JP2007302754A - 水溶性金属加工液 - Google Patents

Abstract

【課題】コバルト含有金属の加工処理に使用するのに適し、防錆性に優れ、コバルト溶出作用が弱く、しかも消泡性に優れる水溶性金属加工液を提供すること。
【解決手段】式（１）の化合物及び式（２）の化合物、

［式中、Ｒ₁、Ｒ₂は、同一であるか又は異なっており、それらのうち一方は、炭素原子数２〜１０のアルキル基、他方は、水素原子、炭素原子数２〜４のヒドロキシアルキレン基又は炭素原子数２〜１０のアルキル基であり、Ｒ₃は炭素数２〜４のアルキレン基である。Ｒは、炭素数７〜２４の飽和の直鎖状又は分枝鎖状の炭化水素基を表し、ｎは、０〜３の整数を表す。］を含有する水溶性金属加工液。
【選択図】なし

Description

本発明は、コバルト含有金属が関与する切削、研削、研磨及び切断加工用の水溶性金属加工液に関する。更に詳しくは、防錆性を備えつつ、コバルト含有金属の及び／又はコバルト含有金属による加工時に発生するコバルトの溶出を抑制するとともに、加工液の泡立ちを抑制することのできる水溶性金属加工液に関する。

コバルト含有金属が種々知られている。例えば、超硬合金は、一般にタングステンカーバイトとコバルトを主成分とした合金であり、広い温度範囲で、硬さ、強さ、靱性等に優れた特性を示し、工具材や構造材等として広く用いられている。また、サマリウムコバルト合金はサマリウムとコバルトを主成分とし、高保磁力と優れた熱安定性を有しており、永久磁石として使用されている。このようなコバルト含有金属が関与する金属加工においては、冷却効果等を得るために水溶性の金属加工油剤（以下油剤という）が使用されるが、油剤は防錆力の向上や、ｐＨの維持等のため、無機アルカリもしくはモノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン等のアルカノールアミンを含むのが一般的である。

しかしながら、無機アルカリを含む油剤は、防錆力が弱く、依然として発錆の問題がある。一方、アルカノールアミンは、コバルト含有金属からのコバルトの溶出を促進するという作用がある。溶出したコバルトを含んだ油剤は、一般に粘着性が増し、また金属に対する腐食性が増大する。このため、コバルト含有金属を被削材とする加工において加工機等の周辺装置の可動部に油剤が付着すると、それらが腐食して、装置の円滑な動作が妨げられる。また、超硬合金を工具とする加工では、コバルトを含んだ油剤が工具治具間に滲入して工具の脱着に支障をきたすといった問題が生じている。これに対し、Ｎ−アルキルアルカノールアミンの中には、コバルト溶出作用が弱いアミンがあることも知られている（特許文献１）。しかしながら、それらコバルト溶出作用が弱いアミンを用いると、一般に油剤の発泡性が高くなってしまうことが判明しており、発泡性の高い油剤は、金属加工の作業性を低下させるという問題がある。

特開平８−２７７３９８号公報

本発明は、コバルト含有金属、例えば、コバルト含有金属の超硬合金やサマリウムコバルト合金が関与する金属加工処理に使用するのに適した水溶性金属加工液であって、防錆性に優れ、コバルト溶出作用が弱く、しかも消泡性に優れるという特徴を備えた水溶性金属加工液を提供することを目的とする。

本発明者は、Ｎ−アルキルアルカノールアミン（油剤の発泡性を高める作用を有する）に、特定範囲の１価の直鎖又は分枝鎖の飽和アルコール又はそのエチレンオキサイド付加物を配合することにより、防錆性と低コバルト溶出という好ましい性質を維持しつつ、従来困難であった優れた消泡性という作用を付与することに成功し、これに基づき本発明の水溶性金属加工液を発明するに至った。

すなわち本発明は、以下の水溶性金属加工液を提供する。
（１）一般式（１）、

［式中、Ｒ₁、Ｒ₂は、同一であるか又は異なっており、それらのうち一方は、炭素原子数２〜１０のアルキル基、他方は、水素原子、炭素原子数２〜４のヒドロキシアルキレン基又は炭素原子数２〜１０のアルキル基であり、Ｒ₃は炭素数２〜４のアルキレン基である。］で示されるアミンを１種または２種以上含有するとともに、一般式（２）、

［Ｒは、炭素数７〜２４の飽和の直鎖状又は分枝鎖状の炭化水素基を表し、ｎは、０〜３の整数を表す。］で示されるアルコール又はアルコール誘導体を１種または２種以上更に含有する水溶性金属加工液。
（２）Ｒ₁及びＲ₂が、水素原子、シクロヘキシル基、ｎ−ブチル基、sec−ブチル基、ｔ−ブチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基、プロピル基及びイソプロピル基よりなる群より選ばれるものである、上記１の水溶性金属加工液。
（３）該アミンが、Ｎ−シクロヘキシルモノエタノールアミン、Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジｎ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジｔ−ブチルモノエタノールアミン、及びＮ，Ｎ−ジエチルプロパノールアミンよりなる群より選ばれるものである、上記１の水溶性金属加工液。
（４）該アミンを０．０７〜５０重量％含有するものである、上記１ないし３の何れかの水溶性金属加工液。
（５）該アルコール及び／又は該アルコール誘導体を０．００５〜５０重量％含有するものである、上記１ないし４の何れかの水溶性金属加工液。

本発明によれば、コバルト合金が関与する金属加工に使用するための、防錆性と低コバルト溶出性を備えつつ、優れた消泡性を実現した水溶性金属加工液を得ることができる。

本発明において、Ｒ₁及びＲ₂について「アルキル基」というときは、直鎖状アルキル基のみならず、分枝を有するアルキル基、シクロアルキル基、及び、環状部分を一部に含む飽和炭化水素基を包含する。従って、上記一般式（１）のアミンにおいて、Ｒ₁、Ｒ₂の少なくとも一方がとる炭素数２〜１０のアルキル基は、直鎖状アルキル基のみならず、シクロアルキル基、分枝を有するアルキル基、及び環状部分を一部に含む飽和炭化水素基であってよい。そのような炭素数２〜１０のアルキル基の例としては、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ｎ−ブチル基、ｔ−ブチル基、sec−ブチル基、シクロヘキシル基が特に好ましいものとして挙げられるが、これらに限定されない。

また上記一般式（１）のアミンにおいて、Ｒ₁、Ｒ₂の他方がとることのある炭素原子数２〜４のヒドロキシアルキレン基の例としては、ヒドロキシエチル基が特に好ましいものとして挙げられるが、これに限定されず、ヒドロキシプロピル、ヒドロキシｎ−ブチルその他、炭素原子数２〜４のヒドロキシアルキレン基から適宜選択して採用することができる。

また上記一般式（１）のアミンにおいて、Ｒ₃である炭素原子数２〜４のアルキレン基の例としては、エチレン基が特に好ましいものとして挙げられるが、これに限定されず、ブチレン基、プロピレン基その他、炭素原子数２〜４のアルキレン基から適宜選択して採用することができる。

上記一般式（１）のアミンの具体例としては、Ｎ−シクロヘキシルモノエタノールアミン、Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジブチルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルプロパノールアミンが好ましいものとして挙げられる。これらのうち、特に好ましいのは、Ｎ−シクロヘキシルモノエタノールアミン、Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルモノエタノールアミンである。

本発明に用いる上記一般式（２）のアルコール及びアルコール誘導体は、飽和の炭化水素基Ｒの炭素数が７〜２４であることが好ましい。これは炭素数が６以下では目的とする消泡性が得られず、２４を超えると溶解性が低下するためである。炭素数は７〜２０であることがより好ましい。基Ｒの好ましい具体例としては、ｎ−ヘプチル基、ｎ−オクチル基、ｎ−ノニル基、ｎ−デシル基、その他の直鎖状の基、並びに、２−ヘプチル基、２−オクチル基、２−ノニル基、２−デシル基、sec-Ｃ12〜15アルキル基等の第二級アルキル基、２−エチルヘキシル基、２−ブチルオクチル基、２−ヘキシルデシル基、２−ヘキシルドデシル基、２−オクチルデシル基、２−オクチルドデシル基、その他の分枝鎖状の第一級アルキル基が挙げられるがこれらに限定されない。これらのアルコールにエチレンオキサイドが付加したアルコール誘導体である場合、１分子あたりのエチレンオキサイド単位の個数は３個までとするのが好ましい。その範囲内であれば優れた消泡効果が得られるが、これを超えると十分な効果が得られなくなるためである。

上記アルコール又はアルコール誘導体の具体例としては、ｎ−ヘプタノール、ｎ−オクタノール、ｎ−ノナノール、ｎ−デカノールその他の直鎖状アルコール、２−ヘプタノール、２−オクタノール、２−ノナノール、２−デカノール、sec-Ｃ12〜15アルカノールその他の分枝鎖状の第二級アルコールである分枝鎖状、及び、２−エチル−１−ヘキサノール、２−ブチル−１−オクタノール、２−ヘキシル−１−デカノール、２−ヘキシルー１−ドデカノール、２−オクチル−１−デカノール、２−オクチル−１−ドデカノールその他の分枝鎖状の第一級アルコール、並びにこれらの直鎖状及び分枝鎖状アルコールのエチレンオキサイド付加物例えば、エチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル、トリエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル及びトリエチレングリコールsec-Ｃ12〜15アルカノール等が挙げられるがこれらに限定されない。これらのうち特に好ましいものには、エチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテル及びジエチレングリコールモノ２−エチルヘキシルエーテルが含まれる。

本発明の水溶性金属加工液における上記一般式（１）のアミンの濃度は、好ましくは、０．０７〜５０重量％以下（より好ましくは０．１〜３０重量％、更に好ましくは０．１〜１０重量％）である。これは、アミンの濃度が０．０７重量％以上であれば十分な防錆性が得られ、また濃度が５０重量％以下であれば、液のｐＨが高くなりすぎることもなく、作業者の手荒れ等の問題が生じることもないからである。

本発明の水溶性金属加工液における上記一般式（２）のアルコール及び／又はアルコール誘導体の濃度は、好ましくは０．００５〜５０重量％（より好ましくは０．００５〜３０重量％、更に好ましくは０．００５〜１０重量％）である。これは、該アルコール及び／又はアルコール誘導体の濃度０．００１重量％以上で十分な消泡性が得られ、また濃度５０重量％以下とするのが経済的だからである。

本発明の水溶性金属加工液は水溶液状であり、金属加工時に求められる性能に応じて、その元々の濃度もしくは適宜の希釈倍率（通常は、５〜１００倍）で水で希釈して使用に供することができる。本発明の水溶性金属加工液の使用時における（即ち、該当する場合水で希釈した後の）上記アミンの濃度は通常０．０７重量％以上であり、使用時における上記アルコール及び／又はアルコール誘導体の濃度は通常０．００５重量％以上あれば十分である。

上記一般式（１）で表されるアミンと上記一般式（２）のアルコール及び／又はアルコール誘導体を含有する本発明の水溶性金属加工液中には、各種のカルボン酸、鉱物油、極圧添加剤、無機塩類、消泡剤、防腐剤、防食剤、香料、染料等を、消泡性、防錆性並びに低コバルト溶出性を損なわない範囲において適宜配合して調製し、使用することができる。

本発明の水溶性金属加工液中に配合することのできる上記カルボン酸の例としては、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ステアリン酸、アジピン酸、セバシン酸、ドデカン二酸等が挙げられる。

本発明の水溶性金属加工液中に配合することのできる上記鉱物油の例としては、スピンドル油、マシン油、シリンダー油、タービン油等が挙げられる。

本発明の水溶性金属加工液中に配合することのできる上記極圧添加剤の例としては、塩素系、硫黄系、リン系等が代表的である。具体的には、塩素系としては、例えば、塩素化パラフィン、塩素化脂肪酸、塩素化脂肪油等が挙げられる。硫黄系としては、例えば、硫化オレフィン、硫化ラード、アルキルポリサルファイド、硫化脂肪酸等が挙げられる。リン系としては、例えば、リン酸エステル（塩）系、亜リン酸エステル（塩）系、チオリン酸エステル（塩）系、ホスフィン系、リン酸トリクレジル等が挙げられる。

本発明の水溶性金属加工液中に配合することのできる上記無機塩類の例としては、リン酸塩、炭酸塩等が挙げられ、具体的には、リン酸ソーダ、リン酸カリウム、炭酸ソーダ、炭酸カリウム等が挙げられる。

また、本発明の水溶性金属加工液には、コバルト溶出抑制力をさらに向上させるために、コバルト溶出抑制剤を添加することができる。コバルト溶出抑制剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール、トリルトリアゾール、１−メチルトリアゾール等のトリアジン系コバルト溶出抑制剤、ベンズイミダゾール等のイミダゾール系コバルト溶出抑制剤、２−メルカプトベンゾチアゾール等のチアゾール系コバルト溶出抑制剤等が挙げられる。

以下、実施例および比較例に基づいて更に本発明を具体的に説明するが、本発明が実施例に限定されることは意図しない。

〔実施例１〜２２、比較例１〜１７〕
表１に略号を示す各種のアミン及び表２に略号を示す各種のアルコール又はアルコール誘導体その他の材料を用いて、表３及び４に示す実施例１〜２２及び表５及び６に示す比較例１〜１７の水溶性金属加工液を調製した。水溶性金属加工液のｐＨは、比較例５については１１．４、比較例１０については８．５に調整し、他の比較例及び実施例については、１０．０に調整した。ｐＨ調整には、表３〜６にあるとおり、セバシン酸を使用した。

＜コバルト溶出抑制試験＞
上記実施例及び比較例の各水溶性金属加工液５０ｇ中に、超硬合金の研削粉０．５ｇを添加し、４０℃下で一週間静置後、Ｎｏ．２のろ紙を用いてろ過し、ろ液中のコバルト濃度を原子吸光光度計により測定し、次の基準により水溶性金属加工液としての適否をコバルトの溶出面から評価した。結果を表３、４及び表５，６の下段に示す。なお、用いた超硬合金の組成は次のとおりであった（堀場製作所社製「エネルギー分散型X線分析システム（ＥＤＸ）」により測定）：チタン（Ｔｉ）５．６％、コバルト（Ｃｏ）７．７％、ストロンチウム（Ｓｒ）０．５％、タンタル（Ｔａ）８．６％、タングステン（Ｗ）５２．３％、残部は酸素、炭素等。
［コバルト（Ｃｏ）溶出抑制の評価基準］
適合（○）：コバルト溶出濃度が１０ｐｐｍ未満
不適（×）：コバルト溶出濃度が１０ｐｐｍ以上

＜消泡試験＞
上記実施例及び比較例の各水溶性金属加工液５００ｍｌを、容量１４００ｍｌの家庭用ミキサーに入れて、２５℃下で１分間激しく攪拌した直後の発泡体積を測定し、次の基準により水溶性金属加工液としての適否を消泡性の面から評価した。結果を表３、４及び表５、６の下段に示す。なお、ここに「発泡体積」とは、泡を含んだ液の体積と発泡前の液の体積との差をいう。
［消泡性の評価基準］
適合（○）：発泡体積が５００ｍｌ未満
不適（×）：発泡体積が５００ｍｌ以上

＜防錆試験＞
φ５０ｍｍのシャーレに、上記実施例及び比較例の各水溶性金属加工液を入れ、鋳物切粉５ｇを浸漬し、１０分放置後液を切り、温度３０℃、湿度８０％の環境下で放置し、発錆状態を目視で観察し次の基準により水溶性金属加工液としての適否を防錆性の面から評価した。結果を表３、４及び表５、６の下段に示す。
た。
［防錆性の評価基準］
適合（○）：７２時間以上発錆なし
不適（×）：７２時間以内で発錆

上記の結果は、実施例１〜２２の水溶性金属加工液が、コバルト溶出抑制、消泡性及び防錆性のすべてについて優れた効果を有し、従って、コバルト含有金属の関与する金属加工において用いるに適した優れた加工液を与えるものであることを示している。

本発明によれば、コバルト含有金属が関与する金属加工に使用するための、防錆性と低コバルト溶出性を備えつつ、優れた消泡性を実現した水溶性金属加工液を得ることができる。

Claims (5)

1. 一般式（１）、
   

   

   
   ［式中、Ｒ₁、Ｒ₂は、同一であるか又は異なっており、それらのうち一方は、炭素原子数２〜１０のアルキル基、他方は、水素原子、炭素原子数２〜４のヒドロキシアルキレン基又は炭素原子数２〜１０のアルキル基であり、Ｒ₃は炭素数２〜４のアルキレン基である。］で示されるアミンを１種または２種以上含有するとともに、一般式（２）、
   

   

   
   ［Ｒは、炭素数７〜２４の飽和の直鎖状又は分枝鎖状の炭化水素基を表し、ｎは、０〜３の整数を表す。］で示されるアルコール又はアルコール誘導体を１種または２種以上更に含有する水溶性金属加工液。
2. Ｒ₁及びＲ₂が、水素原子、シクロヘキシル基、ｎ−ブチル基、sec−ブチル基、ｔ−ブチル基、エチル基、ヒドロキシエチル基、プロピル基及びイソプロピル基よりなる群より選ばれるものである、請求項１の水溶性金属加工液。
3. 該アミンが、Ｎ−シクロヘキシルモノエタノールアミン、Ｎ−シクロヘキシルジエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｔ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジエチルモノエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルジエタノールアミン、Ｎ−ｎ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジプロピルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジｎ−ブチルモノエタノールアミン、Ｎ，Ｎ−ジｔ−ブチルモノエタノールアミン、及びＮ，Ｎ−ジエチルプロパノールアミンよりなる群より選ばれるものである、請求項１の水溶性金属加工液。
4. 該アミンを０．０７〜５０重量％含有するものである、請求項１ないし３の何れかの水溶性金属加工液。
5. 該アルコール及び／又は該アルコール誘導体を０．００５〜５０重量％含有するものである、請求項１ないし４の何れかの水溶性金属加工液。