JP2006182964A - 金型付着用潤滑剤 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯電付着力が十分であり、定量付着及び付着安定化を容易に図ることのできる金型付着用潤滑剤、及び、該金型付着用潤滑剤を用いた、成形品の離型性の良好な粉末冶金方法を提供すること。
【解決手段】 （Ａ）成分としてＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）を含み、該Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）は、少なくとも結晶型がβ型のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）を含有するものであることを特徴とする金型付着用潤滑剤、及び、該金型付着用潤滑剤を粉末冶金用金型内面に帯電付着させた後、粉末冶金を行うことを特徴とする粉末冶金方法。
【選択図】 なし

Description

本発明は、粉末冶金に代表されるような金型の内壁面に付着させて使用するための金型付着用潤滑剤に関するものであり、特に潤滑剤を帯電させて金型の内壁面に付着させるのに適した金型付着用潤滑剤に関するものである。また、本発明は、該金型付着用潤滑剤を用いた粉末冶金方法に関するものである。

従来より粉末冶金などの金型を用いた部材の製造にあたっては、製造された部材の離型性を良好ならしめるために潤滑剤が用いられている。例えば、鉄などの金属粉末とともに潤滑剤の粉末を混合し、この混合粉末を粉末冶金用金型に充填した後、所定の温度で加圧成形してグリーン体となし、離型（抜出）してこれを焼成して部材を製造していたが、金属粉末と潤滑剤の粉末を混合し、この混合粉末を粉末冶金に用いるだけでは良好な離型性は得られていなかった。このため、近年、金型の内壁面に潤滑剤を付着させることが行われるようになってきた（特許文献１参照）。

しかし、金型の内壁面に潤滑剤を付着させるには、過剰な潤滑剤を使用する必要があり、また潤滑被膜の定量塗布は困難である。そのうえ金型全体を所定温度に保持する必要があり、設備の調整と管理が煩雑であった。
このような問題から、粉末潤滑剤を金型の内壁面に帯電付着させて粉末冶金を行うことが試みられた（特許文献２参照）。
しかしながら、粉末潤滑剤の帯電付着力が十分でなく、一部の粉末潤滑剤が金型の内壁面から底部にこぼれ落ちてしまい、定量付着及び付着安定化を図ることが困難であった。
特開平９−１０４９０２号公報 特開２００１−２９４９０３号公報

従って、本発明の目的は、帯電付着力が十分であり、定量付着及び付着安定化を容易に図ることのできる金型付着用潤滑剤を提供することにある。
また、本発明の目的は、帯電付着力が十分であり、定量付着及び付着安定化を容易に図ることのできる金型付着用潤滑剤を用いた、成形品の離型性の良好な粉末冶金方法を提供することにある。

本発明は、上記目的を、下記の金型付着用潤滑剤及び粉末冶金方法を提供することにより達成したものである。
（Ａ）成分としてＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）を含み、該Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）は、少なくとも結晶型がβ型のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）を含有するものであることを特徴とする金型付着用潤滑剤。
上記金型付着用潤滑剤を、粉末冶金用金型内面に帯電付着させた後、粉末冶金を行うことを特徴とする粉末冶金方法。

本発明の金型付着用潤滑剤は、帯電付着力が十分であり、金型の温度に影響されずに定量付着及び付着安定化を容易に図ることができる。
また、本発明の粉末冶金方法によれば、金型の内壁面に潤滑剤を安定的に定量付着させることができ、成形品の離型性を向上させることができる。

本発明に用いられる（Ａ）成分であるＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）は、その製法に特に制限されないが、通常、アルキレンジアミンとカルボン酸とから得られるビスアミドが用いられる。ここで、上記アルキレンジアミンとしては、例えば、メチレンジアミン、エチレンジアミン、１，６−ヘキサメチレンジアミンなどが挙げられる。また、上記カルボン酸としては、例えば、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプロン酸、カプリル酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、オレイン酸、アラキン酸、ベヘニン酸、リグノセリン酸、ゾーマリン酸、リノール酸、リノレン酸、ガドレン酸、エルカ酸、セラコレイン酸などの他、天然油脂から選ばれる単一又は混合油脂肪酸でもよい。該天然油脂としては、例えば、亜麻仁油、オリーブ油、カカオ脂、ゴマ油、コメヌカ油、サフラワー油、大豆油、ツバキ油、コーン油、ナタネ油、パーム油、パーム核油、ひまし油、ひまわり油、綿実油、ヤシ油などの植物性油脂、牛脂、豚脂、乳脂、魚油、鯨油などの動物性油脂などが挙げられる。

上記Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）は多形物質であり、α型及びβ型の２種類の結晶型を持つことがＤＳＣから確認されている。各結晶型の分子配列形態は完璧ではないが、α型の結晶型は、その分子配列が直線的に配列した結晶形態であり、アミド結合中のＮ−Ｈ基の水素原子とＣ＝Ｏ基の酸素原子とが、それぞれ異なる分子と水素結合している結晶型である。一方、β型の結晶型は、その分子配列がイス形に配列した結晶形態であり、アミド結合中のＮ−Ｈ基の水素原子とＣ＝Ｏ基の酸素原子とが、同一の分子と水素結合している結晶型である。上記のα型及びβ型の識別は、ＤＳＣの結晶多形転移温度の吸熱ピークが、６０〜７０℃近辺に熱吸収が現れるα型と、９５〜１１０℃近辺に熱吸収が現れるβ型を確認することができる。
また、上記のα型及びβ型の混在比率（含有割合）は、ＤＳＣなどの一般的な熱分析機器で分析すれば求めることができ、それぞれの熱吸収量の面積比が混在比率となる。

尚、上記（Ａ）成分がＮ，Ｎ’−エチレンビス（カルボン酸モノアミド）である場合、単一系では、結晶型が上記α型のものは、下記〔化１〕に示すような結晶形態をとると考えられている。

また、上記（Ａ）成分がＮ，Ｎ’−エチレンビス（カルボン酸モノアミド）である場合、単一系では、結晶型が上記β型のものは、下記〔化２〕に示すような結晶形態をとると考えられている。

但し、上記のような結晶形態は、Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）単一系の場合であり、２成分以上の系では、他の成分とも相互作用を引き起こすので、必ずしも完璧に上記のような結晶形態をとるわけではない。

本発明における上記（Ａ）成分の結晶型は、上記の通り、ＤＳＣで低温側に吸熱ピークを示すものをα型、高温側に吸熱ピークを示すものをβ型と定義する。
図１及び図２に、Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（カルボン酸モノアミド）のＤＳＣチャートを示す。図１が、α型のＤＳＣチャートであり、図２が、β型のＤＳＣチャートである。尚、図１に示すＤＳＣチャートの測定条件は、サンプル量：７．６ｍｇ、温度：５０〜１８０℃、昇温速度：５．０℃／分であり、また図２に示すＤＳＣチャートの測定条件は、サンプル量：６．９ｍｇ、温度：５０〜１８０℃、昇温速度：５．０℃／分である。

本発明においては、結晶型がα型のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）と、結晶型がβ型のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）とが、α型：β型＝９９：１〜０：１００、好ましくは９０：１０〜０：１００、より好ましくは５０：５０〜０：１００、一層好ましくは３０：７０〜０：１００の割合で含まれていることが望ましい。上記のα型とβ型との含有割合が上記範囲外であると、キャビティー内壁面に帯電塗布する際、金型潤滑剤の帯電付着力が低下してキャビティー内壁面に定量塗布できず、連続操業に耐えうる潤滑効果が得られ難い。また、キャビティー内底に堆積した金型潤滑剤によって金属成形部品の表面の肌荒れ現象を引き起こして、粉末冶金用金型潤滑剤として使用することが難しくなる。

本発明の金型付着用潤滑剤は、上記（Ａ）成分のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）単独でも良いが、更に、（Ｂ）成分としてカルボン酸金属塩を含むことが好ましい。
上記（Ｂ）成分のカルボン酸金属塩としては、例えば、上記（Ａ）成分の構成において例示したカルボン酸などの金属塩が挙げられる。該金属塩を構成する金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、銅、銀、鉄、スズ、カドミウム、バリウム、ニッケル、マンガン、ストロンチウム、チタン、バナジウムなどが挙げられる。これらの中でも、特にリチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属又は亜鉛などが好ましい。

上記（Ｂ）成分のカルボン酸金属塩を配合する場合、上記（Ａ）成分と上記（Ｂ）成分との含有割合（質量比）は、特に限定されないが、好ましくは（Ａ）成分：（Ｂ）成分＝９９：１〜１：９９、より好ましくは９０：１０〜１０：９０、更に好ましくは８０：２０〜２０：８０である。

本発明の金型付着用潤滑剤は、上記（Ａ）成分のみの場合でも、上記（Ａ）成分と上記（Ｂ）成分とを含む場合でも、金型の温度に関係なくキャビティー内壁面への高い帯電付着力と定量塗布性を向上させて量産部品へ広く適用でき、従来提案されている金型付着用潤滑剤よりも高い潤滑性を示すが、更に、（Ｃ）成分としてカルボン酸モノアミドを配合することが、更に高い帯電付着力と定量塗布性及び潤滑性が得られるので好ましい。
上記（Ｃ）成分のカルボン酸モノアミドとしては、例えば、上記（Ａ）成分の構成において例示したカルボン酸などのモノアミドが挙げられ、特にステアリン酸モノアミド、パルミチン酸モノアミドなどが好ましい。

上記（Ｃ）成分の含有割合（質量比）は、特に限定されないが、好ましくは〔（Ａ）成分＋（Ｂ）成分〕：（Ｃ）成分＝９９：１〜１：９９、より好ましくは９０：１０〜１０：９０、更に好ましくは８０：２０〜２０：８０である。

本発明の金型付着用潤滑剤には、上記（Ａ）成分及び必要に応じて用いられる上記（Ｂ）成分及び上記（Ｃ）成分以外に、例えば、ポリエチレンワックス、パラフィンワックス、エーテル、エステル、熱可塑性エラストマなど、その他の成分を添加することもできる。該その他の成分は、本発明の効果を損なわない範囲内の添加量、好ましくは本発明の金型付着用潤滑剤１００質量部に対し０．１〜１０質量部の範囲内の添加量で適宜用いられる。

本発明の金型付着用潤滑剤を調製するには、例えば、上記（Ａ）成分及び上記（Ｂ）成分、更に上記（Ｃ）成分並びにその他の成分を、常温で混合後、好ましくは１５０〜２００℃、より好ましくは１８０℃程度で加熱溶融混合させ、冷却固化後、粉砕、分級して粉末化すればよい。

本発明の金型付着用潤滑剤の平均粒径は、特に限定されないが、０．１μｍ以上〜２００μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは１μｍ以上〜１００μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以上〜８０μｍ以下である。該平均粒径が２００μｍを超えると、過大な粒子がキャビティー内底へ堆積し、金属成形部品の肌荒れが生じるおそれがある。また、該平均粒径が０．１μｍを下回ると、粒子同士で二次凝集を起こして粉体流動性が著しく悪化し、噴霧塗布ができなくなるおそれがある。

本発明の金型付着用潤滑剤が使用される粉末冶金の対象となる原料粉末としては、特に限定されないが、例えば、鉄、銅、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、ニッケル、クロム、鉄−ニッケル合金、鉄−コバルト合金、鉄−リン合金、鉄−ホウ素合金、希土類磁石用粉末である鉄−ネオジウム−ホウ素合金、サマリウム−コバルト合金などの粉末が挙げられる。
本発明の金型付着用潤滑剤は、従来の金型付着用潤滑剤と同様にして、粉末冶金用金型内面に帯電付着させた後、粉末冶金を行うことができる。

以下に、本発明を実施例により更に具体的に説明する。尚、以下の実施例中、部及び％は特に記載がない限り質量基準である。

実施例１〜９及び比較例１
下記表１に示す成分組成により、次のようにして下記表１に示す混合形態、結晶混在比（α型とβ型との含有割合）及び平均粒径の金型付着用潤滑剤をそれぞれ得た。
・実施例１〜８の金型付着用潤滑剤の製法
各成分を溶融槽に仕込み、１７０〜１８０℃に加熱した。各成分が完全に溶融したことを確認した後、５分間攪拌し、引き続き、溶融物を冷却固化させた。冷却速度の調整により結晶型を調整した。冷却固化物を粉砕、分級して粒度調整して金型付着用潤滑剤を得た。
・実施例９の金型付着用潤滑剤の製法
Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（ステアリン酸モノアミド）を１５０℃に加熱し、完全に溶融したことを確認した後、５分間攪拌し、引き続き、溶融物を冷却固化させた。冷却固化物を粉砕、分級して粒度調整して金型付着用潤滑剤を得た。
・比較例１の金型付着用潤滑剤の製法
直接法で反応し、冷却固化後、粉砕、分級して粒度調整したステアリン酸亜鉛を、金型付着用潤滑剤とした。

比較例２
（株）神戸製鋼所製のプレミックス鉄粉「３００ＭＨ−２Ｃｕ−０．８Ｃ」に、比較例１で調製したステアリン酸亜鉛を０．６％（外割り）添加して１５分間Ｖ型混合機で混合調製し、粉末冶金用混合粉末を得た。

帯電付着性評価試験
実施例１〜９及び比較例１の金型付着用潤滑剤について、帯電付着性の評価を図３に示す構造のファラデーゲージ（シシド静電気（株）製）と投射装置を用いて行った。１回の投射量を約０．１ｇとなるように設定し、室温２５℃、相対湿度７５％の環境下で行った。金型付着用潤滑剤に摩擦帯電で付与された単位相対電位（金型付着用潤滑剤０．０１ｇあたり）で比較した。また、帯電させた金型付着用潤滑剤の投射量に対するファラデーゲージ内のカップ垂直面に帯電付着した金型付着用潤滑剤の付着量の質量比（付着比＝付着量／投射量）で比較した。各金型付着用潤滑剤について５回ずつ行い、平均値を求めた。その結果を下記表２に示す。
尚、図３中、１はファラデーゲージ、２は表面電位計、３は投射ノズル、４はカップ、５は絶縁台、６は摩擦帯電部、７はホースを示し、矢標は金型付着用潤滑剤のエアー搬送方向を示す。

量産性評価試験
実施例１〜９及び比較例１の金型付着用潤滑剤について、気温１５℃、相対湿度３５％の環境下、金型付着用潤滑剤を帯電塗布（旭サンテック（株）製の帯電塗布装置を使用）する方式で、粉末成形プレス機（ヨシズカ（株）製の１００ｔメカプレス）を用いた１００回連続成形試験を行い、成形部品の平均抜出圧及びそのバラツキ（標準偏差σ）を測定した。金型潤滑用材料鉄粉として、（株）神戸製鋼所製のプレミックス鉄粉「３００ＭＨ−２Ｃｕ−０．８Ｃ」を使用した。成形荷重は５０ｔ、成形速度は９ｓＰｍ、密度７．３５ｇ／ｃｍ³ 、金型付着用潤滑剤の投射量を０．０４ｇ／１回とした。また、成形部品の形状は、φ３０ｍｍ×１０ｍｍの円筒部品とした。
また、比較例２の粉末冶金用混合粉末を用いて、同様の１００回連続成形試験を行い、成形部品の平均抜出圧及びそのバラツキ（標準偏差σ）を測定した。
その結果を下記表２に示す。

上記表２に示す結果から明らかなように、本発明の金型付着用潤滑剤（実施例１〜９）は、従来の金型付着用潤滑剤（比較例１）に比べて単位相対電位が高く、帯電性に優れており、また付着比も１．００〜０．８８と高く、定量塗布性にも優れている。

量産性についても、本発明の金型付着用潤滑剤（実施例１〜９）を用いた場合は、従来の金型付着用潤滑剤（比較例１）を用いた場合や、潤滑剤を添加混合したプレミックス鉄粉（比較例２）の場合と比較して、抜出圧が低く、そのバラツキも小さいことから、量産性における信頼性が得られた。特に、実施例３〜８の結果から明らかなように、結晶多形の関係にあるα型とβ型の混在タイプの方が、β型１００％のものに比べて抜出圧のバラツキが小さく、更に優れている。

Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（カルボン酸モノアミド）のα型結晶のＤＳＣチャートである。 Ｎ，Ｎ’−エチレンビス（カルボン酸モノアミド）のβ型結晶のＤＳＣチャートである。 帯電付着性評価試験に用いたファラデーゲージと投射装置の概略図である。

Claims (6)

1. （Ａ）成分としてＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）を含み、該Ｎ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）は、少なくとも結晶型がβ型のＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）を含有するものであることを特徴とする金型付着用潤滑剤。
2. 上記（Ａ）成分であるＮ，Ｎ’−アルキレンビス（カルボン酸モノアミド）の結晶型の含有割合が、α型：β型＝３０：７０〜０：１００である請求項１記載の金型付着用潤滑剤。
3. 更に、（Ｂ）成分としてカルボン酸金属塩を含む請求項１又は２記載の金型付着用潤滑剤。
4. 更に、（Ｃ）成分としてカルボン酸モノアミドを含む請求項１〜３の何れかに記載の金型付着用潤滑剤。
5. 潤滑剤の平均粒径が０．１〜２００μｍである請求項１〜４の何れかに記載の金型付着用潤滑剤。
6. 請求項１〜５の何れかに記載の金型付着用潤滑剤を、粉末冶金用金型内面に帯電付着させた後、粉末冶金を行うことを特徴とする粉末冶金方法。
   

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