低減させたり、両者間の焼付きを防止したりする目的で、被加工材の表面に潤滑膜を形成させることが行われている。このような金属加工用潤滑膜は、その性状及び形成プロセスから、化成皮膜型と油性型とに大別することができる。

一般論として述べれば、化成皮膜型は強固な固形膜が得られるため、強い衝撃や高い加圧等を伴う過酷な金属加工、例えば冷間鍛造加工やマイプレス加工等に好適であると言うメリットの反面、成膜プロセスが煩雑で、金属加工の現場における作業効率を低下させたり、作業コストを上昇させたりすると言うデメリットがある。一方、油性型では潤滑膜の機械的な強度は余り期待できないが、油性のベース剤を金属表面に塗布するだけで良いから、作業効率は良かった。

これらの従来技術を以下に更に詳しく説明する。化成皮膜型の代表的な技術は次のようなものである。即ち、被加工材を第一リン酸亜鉛液槽に浸漬し、遊離するリン酸を金属表面と反応させると共に、第三リン酸亜鉛を表面に析出させ、このリン酸塩皮膜上に、更にステアリン酸ソーダ等の反応性石鹸液への浸漬によって金属石鹸皮膜層を形成させると言う方法である。このような処理によって、加工用金型と被加工材との焼付き防止等の加工性能に優れた良好な固形皮膜を形成することができる。

一方、油性型の潤滑剤も従来から多種類のものが使用されており、例えば下記の特許文献１や特許文献２に示されるような一液処理型の金属加工用潤滑剤が提案されて来た。

特開昭５１−２６６７５号公報 上記の特許文献１に開示された冷間加工用酸性潤滑剤の発明においては、リン酸と一定の高級アルコールとを予め加熱反応させ、そこで得られた反応生成物に対して、鉱油（パラフィン系又はナフテン系の原油生成物やその誘導体等）と、炭素数１２〜２２の飽和脂肪酸と、パラフィンやワックスや樹脂類等から選択される１種以上の油性物質を添加し、これをアルカリでｐＨ調整している。

特開昭６３−２６４６９８公報 上記の特許文献２に開示された金属加工用潤滑油組成物及びその製造法の発明においては、鉱油、合成油又はこれらの混合油と、りん酸エステルと正りん酸との会合体とを含有する金属加工用潤滑油組成物が開示されている。又、その製造法として、上記の鉱油、合成油又はこれらの混合油に所定の濃度にりん酸エステルと正りん酸を配合し、８０°Ｃ以上に加熱して上記の会合体を形成することが記載されている。

しかし、前記した化成皮膜処理法は、鉄材を第一リン酸亜鉛液に浸漬させ、第三リン酸亜鉛を定着させる工程、更にその上に金属石けん皮膜を形成させる工程、等の多数の工程を要するため、プロセスが煩雑であり、その他にも管理上の煩雑さ、作業性の悪さ等の面で種々の不具合があった。

これに対して、油膜形成型の技術では、一液処理型であって、金属表面に潤滑剤を塗布するだけであるため、プロセスが著しく簡易化される。しかしながら、前記したように、潤滑膜の機械的強度は余り期待できないので、過酷な加工には耐えることができない。ベース油の発煙等の問題もあった。

更に上記の特許文献１や特許文献２に開示された発明においては、りん酸と高級アルコールを事前に加熱処理させ、アルカリでｐＨを調整したり、りん酸エステルと正りん酸との会合体を含有させたりしたことにより、その潤滑性能を改善できた、としている。

しかし、りん酸と高級アルコールを事前に加熱処理させ、アルカリでｐＨを調整したものや、りん酸エステルと正りん酸との会合体は、ベースである鉱油や合成油中に分散溶解しているに過ぎず、潤滑性能の改善効果は限定的である。そして、鉱油や合成油等をベースにしている点では従来型の油性型潤滑剤と変わりがないため、形成される潤滑膜は基本的に油膜である。従って、皮膜としての機械的強度、耐熱性、金属密着性等の点で化成皮膜よりも大きく劣るため、過酷な加工には使用し難い。

又、りん酸と高級アルコールを事前に加熱処理させ、アルカリでｐＨを調整したものの生成や、りん酸エステルと正りん酸との会合体の形成のために、加熱処理工程と言う余分な工程を付加している。ベース油である鉱油や合成油等の発煙等の問題もあり得る。

そこで本発明は、皮膜形成のプロセスが簡易である水ベース型の一液処理型潤滑剤であって、しかも油膜ではなく、前記した化成処理皮膜と見劣りしない強固で金属密着性の優れた固形膜を形成できる金属加工用潤滑剤と、この金属加工用潤滑剤を用いて金属加工用の固形潤滑膜を簡易に形成する方法とを提供することを、解決すべき課題とする。

（第１発明の構成）
上記課題を解決するための本願第１発明の構成は、蒸発性のベース液たる水中に、二塩基酸以上の多塩基酸と、炭素数１０以上の炭素鎖を持つアルコールとを含有させた、金属加工用潤滑剤である。

（第２発明の構成）
上記課題を解決するための本願第２発明の構成は、前記第１発明に係るベース液に、更に脂肪酸アミドを含有させた、金属加工用潤滑剤である。

（第３発明の構成）
上記課題を解決するための本願第３発明の構成は、前記第１発明又は第２発明に係る多塩基酸とアルコールが、あるいは更に脂肪酸アミドが、界面活性剤を用いてベース液中に分散又は溶解されている、金属加工用潤滑剤である。

（第４発明の構成）
上記課題を解決するための本願第４発明の構成は、前記第１発明〜第３発明のいずれかに係る金属加工用潤滑剤における二塩基酸以上の多塩基酸の含有濃度が０．５〜３０重量％の範囲内であり、アルコールの含有濃度が１〜２０重量％の範囲内である、金属加工用潤滑剤である。

（第５発明の構成）
上記課題を解決するための本願第５発明の構成は、前記第１発明〜第４発明のいずれかに係る二塩基酸以上の多塩基酸が、リン酸又はジカルボン酸のいずれか１種以上である、金属加工用潤滑剤である
（第６発明の構成）
上記課題を解決するための本願第６発明の構成は、前記前記第１発明〜第５発明のいずれかに係るアルコールが飽和炭素鎖を持ち、又は２個以下の不飽和結合を含む炭素鎖を持つ、金属加工用潤滑剤である。

（第７発明の構成）
上記課題を解決するための本願第７発明の構成は、前記第１発明〜第６発明のいずれかに係る金属加工用潤滑剤を被加工材たる金属の表面に塗布し、前記ベース液を蒸発させて以下の（１）〜（３）の作用を発現させる、金属加工用固形潤滑膜の形成方法である。
（１）金属表面において二塩基酸以上の多塩基酸と金属との塩形成反応を起こさせ、かつ金属表面にミクロな凹凸を形成させる。
（２）二塩基酸以上の多塩基酸とアルコールとの高濃度化に基づき、両者間にエステル結合に到らない状態の会合体を形成させる。
（３）ベース液の十分な蒸発により、前記会合体を含有する高密着性の固形潤滑膜を完成させる。

（第８発明の構成）
上記課題を解決するための本願第８発明の構成は、前記第７発明に係る金属加工用潤滑剤のベース液たる水を金属の表面に塗布した後、４０°Ｃ〜１５０°Ｃの範囲内で加熱して前記ベース液の蒸発を促進する、金属加工用固形潤滑膜の形成方法である。

（第１発明の効果）
第１発明の金属加工用潤滑剤は、蒸発性のベース液たる水と、二塩基酸以上の多塩基酸と、炭素数１０以上の炭素鎖を持つアルコールとからなる一液処理型の潤滑剤であり、金属表面に塗布してベース液を蒸発させるだけで良いので、成膜プロセスが簡易である。

しかも第１発明の金属加工用潤滑剤は、図１に基づいて説明する以下の作用・効果がある。即ち図１（ａ）に示すように、使用前の状態における金属加工用潤滑剤１は、蒸発性のベース液２中に、余り高くない濃度で、二塩基酸以上の多塩基酸３と、炭素数１０以上の炭素鎖を持つアルコール４とを含有している。

この金属加工用潤滑剤１を、図１（ｂ）に示すように被加工材たる金属５の表面に塗布し、ベース液２を蒸発させていくと、その過程で多塩基酸３とアルコール４は著しく濃縮されて、一定の会合体（もしくは、会合体に類似するもの）を形成することが分かった。

水をベース液とする金属加工用潤滑剤中においては、リン酸は水に捕らえられているために、アルコールとの会合体は形成していないと考えられる。しかし、金属加工用潤滑剤を金属の表面に塗布して、ベース液たる水を蒸発させる過程において次第にアルコールとの接触が容易となり、上記の会合体を形成してゆくと考えられる。

詳細なデータの提示は控えるが、本願発明者によるリン酸（多塩基酸）とアルコールとの作用機構の検討過程において、赤外吸光分析ではリン酸エステルとほぼ同様のピークが認められる一方で、Ｈ−ＮＭＲにおいてはリン酸の−ＯＨ基に起因するプロトンは低磁場側へシフトし、アルコールの−ＯＨ基に起因するプロトンは高磁場側へシフトしていることが判明した。更に、この会合体と推定されるものの強酸価測定においてはリン酸と同じ酸価を示した。

以上の点から、リン酸とアルコールとが、エステル形成に到っていないが、親和性を有する結合状態、即ち下記の「化１」として推定されるような会合体の状態にあることが示唆される。この会合体は、前記の特許文献２に開示されたりん酸エステルと正りん酸との会合体とは異なる。

そして図１（ｃ）に示すように、ベース液２は最終的に全て蒸発し、固形皮膜６が形成される。この固形皮膜６は、上記の会合体を形成している多塩基酸３とアルコール４からなり、過酷な金属加工に耐える強固な固形皮膜であって、油膜ではない。従って当然ながら、ベース油の発煙等の問題も起こらないし、いわゆる油膜ハジキの問題も起こらない。

更に、第１発明の金属加工用潤滑剤は、酸として二塩基酸以上の多塩基酸を用いる。このために、多塩基酸が上記の会合体の形成に関与する一方で、被加工材たる金属の表面と反応して、図１（ｃ）に示すように、金属５の表面にミクロな凹凸７、７、・・・を形成する（ミクロプール作用）。その結果、ミクロな凹凸７、７、・・・に噛み込んだ状態で固形皮膜６が形成されるので、固形皮膜６の金属表面に対する密着性が優れている。

アルコールとして炭素数１０未満の炭素鎖を持つアルコールを用いた場合、固形皮膜がやや柔らかくなり、その強固さが不足する恐れがある。

なお、金属加工用潤滑剤のベース液たる水は引火性がないため、金属加工用潤滑剤を被加工材たる金属の表面に塗布した後、加熱して水の蒸発を促進することにより、プロセスを効率化することができる。

（第２発明の効果）
金属加工用潤滑剤のベース液に、更に脂肪酸アミドを含有させることにより、界面活性剤による高級アルコールの液分散性を良好にし、金属と多塩基酸が反応して多塩基酸の塩を形成し遊離脱落するのを防ぐ。又、金属表面の反応ムラを抑制し、加工後の仕上がり肌を向上させると言う効果を得ることができる。

（第３発明の効果）
金属加工用潤滑剤のベース液に含有させる多塩基酸やアルコールあるいは更に脂肪酸アミドは、界面活性剤を用いてベース液中に分散又は溶解させることが、それらの含有状態を安定化させ、金属加工用潤滑剤の性状を安定化させる上で、より好ましい。

（第４発明の効果）
金属加工用潤滑剤に含有させる多塩基酸とアルコールとは、上記のように成膜前に十分に濃縮されるので、ベース液中においては、濃度が薄くても構わない。金属加工用潤滑剤におけるこれらの成分の含有濃度は、第５発明に規定するような範囲のものとすることができる。このような範囲であると、金属加工用潤滑剤の流動性が塗布に適した程度に保たれ、ベース液の蒸発に過剰な時間を要すると言う不具合も回避できる。

（第５発明の効果）
ベース液に含有される二塩基酸以上の多塩基酸の種類は特段に限定されないが耐腐食性、金属表面定着性、高級アルコールとの親和性等の理由から、例えば、燐酸、ジカルボン酸のいずれか１種類以上が特に望ましい。特に好ましいジカルボン酸として、蓚酸を例示することができる。

（第６発明の効果）
炭素数１０以上の炭素鎖を持つアルコールの内でも、２個以下の不飽和結合を含む炭素鎖を持つアルコールが好ましく、飽和炭素鎖を持つアルコールが特に好ましい。このような条件に該当しないアルコールを用いると、常温域では固化し難く、良好な皮膜の形成がなされない恐れがある。

（第７発明の効果）
第５発明の金属加工用固形潤滑膜の形成方法によれば、前記いずれかの金属加工用潤滑剤を金属表面に塗布し、ベース液を蒸発させるので、（１）金属表面において多塩基酸と金属との反応によりミクロな凹凸を形成させることができ、次に（２）多塩基酸とアルコールとの高濃度化に基づき、両者間にエステル結合に到らない状態の会合体を形成させることができ、かつ（３）ベース液の十分な蒸発により、前記会合体を含有する高密着性の固形潤滑膜を完成させることができる。

その結果、成膜プロセスが簡易となり、ベース液の蒸発と会合体の形成により油膜ではなく強固な固形皮膜を形成でき、ベース油の発煙等の問題を回避でき、金属表面におけるミクロな凹凸の形成により固形皮膜の金属表面に対する密着性も十分に確保できる。

なお、
（第８発明の効果）
金属加工用潤滑剤のベース液たる水は、加熱によりその蒸発を促進することができるが、この加熱の温度域は、水の蒸発速度の問題及び液粘度の上昇による塗膜量の増加を防ぐ目的から５０°Ｃ以上であることが好ましく、成分の分散安定性を維持し、安定した液性状を保持する観点から、１５０°Ｃ以下であることが好ましい。

次に、本願の第１発明〜第８発明を実施するための形態を、その最良の形態を含めて説明する。以下において、単に「本発明」と言う時は、本願の各発明を一括して指している。

〔金属加工用潤滑剤〕
本発明に係る金属加工用潤滑剤は、蒸発性のベース液たる水に、少なくとも二塩基酸以上の多塩基酸と炭素数１０以上のアルコールとを含有させたものである。好ましくは、更に脂肪酸アミドを含有させたものである。これらは、界面活性剤を用いて安定的に溶解又は分散させることができる。

なお、金属加工用潤滑剤における上記の多塩基酸、アルコール及び脂肪酸アミドの合計含有量は、塗布性の考慮から常温で流体であることが望まれる点等から、５０重量％以下であることが好ましい。

この金属加工用潤滑剤は、上記の成分以外にも、金属に対する過剰腐食の抑制や劣化の抑制を目的として、公知の各種の腐食抑制剤や酸化防止剤を含有させることができる。その他にも、本発明の効果を阻害しない限りにおいて、この種の潤滑剤に含有させることがある各種の成分、例えば液性状安定化を目的とする流動点降下剤や、清浄分散剤等を含有させることができる。更に、防錆性や皮膜の物性を向上させるためのワックス類（パラフィンワックス、酸化パラフィンワックス、蜜蝋、石蝋、木蝋、カルナバ蝋等）、動植物油脂類又はその誘導体、各種の防錆用添加剤等を含有させることができる。

〔多塩基酸〕
本発明において用いる多塩基酸は、二塩基酸以上のものである限りにおいて、特段に限定されない。特に好ましい多塩基酸として、リン酸、ジカルボン酸又はトリカルボン酸を例示することができ、このうち、リン酸及び蓚酸がとりわけ好ましい。リン酸としては、五酸化二燐、正燐酸、ポリ燐酸、メタ燐酸等を例示することができる。

金属加工用潤滑剤中に含有させる多塩基酸の濃度は限定されないが、一般的には、０．５〜３０重量％の範囲内が好ましく、特に１〜２０重量％の範囲内が好ましい。多塩基酸がリン酸である場合、金属加工用潤滑剤中におけるその含有濃度は、０．５〜１５重量％の範囲内が好ましく、特に１〜１０重量％の範囲内が好ましい。

多塩基酸（あるいはリン酸）の含有濃度が上記の数値範囲の下限側を逸脱すると、絶対量の不足により反応性の低下、多塩基酸と高級アルコールとの馴染み性の低下、金属表面への吸着性等が懸念される。多塩基酸（あるいはリン酸）の含有濃度が上記の数値範囲の上限側を逸脱すると効果が飽和し、同時に溶解性や潤滑剤の液性状の面でも必ずしも良好でなく、金属表面被覆時の酸濃度のバラツキに基づく金属表面肌の悪化も懸念される。

なお、リン酸の使用時には、他の多塩基酸、特に蓚酸との併用が防錆性の向上に寄与する。その理由は、生成する金属塩の水親和性の差と、カルボキシル基の持つ吸着性の作用によるものと考えられる。

〔アルコール〕
本発明において用いるアルコールは、炭素数１０以上のアルコールである限りにおいて、特段に限定されない。炭素数が１０未満のアルコールは、塑性加工用金型への持ち込み性や、潤滑性能において、不十分である。このような面からは、炭素数１２以上のアルコールが特に好ましい。

又、アルコールは、飽和度の高いもの、即ち、飽和炭素骨格を持つものが特に好ましいが、２個以下の不飽和結合を含む炭素骨格を持つものも好ましい。そのような炭素骨格は、必ずしも直鎖状である必要はなく、分岐状であっても良い。脂環式又は芳香環式の環状炭素骨格をもつものは、炭素数の少ないものでは低融点化、炭素数の多いものでは溶解性と成膜性の面で不満がある。

好ましいアルコールの具体例を挙げると、潤滑性の面からは、ラウリルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール、オレイルアルコール、ベヘニルアルコール、セリルアルコール、ミリシルアルコール、ラノリンアルコール等が例示される。

金属加工用潤滑剤中に含有させるアルコールの濃度は限定されないが、一般的には１〜２０重量％の範囲内が好ましく、特に５〜１０重量％の範囲内が好ましい。アルコールの含有濃度が上記の数値範囲の下限側を逸脱すると、絶対量の不足により満足できる固形膜を形成できない恐れがある。アルコールの含有濃度が上記の数値範囲の上限側を逸脱しても、効果が飽和して無駄となる恐れがあり、同時に金属加工用潤滑剤の粘度及び融点が最適でなくなる恐れがある。

〔脂肪酸アミド〕
金属加工用潤滑剤中に含有させる脂肪酸アミドの種類は限定されないが、例えばオレイン酸アミド、ステアリン酸アミド、ステアリン酸ビスアミド等が挙げられ、これらの内の１種又は２種以上を好ましく使用することができる。

金属加工用潤滑剤中の脂肪酸アミドの含有濃度も限定されないが、一般的には０．１〜５重量％の範囲内が好ましく、特に０．５〜２重量％の範囲内が好ましい。脂肪酸アミドの含有濃度が上記の数値範囲の下限側を逸脱すると、絶対量の不足により皮膜形成にムラを生じ易くなる等の、幾つかの不満点が懸念される。脂肪酸アミドの含有濃度上記の数値範囲の上限側を逸脱しても、効果が飽和して無駄となる恐れがあり、かつ、油分として高級アルコールが浮上分離する恐れ等が懸念される。

〔金属加工用固形潤滑膜の形成方法〕
本発明に係る金属加工用固形潤滑膜の形成方法は、上記いずれかの金属加工用潤滑剤を被加工材たる金属の表面に塗布し、ベース液を蒸発させて、（１）金属表面におけるミクロな凹凸の形成、（２）多塩基酸とアルコールとの会合体の形成、（３）上記会合体を含有する高密着性の固形潤滑膜の形成、の各作用を発現させるものである。金属加工用潤滑剤を金属の表面に塗布してベース液を蒸発させる際、４０°Ｃ〜１５０°Ｃの範囲内で加熱してベース液たる水の蒸発を促進することが好ましい。

金属の表面に金属加工用潤滑剤を塗布する方法は限定されず、例えば、金属加工用潤滑剤に対する金属（被加工材）の浸漬、金属に対する金属加工用潤滑剤のスプレー、刷毛塗り等の方法を任意に採用することができる。ベース液を蒸発させるために加熱する方法としては、被加工材たる金属を加熱しておく方法、前処理としての酸洗や脱脂工程での水洗を湯で行う方法等、任意の加熱方法を採用することができる。

対象となる金属及び金属加工の種類は特段に限定されないが、金属としては、炭素鋼、鉄系合金鋼、ステンレス鋼等を例示できる。金属加工の種類としては、プレス加工、冷間鍛造加工等の塑性加工が代表的であるが、その他にも、引抜加工、サイジング加工、スエージング加工、バテッド加工等を例示することができる。

（実施例Ａ）
下記の「表１」における「表−１」の欄中、それぞれ「サンプルＡ」、「サンプルＢ」の項に示す組成の金属加工用潤滑剤を調製した。サンプルＡは本発明の実施例であり、サンプルＢは比較例である。「表−１」の欄中、「ステアリル」とはステアリルアルコールを意味し、「セチル」とはセチルアルコールを意味する。又、各組成分の組成比を示す数値は重量％単位である。

次に、被加工材であるＳ−２５Ｃの鉄材（直径１８．７ｍｍ、長さ４２０ｍｍ、引抜加工材）をアルカリ脱脂液にて脱脂し、次いで水洗、湯洗した。そして、上記のサンプルＡに１分間浸漬した後、８０°Ｃの加熱条件下で水を蒸発させることにより、乾燥させた。

一方、別のＳ−２５Ｃの鉄材２個をそれぞれ上記と同様に脱脂、水洗、湯洗した後、６０°Ｃの３０％正リン酸水溶液に、１個は１分間、他の１個は５分間、それぞれ浸漬した。次いでこれらを乾燥させた後、上記２個のＳ−２５Ｃ鉄材にサンプルＢを塗布し、再度乾燥させた。

以上のＳ−２５Ｃの鉄材をテストピースとして、それぞれ油圧式プレス機にてプレス加工し、以下の評価を行った。評価の方法は、上記テストピースを加工速度１４１．２ｃｍ／ｍｉｎ．で小判状の異形（減面率：１２．６％）に長さ１９５ｍｍ絞る加工である。又、評価項目は、負荷荷重（トン単位）及び加工部表面状態の目視観察である。

評価の結果を表１の「表−２」の欄に示す。比較例に係るＳ−２５Ｃの鉄材では予め鉄材の表面をリン酸鉄化させ、その上に高級アルコールを被覆させており、実施例に係るＳ−２５Ｃの鉄材では、本発明の方法により皮膜を成膜させている。「表−２」の欄に示す結果より、実施例の皮膜が比較例の皮膜に比べて高い潤滑性能を示すことが分かる。

（実施例Ｂ）
次に、上記のようにサンプルＡに浸漬後に乾燥させたＳ−２５Ｃの鉄材について、（イ）上記の開放絞り加工前の状態の皮膜形成面、（ロ）同皮膜形成面の開放絞り加工後の状態、及び（ハ）この面をノルマルヘキサンで更に洗浄して固形皮膜分を完全に除去した後の状態、について、それぞれ蛍光Ｘ線解析を行った。蛍光Ｘ線解析はＸ線照射により発生する蛍光Ｘ線スペクトルの強度を濃度に換算する測定法である。従って、リンの含有量はこの蛍光Ｘ線スペクトルの強度を示す値であると言える。

測定結果は、（イ）の加工部面積＝１００．０７３ｃｍ^２ 、加工部皮膜量＝０．１００ｇに対して、リン分＝７．６６ｗｔ％、（ロ）のリン分＝６．６９ｗｔ％であった。又、（ハ）のリン分＝４．６６ｗｔ％であった。加工後の皮膜量＝洗浄膜量と考えると、１０本のテストサンプル平均値は、０．０１２ｇであった。これらの値から、加工時の脱離膜量は、「加工前皮膜量−加工後皮膜量」より、０．０８８ｇとなる。一方、リン分は、「加工前リン分−加工後リン分」より、脱離皮膜中に０．９７ｗｔ％、加工後の皮膜中には「加工後リン分−洗浄後リン分」より、２．０３ｗｔ％となり、洗浄後の鉄表面は４．６６ｗｔ％のリン分と計算される。

これらの値を皮膜量とリン分の観点から考察すると、加工時の脱離膜量に対するリン分の割合は０．９７÷０．０８８＝１．０２ｗｔ％／ｇ、洗浄により溶解する皮膜量に対するリン分の割合は２．０３÷０．０１２＝１６９．１７ｗｔ％／ｇとなる。これは、加工後の膜中におけるリン分濃度が極めて高いことを示しており、ＮＭＲにて示される高級アルコールとリン酸の親和性が加工の潤滑性に寄与している検証と考えられる。

（実施例Ｃ）
下記の「表２」における「実施例１」〜「実施例５」の欄にそれぞれ示す組成の金属加工用潤滑剤を調製し、これらをそれぞれ、上記の実施例Ａの場合と同じ方法で、５０×３００×ｔ０．８ｍｍのＳＰＣＤ（ＪＩＳ Ｇ ３１４１ 絞り加工用の冷間圧延鋼板及び鋼帯）試験片に塗布し、水を蒸発させて試験片の表面に固形皮膜を形成させた。

一方、比較例１〜比較例４をそれぞれ次のように行って、同上の試験片の表面に潤滑膜を形成させた。

比較例１：リン酸亜鉛化成皮膜処理とステアリン酸ナトリウム塩皮膜からなる汎用の潤滑化成皮膜処理剤を使用。第一リン酸亜鉛液中に試験片を浸漬し、表面にリン酸亜鉛の化成皮膜を作成した後、ステアリン酸金属石鹸液中に浸漬して、リン酸亜鉛化成皮膜とステアリン酸ナトリウム塩皮膜を形成した。

比較例２：ステアリン酸カルシウムの界面活性剤分散液を潤滑成分とし、水系アクリル樹脂、ポリビニルアルコールをバインダとする水系皮膜型潤滑剤を使用した。

比較例３：リン酸モノオレエート、リン酸ジオレエートからなる酸性リン酸エステルを潤滑成分とし、これを鉱物油に溶解した反応型の潤滑油を使用。試験片に塗布することにより、表面に酸性リン酸エステルによる反応皮膜と共に潤滑油膜を形成した。

比較例４：硫黄化合物、ジアルキルジチオリン酸亜鉛、カルシウムスルフォネート、油脂の摩耗低減剤を組み合わせてなる潤滑油を使用。試験片に塗布して潤滑油膜を形成した。

（実施例Ｄ）
上記の実施例１〜実施例５、及び比較例１〜比較例４に係る試験片の表面に形成した潤滑膜について、それらの密着性を評価するため、摺動試験機を用いて繰り返し十回の摺動試験を実施し、摩擦係数を測定した。

この試験方法は、図２に示すように、試験片８をその上下方向より１対の金型９で挟み、試験片８の所定の部位を同一の方向（図２の左方）・速度・面圧にて繰り返し十回の摺動を行う、と言う方法によった。そして、摺動抵抗を摩擦係数として算出した。摺動試験の実施条件を下記の「表３」に示す。

（実施例Ｅ）
前記の「表２」における「実施例１」〜「実施例５」の欄にそれぞれ示す組成の金属加工用潤滑剤を調製し、これらをそれぞれ、前記の実施例Ａの場合と同じ方法で、前記Ｓ−２５Ｃの鉄材に塗布し、水を蒸発させて試験片の表面に固形皮膜を形成させた。一方、前記比較例１〜比較例４をそれぞれ同上のＳ−２５Ｃの鉄材に対して実施し、その表面に潤滑膜を形成させた。

上記の実施例１〜実施例５、及び比較例１〜比較例４に係るＳ−２５Ｃの鉄材の表面に形成した潤滑膜について、それらのプレス性能を評価するため、プレス実機を用いて成形試験を行い、それらの成形荷重を測定すると共に加工面の状態を観察した。

この試験方法は、図３に示すように、Ｓ−２５Ｃの鉄材１０を下記の「表４」に示す所定の条件で金型に押し込み、この鉄材１０を同図の鉄材１１の形状に変化させて、その際の成形荷重の測定と、加工面１２の状態の観察を行ったものである。

（実施例Ｆ）
上記の実施例Ｃにおける実施例１〜実施例５、及び比較例１〜比較例４に係る摩擦係数の測定結果を下記の「表５」に示す。比較例４については、第２回目の摺動試験の際に試験片が破断し、それ以後の摺動試験を実施できなかった。

表５の結果から、次のことが言える。即ち、多段加工において、油性型潤滑剤の使用では加工の都度に潤滑剤の供給を必要とする。このことは、摺動試験結果の比較例４が１回の摺動にて潤滑膜が大きく欠損した事実と一致する。一方、従来の化成皮膜では、一度の処理にて多段加工を完了させることができる。これは比較例１の繰り返しの摺動試験にも皮膜破損が少なく、常に安定した低摩擦係数を維持していることでも理解される。比較例２〜３では比較例４よりも繰り返し性が高いが、いずれも３回〜４回程度の摺動にた潤滑膜が大きく欠落し、初期の摩擦係数は維持できなかった。

これに対して、実施例に係る金属加工用潤滑剤（本発明による金属加工用潤滑剤）では、各比較例以上の初期摩擦係数を示し、繰り返し摺動にも追随して通常の化成皮膜に匹敵する値を示した。

（実施例Ｇ）
上記の実施例Ｄにおける実施例１〜実施例５、及び比較例１〜比較例４に係る成形荷重の測定と、加工面１２の状態の観察結果を下記の「表６」に示す。

表６の結果から、次のことが言える。即ち、実施例Ａと同様に比較例１の通常の化成皮膜処理は低成形加重であり、良好な加工面となったが、比較例２〜４ではいずれも成形加重は高く、しかも、加工面には潤滑膜の破断によるかじりが発生した。

これに対して、実施例に係る金属加工用潤滑剤（本発明による金属加工用潤滑剤）では、通常の化成皮膜処理である比較例１と同等もしくはそれ以下の成形加重にて良好な加工面を得ており、過酷な加工に追随可能な皮膜剤であると結論することができる。

本発明によって、金属加工、特に金属組成加工分野において、処理が簡単で、しかも潤滑性能の良い固形潤滑膜を形成できる水ベースの一液処理型の金属加工用潤滑剤と、この潤滑剤用いて簡単に化成処理皮膜と同等の良好な金属加工用固形潤滑膜を形成する方法とが提供される。

本発明の作用を視覚化して説明する図である。

実施例における摺動動試験を簡単に説明する図である。

実施例におけるプレス加工試験を簡単に説明する図である。

符号の説明

１ 金属加工用潤滑剤
２ ベース液
３ 多塩基酸
４ アルコール
５ 金属
６ 固形皮膜
７ 凹凸
８ 試験片
９ 金型
１０ 鉄材
１１ 鉄材
１２ 加工面

Claims (8)

1. 蒸発性のベース液たる水中に、二塩基酸以上の多塩基酸と、炭素数１０以上の炭素鎖を持つアルコールとを含有させたことを特徴とする金属加工用潤滑剤。
2. 前記ベース液に、更に脂肪酸アミドを含有させたことを特徴とする請求項１に記載の金属加工用潤滑剤。
3. 前記多塩基酸とアルコールが、あるいは更に脂肪酸アミドが、界面活性剤を用いてベース液中に分散又は溶解されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の金属加工用潤滑剤。
4. 前記金属加工用潤滑剤における二塩基酸以上の多塩基酸の含有濃度が０．５〜３０重量％の範囲内であり、アルコールの含有濃度が１〜２０重量％の範囲内であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の金属加工用潤滑剤。
5. 前記二塩基酸以上の多塩基酸が、リン酸又はジカルボン酸のいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の金属加工用潤滑剤。
6. 前記アルコールが飽和炭素鎖を持ち、又は２個以下の不飽和結合を含む炭素鎖を持つことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の金属加工用潤滑剤。
7. 請求項１〜請求項６のいずれかに記載の金属加工用潤滑剤を被加工材たる金属の表面に塗布し、前記ベース液を蒸発させることにより、以下の（１）〜（３）の作用を発現させることを特徴とする金属加工用固形潤滑膜の形成方法。
   （１）金属表面において二塩基酸以上の多塩基酸と金属との塩形成反応を起こさせ、かつ金属表面にミクロな凹凸を形成させる。
   （２）二塩基酸以上の多塩基酸とアルコールとの高濃度化に基づき、両者間にエステル結合に到らない状態の会合体を形成させる。
   （３）ベース液の十分な蒸発により、前記会合体を含有する高密着性の固形潤滑膜を完成させる。
8. 前記金属加工用潤滑剤を金属の表面に塗布した後、４０°Ｃ〜１５０°Ｃの範囲内で加熱して前記ベース液の蒸発を促進することを特徴とする請求項７に記載の金属加工用固形潤滑膜の形成方法。
   
   

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