JP2006143834A - 塑性加工潤滑剤 - Google Patents

Abstract

【課題】
ホウ酸塩や黒鉛を含まなくとも塑性加工安定性、潤滑性、離型性に優れ、安全で、環境汚染を引起さず、簡易に効率よく製造できる塑性加工潤滑剤を提供する。
【解決手段】
塑性加工潤滑剤は、無機の層状複水酸化物の層間に有機酸の陰イオンがインターカレートされている有機酸インターカレート層状複水酸化物を、含有している。塑性加工潤滑剤は、固形状、粉末状、または懸濁液状であって、アルカリ石鹸および／または金属石鹸を含有していてもよい。塑性加工潤滑剤は、前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、Ｌｉ^＋、Ａｌ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｆｅ^３＋および／またはＣｏ^３＋の１価または３価金属イオンと、Ｍｇ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｃｕ^２＋、Ｚｒ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋および／またはＭｎ^２＋の２価金属イオンとを含んでいる。

Description

本発明は、金属原材に外力を加え塑性変形させて所望の形状に加工する伸線や熱間鍛造の際に用いられる潤滑剤に関するものである。

鉄、鋼、ステンレス鋼の金属原材は、その表面金属酸化被膜の酸洗浄や機械的研削がされ、適度な潤滑性や防錆性を付与したり塑性加工し易くしたりするために塑性加工前処理剤により予め被膜で被覆された後、潤滑剤存在下、引抜加工、プレス加工、鍛造加工のような塑性加工により、伸線材、シャフト、ギア等の金属製品になる。

引抜加工により伸線材のような金属製品を形成する際、ホウ酸塩を含有し伸線安定性や潤滑性能を向上させる乾式引抜加工潤滑剤が用いられていた。しかし、ホウ素は植物の成長や人体の生殖機能に対して悪影響を与える元素であることから排水中の含有量が１０ｐｐｍ以下に規制されたため、タルクやマイカ等の層状機能性無機層状物質や消石灰が、ホウ酸塩非含有の塑性加工潤滑剤として汎用されるようになっている。ホウ酸塩非含有塑性加工潤滑剤は、ホウ酸塩含有潤滑剤ほどの伸線安定性や潤滑性能が得られないという問題があった。

また、強度が必要なシャフトやギアの金属製品は、１０００℃以上の高温で金属原材を鎚打ちしたり金型で圧縮成型したりして塑性変形させる熱間鍛造により形成される。その際、金属原材と鍛造用の金型や工具等との摩擦を低減させたり、潤滑性や剥離性や冷却性を向上させたりする黒鉛を含有する潤滑剤が用いられていた。しかし、黒鉛の飛散や付着により、金具・塑性加工機・作業場・作業者等の作業環境を汚染していた。黒鉛非含有であって作業環境を汚染し難い熱間鍛造用潤滑剤として、特許文献１にはワックスおよびカルボン酸塩と水とを含有した潤滑剤、特許文献２には炭水化物をモリブデン酸またはモリブデン酸塩と水とを含有する潤滑塑性物、特許文献３にはトリメリット酸塩、アジピン酸塩、オレフィン−無水マレイン酸共重合体塩、および水よりなる潤滑剤が夫々開示されている。一般に黒鉛非含有の熱間鍛造用潤滑剤は、黒鉛ほどの潤滑性、離型性が得られず、汎用性がないという問題があった。

特開平５−１２５３８４号公報 特開平７−０２６２８０号公報 特開平８−１５７８６０号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、ホウ酸塩や黒鉛を含まなくとも塑性加工安定性、潤滑性、離型性に優れ、安全で、環境汚染を引起さず、簡易に効率よく製造できる塑性加工潤滑剤、およびそれを用いた熱間鍛造用潤滑剤を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に係る発明は、無機の層状複水酸化物の層間に有機酸の陰イオンがインターカレートされている有機酸インターカレート層状複水酸化物を、含有していることを特徴とする塑性加工潤滑剤である。

有機酸インターカレート層状複水酸化物は、潤滑性を有したゲストである有機酸が、耐熱性を有したホストである無機の層状複水酸化物に、インターカレートして、ナノレベルで積層を形成したものである。この潤滑剤は、無機の層状複水酸化物単独や有機酸単独では発現し得ない耐熱性と潤滑性との両方を発現するので、熱間金属塑性加工、乃至は冷間金属塑性加工、中でも特に伸線のような引抜加工や、熱間鍛造の際に使用される。

同じく請求項２に係る発明は、アルカリ石鹸および／または金属石鹸を含有していることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工潤滑剤である。

アルカリ石鹸および／または金属石鹸は一層優れた潤滑性を発現させる。アルカリ石鹸は、脂肪酸とアルカリ金属との塩例えばステアリン酸ナトリウムであり、金属石鹸は脂肪酸とアルカリ金属以外の金属との塩例えば脂肪酸カルシウムである。

塑性加工潤滑剤中、有機酸インターカレート層状複水酸化物が１〜１００重量部、アルカリ石鹸および／または金属石鹸が０〜９９重量部の比で含有されていることが好ましい。

同じく請求項３に係る発明は、固形状、粉末状、または懸濁液状であることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤である。

塑性加工潤滑剤は、固形状または粉末状である場合、有機酸インターカレート層状複水酸化物のみからなるものであってもよく、有機酸インターカレート層状複水酸化物を少なくとも１重量％含有するものであってもよい。塑性加工潤滑剤は、懸濁液状である場合、有機酸インターカレート層状複水酸化物を０．００１〜２０重量％含んでいることが好ましい。

同じく請求項４に係る発明は、前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、Ｌｉ^＋、Ａｌ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｆｅ^３＋および／またはＣｏ^３＋の１価または３価金属イオンと、Ｍｇ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｃｕ^２＋、Ｚｒ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋および／またはＭｎ^２＋の２価金属イオンとを含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤である。

同じく請求項５に係る発明は、前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、下記化学式(１)
［(Ｍ²⁺)_1-x(Ｍ³⁺)_x（ＯＨ）₂］^x+［Ａ^n- _x/n・ｙＨ₂Ｏ］^x- ・・・(１)
（式(１)中、Ｍ²⁺は前記２価金属イオン、Ｍ³⁺は前記３価金属イオン、０＜ｘ＜１、Ａ^n-はｎ価の有機酸陰イオン、ｙＨ₂Ｏは層間水）
で示されることを特徴とする請求項４に記載の塑性加工潤滑剤である。

同じく請求項６に係る発明は、前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、１価金属イオンおよび／または３価金属イオンを含有する水溶性塩と、２価金属イオンを含有する水溶性塩および／または２価金属の酸化物と、前記有機酸および／またはその金属塩とを混合して調製されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤である。

これにより、前記化学式(１)で示される有機酸インターカレート層状複水酸化物は、簡便に効率的かつ高純度で調製される。１価および／または３価の金属イオンを含有する水溶性塩を０．１〜９モル当量、２価の金属イオンを含有する水溶性塩および／または２価金属の酸化物を０．２５〜５０モル当量、有機酸および／またはその金属塩を０．１〜９当量用いることが好ましい。

同じく請求項７に係る発明は、前記２価の金属イオンを含有する水溶性塩および／または２価金属の酸化物が、酸化マグネシウムを含んでいることを特徴とする請求項６に記載の塑性加工潤滑剤である。

同じく請求項８に係る発明は、前記有機酸が、Ｒ^１−ＣＯＯＨ（Ｒ^１−は炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、無置換またはアルキル基置換フェニル基のいずれか）、Ｒ^２−ＳＯ_３Ｈ（Ｒ^２−はＲ^１−と同じ）、ＨＯＯＣ−ＣＯＯＨ、および／またはＨＯＯＣ−Ｒ^３−ＣＯＯＨ（−Ｒ^３−は炭素数１〜２４のアルキレン基、炭素数２〜２４のアルケニレン基、無置換またはアルキル基置換フェニレン基のいずれか）であることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤である。

具体的には、Ｒ^１−ＣＯＯＨはステアリン酸、オレイオン酸、パルミチン酸が挙げられ、Ｒ^２−ＳＯ_３Ｈはドデシル硫酸、ドデシルベンゼン硫酸が挙げられ、ＨＯＯＣ−Ｒ^３−ＣＯＯＨはマレイン酸、フタル酸が挙げられる。

前記化学式(１)で示される有機酸インターカレート層状複水酸化物は、下記化学式(２)
［(Ｍ²⁺)_1-x(Ｍ³⁺)_x（ＯＨ）₂］^x+［Ｂ^n- _x/n・ｙＨ₂Ｏ］^x- ・・・(２)
（式(２)中、Ｍ²⁺は前記２価金属イオン、Ｍ³⁺は前記３価金属イオン、０＜ｘ＜１、Ｂ^n-はＣＯ_３ ^２−、ＮＯ_３ ⁻、Ｃｌ⁻、ＳＯ_４ ^２−のようなｎ価の無機陰イオン、ｙＨ₂Ｏは層間水）
で示される無機陰イオンがインターカレートされた無機の層状複水酸化物中の無機陰イオンをデインターカレートさせ、その代わりに有機酸陰イオンをインターカレートさせたものであってもよい。無機の層状複水酸化物は、例えば天然粘土鉱物、より具体的にはＭｇ₆Ａl₂（ＯＨ）₁₆ＣＯ₃・４Ｈ₂Ｏで示されるハイドロタルサイトのようなＭｇ／Ａｌ系層状複水酸化物が挙げられる。

また、前記化学式(１)で示される有機酸インターカレート層状複水酸化物と、前記化学式(２)で示される無機の層状複水酸化物とが混合されていてもよい。

塑性加工潤滑剤は、必要に応じて増粘剤、造膜剤（バインダー）、潤滑添加剤、界面活性剤、ｐＨ調整剤、防腐剤、防食剤、消泡剤で例示される添加剤が含有されていてもよい。

増粘剤として、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルピロリドン等の水溶性高分子化合物が挙げられる。造膜剤（バインダー）として、アクリル系、酢酸ビニル系、スチレン系、スチレン−アクリル系、エチレン−酢酸ビニル系等の水溶性樹脂エマルション、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン／無水マレイン酸コポリマー、ビニルメチルエーテル−無水マレイン酸共重合体等が挙げられる。

同じく請求項９に係る発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の塑性加工潤滑剤を含んでいることを特徴とする熱間鍛造用潤滑剤である。

石灰石鹸のような塑性加工前処理剤により予め被膜で被覆された金属原材例えば鉄、鋼、ステンレス鋼に、この塑性加工潤滑剤または熱間鍛造用潤滑剤が、塗布、噴霧、浸漬等により付され、必要に応じ乾燥された後、塑性加工が施される。

引抜や熱間鍛造の塑性加工の際に本発明の潤滑剤を用いると、ホウ酸塩や黒鉛を用いなくとも、それらを用いた潤滑剤と同等以上の優れた塑性加工安定性、潤滑性、離型性が得られるうえ、有害物質を含有しないので安全であり、また飛散しないので作業環境汚染を引起さない。

以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

先ず、３価金属イオン含有水溶性塩と酸化マグネシウムと脂肪酸塩とを用いて、有機酸インターカレート層状複水酸化物懸濁液を調製した例を、調製例１に示す。

（調製例１）
アルミン酸ナトリウム０．０６６ｍｏｌを３００ｍｌ脱イオン水に溶解し、四つ口フラスコに仕込んだ。それに、５５０℃でか焼した酸化マグネシウム０．１１ｍｏｌを添加し、５分間撹拌し、アルミン酸ナトリウムと酸化マグネシウムとの懸濁液を得た。次に０．０６６ｍｏｌ工業用ステアリン酸ナトリウム水溶液１０００ｍｌを入れた四つ口フラスコに、前記アルミン酸ナトリウムと酸化マグネシウムとの懸濁液を注ぎ入れ、８０℃で加熱しながら３時間撹拌して熟成させて、潤滑剤として有機酸インターカレート層状複水酸化物懸濁液を得た。この時、反応溶液のｐＨ値は１１〜１２であった。この懸濁液中の有効成分である有機酸インターカレート層状複水酸化物の濃度は、１３重量％であった。この有機酸インターカレート層状複水酸化物は、Ｍｇ^２＋およびＡｌ^３＋を原子吸光度分析法、有機酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で夫々定量したところ、
Ｍｇ_２．８Ａｌ_１．０(ＯＨ)_７．６（Ｓｔｅａｒａｔｅ）_１．０・４．０Ｈ_２Ｏ
という組成式で示されるステアリン酸インターカレート層状複水酸化物（ＬＤＨ／ＳＴ ： Ｌａｙｅｒｅｄ Ｄｏｕｂｌｅ Ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ／Ｓｔｅａｒａｔｅ）であると同定された。

実施例１〜２は、調製例１で得た有機酸インターカレート層状複水酸化物懸濁液を用いて本発明を適用する熱間鍛造用潤滑剤を試作した例を示し、比較例１〜４は、本発明を適用外の潤滑剤を試作した例を示す。

（実施例１〜２）
有機酸インターカレート層状複水酸化物懸濁液、イソブチレン−無水マレイン酸共重合体ナトリウム塩（イソバン）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩（ＨＥＣ）、スチレン／無水マレイン酸コポリマー（ＳＭＡ１４４０）および水の各成分を、表１に記載の比率で混合した後、ホモミキサーを用いて平均粒径１０μｍ以下になるまで微細化させて、実施例１〜２の熱間鍛造用潤滑剤を得た。

（比較例１〜４）
表１に記載の比率で各成分を混合した後、ホモミキサーを用いて平均粒径１０μｍ以下になるまで微細化させて、比較例１〜４の潤滑剤を得た。

（塑性加工性能評価）
実施例１〜２の熱間鍛造用潤滑剤および比較例１〜４の潤滑剤を用いて、リング圧縮評価試験により塑性加工性能を評価した。

リング圧縮評価試験は、リング状試験片を平行平面工具でプレスして圧縮変形させ、圧縮率と変形前後の内径比とから摩擦係数を求めるという方法で行われる。試験には、炭素鋼Ｓ４５Ｃ製の１６φ×８φ×８ｍｍのリング状試験片を用いた。リング状試験片を、高周波加熱装置により１０００℃以上に加熱し、プレス圧５０トンでプレスした。プレス後のリング圧縮率は３０〜５０％の範囲で行なった。プレスに用いられる金型は、コードヒーターにより約２００℃に維持され、スプレーにより実施例１〜２と比較例１〜４の潤滑剤を夫々均一に塗布されたものである。

摩擦係数の算出法は、Ｈ．Ｋｕｄｏ，Ｐｒｏｃ．５ｔｈ Ｊａｐ．Ｎａｔ．Ｃｏｎｇｒ．Ａｐｐｌｅ．Ｍｅｃｈ．，ｐ．７５（１９５５）に記載の工藤の理論式に従った。リング圧縮評価試験を３回行って算出した摩擦係数の平均値を、表１に示す。

表１から明らかなとおり、ステアリン酸インターカレート層状複水酸化物（ＬＤＨ／ＳＴ）を含有する実施例１および２の熱間鍛造用潤滑剤は、それを含有しない比較例１〜４の潤滑剤よりも最大で０．０４も摩擦係数が低かった。

実施例１および２の熱間鍛造用潤滑剤は、黒鉛を含有する比較例２の潤滑剤よりも、摩擦係数が低くて潤滑性が優れ、さらに離型性が優れ、飛散せずに作業環境汚染を引起さないものであった。

実施例１および２の熱間鍛造用潤滑剤は、非黒鉛系として従来汎用されていたイソフタル酸ナトリウムを含有する比較例３の潤滑剤よりも、摩擦係数が低くて潤滑性が優れていた。

また、実施例１および２の熱間鍛造用潤滑剤は、層間に炭酸イオンがインターカレートしているハイドロタルサイトを含有する比較例４の潤滑剤よりも、摩擦係数が低くて潤滑性が優れていた。このことは、ハイドロタルサイトに存在しない有機酸陰イオンが優れた潤滑性を発現させていることを示している。

次に、有機酸インターカレート層状複水酸化物粉末を調製した例を調製例２に示す。

（調製例２）
調製例１で得た有機酸インターカレート層状複水酸化物懸濁液中の固体を、減圧濾過により分離し、ろ液が中性になるまで脱イオン水で洗浄した。得られた固体を１０５℃で乾燥機により乾燥させた。次に、５００メッシュ篩での通過率が約５０％となるように粉砕し、潤滑剤として有機酸インターカレート層状複水酸化物粉末を得た。この有機酸インターカレート層状複水酸化物は、同じくＭｇ^２＋およびＡｌ^３＋を原子吸光度分析法、有機酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で夫々定量したところ、
Ｍｇ_２．８Ａｌ_１．０(ＯＨ)_７．６（Ｓｔｅａｒａｔｅ）_１．０・４．０Ｈ_２Ｏ
という組成式で示されるステアリン酸インターカレート層状複水酸化物（ＬＤＨ／ＳＴ）であると同定された。

実施例３〜４は、調製例２で得た有機酸インターカレート層状複水酸化物粉末を用いて本発明を適用する粉末状の塑性加工潤滑剤を試作した例を示し、比較例５〜８は、本発明を適用外の潤滑剤を試作した例を示す。

（実施例３）
工業用ステアリン酸２００ｇ（０．７２ｍｏｌ）と、水３５ｇとを、ステンレス製反応容器（容量１００Ｌ）に仕込み、加熱した。内容物が８０℃になった時点で、液体苛性ソーダ５８．８ｇ（０．７２ｍｏｌ）水溶液を加えて中和した。中和が完了しアルカリ石鹸が得られた後に、調製例２で得た有機酸インターカレート層状複水酸化物粉末２１３ｇを加えた。それの水分が２％以下になるまで加熱しながら攪拌した後、内容物を取り出して冷却した。５００メッシュ篩による通過率が５０％程度になるように粉砕し、粉末状の塑性加工潤滑剤を得た。この潤滑剤中の有機酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で定量したところ７５％であった。

（実施例４）
牛脂硬化油３００ｇ（０．７２ｍｏｌ）を、ステンレス製反応容器（容量１００Ｌ）に仕込み、加熱した。内容物が１３０〜１４０℃になった時点で、消石灰３８３ｇを加えた。内容物に粘性が生じるまで加熱しながら攪拌した。粘性が生じて金属石鹸が得られてから、調製例２で得た有機酸インターカレート層状複水酸化物粉末１００ｇを加え、内容物が硬くなるまで反応させた後、内容物を取り出して冷却した。５００メッシュ篩による通過率が５０％程度になるように粉砕し、粉末状の塑性加工潤滑剤を得た。この潤滑剤中の有機酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で定量したところ４５％であった。

（比較例５）
工業用ステアリン酸２００（０．７２ｍｏｌ）と、水３５ｇとを、ステンレス製反応容器（容量１００Ｌ）に仕込み、加熱した。内容物が８０℃になった時点で、液体苛性ソーダ５８．８ｇ（０．７２ｍｏｌ）を加え中和した。中和が完了した後に、四ホウ酸ナトリウム１０水和物８６ｇと亜硝酸ナトリウム３ｇとを加えた。それの水分が２％以下になるまで加熱しながら攪拌した後、内容物を取り出して冷却した。５００メッシュ篩いによる通過率が５０％程度になるように粉砕し、粉末状のホウ酸塩含有潤滑剤を得た。この潤滑剤中の脂肪酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で定量したところ７５％であった。

（比較例６）
牛脂硬化油３００ｇ（０．７２ｍｏｌ）をステンレス製反応容器（容量１００Ｌ）に仕込み、加熱した。内容物が１３０〜１４０℃になった時点で、消石灰２４５ｇを加えた。内容物に粘性が生じるまで加熱しながら攪拌した。粘性が生じてから、タルクであるミクロエースＬ−１（日本タルク(株)製；商品名）１００ｇを加え、内容物が硬くなるまで反応させた後、内容物を取り出して冷却した。５００メッシュ篩による通過率が５０％程度になるように粉砕し、粉末状のタルク含有潤滑剤を得た。この潤滑剤中の有機酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で定量したところ４５％であった。

（比較例７）
牛脂硬化油３００ｇ（０．７２ｍｏｌ）をステンレス製反応容器（容量１００Ｌ）に仕込み、加熱した。内容物が１３０〜１４０℃になった時点で、消石灰２４５ｇを加えた。内容物に粘性が生じるまで加熱しながら攪拌した。粘性が生じてから、マイカであるソマシフ（協和化学(株)製；商品名）１００ｇを加え、内容物が硬くなるまで反応させた後、取り出して冷却した。５００メッシュ篩による通過率が５０％程度になるように粉砕し、粉末状のマイカ含有潤滑剤を得た。この潤滑剤中の有機酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で定量したところ４５％であった。

（比較例８）
牛脂硬化油３００ｇ（０．７２ｍｏｌ）をステンレス製反応容器（容量１００Ｌ）に仕込み、加熱した。内容物が１３０〜１４０℃になった時点で、消石灰を２４５ｇ加えた。内容物に粘性が生じるまで加熱しながら攪拌した。粘性が生じてから、更に消石灰１００ｇを加えて、内容物が硬くなるまで反応させた後、取り出して冷却した。５００メッシュ篩による通過率が５０％程度になるように粉砕し、粉末状の消石灰含有潤滑剤を得た。この潤滑剤中の脂肪酸を酸性条件下遊離させる酸分解法で定量したところ４５％であった。

（引抜性能評価）
実施例３〜４の粉末状の塑性加工潤滑剤および比較例５〜８の粉末状の潤滑剤を用いて伸線材の引抜力測定試験を行うことにより、引抜性能を評価した。

引抜力測定試験は以下の手順で行った。金属原材である伸線材７２Ａ材を、約８０℃に加熱した前処理剤である石灰石鹸ライトコートＭ−１０（共栄社化学(株)製；商品名）の１０重量％含有水懸濁液に１０分間浸漬し、１０分間８０℃で加熱乾燥することにより、膜被覆した。その後、さらに、実施例３〜４の粉末状の塑性加工潤滑剤または比較例５〜８の粉末状の潤滑剤をダイスボックス内に投入し、単釜伸線機によりダイスを通して伸線速度４０ｍ／分で伸線して、２．８φｍｍのものを２．５φｍｍに、２．５φｍｍのものを２．２５φｍｍに、さらに２．２５φｍｍのものを２．０φｍｍに縮径した。伸線時の平均引抜力と、平均引抜力変動幅（引抜曲線が示す極大値と極小値との差）とを測定した。その結果を表２に示す。

表２から明らかなとおり、実施例３〜４の粉末状の塑性加工潤滑剤を用いると、平均引抜力、平均引抜力変動幅ともに、比較例５〜８のような従来汎用されていたホウ酸塩・マイカ・タルクまたは消石灰を含有する潤滑剤を用いた場合と比較し、同等か相当小さかった。実施例３〜４の粉末状の塑性加工潤滑剤は、安定して伸線させ易いものであった。

（伸線状態観察）
前記引抜性能評価と同様に伸線した際、伸線材上の潤滑剤の形態と伸線状況とを観察した。その結果を表３に示す。

（潤滑剤付着量測定）
前記引抜性能評価と同様に伸線した後、夫々の伸線された伸線材について潤滑剤付着量を以下の手順により測定した。

伸線後の伸線材６０ｇを１０％クロム酸水溶液に浸し、３０分間６０℃で加熱した。これを６０℃の脱イオン水で２回洗浄し、さらにアセトンで洗浄した後、冷却して伸線材の重量を測定し、
潤滑剤付着量（ｇ／ｍ^２）＝（クロム酸洗浄前伸線材重量−クロム酸洗浄後伸線材重量）／（５１０／伸線材の径）×クロム酸洗浄前伸線材重量×１０^−６
の式により潤滑剤付着量を算出した。その結果を表３に示す。

（表面粗さ測定）
クロム酸洗浄後に伸線材の任意の３箇所の表面をレーザー顕微鏡（×４００倍）で観察し、表面粗さを測定した。その結果を表３に示す。

実施例３の粉末状の塑性加工潤滑剤を用いると、２．８φｍｍから２．５φｍｍへの伸線の際に、比較例５のホウ酸塩含有潤滑剤を用いた場合に比べ、付着量に殆んど差が見られないが、より多くのフレークが発生していた。実施例３の潤滑剤は、伸線材上でフィルム状に展着しているのに対し、比較例５の潤滑剤は、伸線材上で部分的に粉状に展着していた。２．５φｍｍから２．２５φｍｍ、２．２５φｍｍから２．０φｍｍへの伸線の際に、実施例３と比較例５との潤滑剤を用いても、伸線の性能は同等であった。また何れも伸線時に単釜が鳴らず、ダイスから摩擦音が生じず、安定に伸線材を得ることができた。

また、実施例４の粉末状の塑性加工潤滑剤も、伸線材上でフィルム状に展着し、伸線時に単釜が鳴らず、ダイスから摩擦音が生じず、安定に伸線材を得ることができた。

一方、比較例６のタルク含有潤滑剤も、比較例７のマイカ含有潤滑剤も、伸線材上で粉状に展着しており、伸線材とダイスとを直接接触させてしまうため、伸線時に摩擦音を生じさせ、また伸線材に多数の傷を生じさせ、安定に伸線させることができなかった。

比較例８の消石灰含有潤滑剤は、伸線材上で粉状に展着していたものの、伸線時に摩擦音など生じずに安定に伸線できた。しかし、この潤滑剤は、その付着量が実施例３、４よりも多いうえ、伸線後に伸線材に振動を与えると容易に剥がれ落ち、粉塵を生じ周囲を汚染した。

以上の結果から明らかなとおり、実施例３、４のような有機酸インターカレート層状複水酸化物とアルカリ石鹸や金属石鹸とを含有する粉末状の塑性加工潤滑剤は、ホウ酸塩を含有する潤滑剤と同等以上の伸線安定性および潤滑性能を発現し、またホウ酸塩の代替となるタルクやマイカや消石灰のような機能性無機層状物質を含有する潤滑剤よりも優れた潤滑性能を有していた。

本発明の塑性加工潤滑剤は、金属原材の引抜加工やプレス加工のような塑性加工の際、それに用いられる金型や工具に付して、使用される。この潤滑剤を含む熱間鍛造用潤滑剤は、強度が要求される自動車のシャフトやギアを金属原材から熱間鍛造して塑性加工する際に、使用される。

Claims (9)

1. 無機の層状複水酸化物の層間に有機酸の陰イオンがインターカレートされている有機酸インターカレート層状複水酸化物を、含有していることを特徴とする塑性加工潤滑剤。
2. アルカリ石鹸および／または金属石鹸を含有していることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工潤滑剤。
3. 固形状、粉末状、または懸濁液状であることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤。
4. 前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、Ｌｉ^＋、Ａｌ^３＋、Ｃｒ^３＋、Ｆｅ^３＋および／またはＣｏ^３＋の１価または３価金属イオンと、Ｍｇ^２＋、Ｚｎ^２＋、Ｃａ^２＋、Ｃｕ^２＋、Ｚｒ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｆｅ^２＋および／またはＭｎ^２＋の２価金属イオンとを含んでいることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤。
5. 前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、下記化学式(１)
   ［(Ｍ²⁺)_1-x(Ｍ³⁺)_x（ＯＨ）₂］^x+［Ａ^n- _x/n・ｙＨ₂Ｏ］^x- ・・・(１)
   （式(１)中、Ｍ²⁺は前記２価金属イオン、Ｍ³⁺は前記３価金属イオン、０＜ｘ＜１、Ａ^n-はｎ価の有機酸陰イオン、ｙＨ₂Ｏは層間水）
   で示されることを特徴とする請求項４に記載の塑性加工潤滑剤。
6. 前記有機酸インターカレート層状複水酸化物が、１価金属イオンおよび／または３価金属イオンを含有する水溶性塩と、２価金属イオンを含有する水溶性塩および／または２価金属の酸化物と、前記有機酸および／またはその金属塩とを混合して調製されたものであることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤。
7. 前記２価の金属イオンを含有する水溶性塩および／または２価金属の酸化物が、酸化マグネシウムを含んでいることを特徴とする請求項６に記載の塑性加工潤滑剤。
8. 前記有機酸が、Ｒ^１−ＣＯＯＨ（Ｒ^１−は炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、無置換またはアルキル基置換フェニル基のいずれか）、Ｒ^２−ＳＯ_３Ｈ（Ｒ^２−はＲ^１−と同じ）、ＨＯＯＣ−ＣＯＯＨ、および／またはＨＯＯＣ−Ｒ^３−ＣＯＯＨ（−Ｒ^３−は炭素数１〜２４のアルキレン基、炭素数２〜２４のアルケニレン基、無置換またはアルキル基置換フェニレン基のいずれか）であることを特徴とする請求項１または２に記載の塑性加工潤滑剤。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の塑性加工潤滑剤を含んでいることを特徴とする熱間鍛造用潤滑剤。