JP2010506971A - 熱間鍛造アプリケーション用潤滑剤 - Google Patents

Abstract

１以上の油、グラファイト及び１以上のリン系添加剤を含む熱間鍛造用無鉛潤滑剤であって、さらに１以上の金属潤滑添加剤を含んでいてもよい。また、アルミニウム又はアルミニウム合金を熱間鍛造する方法であって、請求項１の無鉛潤滑剤を熱間鍛造装置に塗布し、該装置内に被加工物を挿入し、該被か鉱物から物品を鍛造する工程を含む熱間鍛造方法であって、さらに、潤滑剤で被加工物をコーティングする工程を含んでいてもよい。

Description

鍛造金属部品は、飛行機、自動車、電子部品等を含む多くのアイテムにおいて種々の部品のために多用される。鉄は、多くの鍛造金属アプリケーションのために選択される典型的な金属であるが、多くの最近のアプリケーションのための好ましい材料は、材料の全体的な重量の軽減の要求に合致させるために、鉄から軽量の合金（例えば、アルミニウム合金）に変化している。近年、良好な作業性を有する高品質の軽量製品の需要が増加し、アルミニウム合金の鍛造技術の使用においても同様に増加している。

金属鍛造作業又はプロセスでは、潤滑剤又は潤滑油は、金属金型と成形される被加工物との間で、それらの間の接着を避けるために、また、金属金型からの鍛造製品の分離能を改善するために、配置されている。適当な潤滑剤は、金型のキャビティでの作動機構を可能とするために及び潤滑剤を再塗布することなく、できるかぎり鍛造工程を連続的に繰り返すことができるために重要である。従来の潤滑剤は、グラファイト添加油溶性潤滑剤並びに合成エステル類、シリコーンオイル、黒鉛、極圧添加剤及び界面活性剤からなる水溶性潤滑剤を含むが、主にアルミニウム合金の鍛造における潤滑剤として使用されている。

従来の潤滑剤を用いたアルミニウム熱間鍛造の要求を満足させることは困難である。アルミニウム熱間鍛造では、既存の油溶性潤滑剤が、例えば、引火性、発煙及び／又は作業場の汚染等の不都合を招く。特に、アプリケーション温度が、アルミニウム熱間鍛造に要求されるような３００℃を超える場合、グラファイトを含有する多くの油溶性が燃焼し、安全でない労働条件及び事故のリスクの増加を引き起こす。さらに、既存の水溶性潤滑剤は、コストの増加、設備投資及び処理の非効率化をもたらす、使用後の水質汚染を制御するための排水処理の必要性を含む不都合を有する。

多くの不燃性添加物は、熱間鍛造における使用のために試験しようとしたが失敗に終わった。例えば、ハロゲン化された製品が試験されたが、それらは、安全性及び環境特性に歓迎されないハロゲン化残留物を生じさせる。マグネシウム−及びホウ酸塩系難燃剤が試験されたが、それらは、潤滑剤特性に悪影響を与える残留物をもたらす。一般的な有機難燃剤は、それらが３００℃を超える温度で機能するように設計されていないため、有効ではない。さらに、アンチモン及びバリウム系製品は、一般に熱間鍛造への適用に効果的でない。

金型の動きを最も容易にする従来の熱間アルミニウム鍛造潤滑剤は、一般に、ナフテン酸鉛及びステアリン酸鉛等の１以上の有機鉛化合物を含む。潤滑剤組成物における鉛の使用は、鉛の大気への放出に起因する健康被害のために嫌われている。アルミニウム熱間鍛造の間、潤滑剤中に存在する有機鉛のいくつかは、大部分の地域及び全国の政府調整機関に受け入れがたい多くの量を空気中に分散する。そのような機関は、多くの産業で鉛の使用を禁止し、それが未だ許容される地域でも、空気中に放出されるかもしれない濃度を厳しく制限している。鉛含有潤滑剤を使い続けるために、熱間鍛造産業では、大気への鉛濃度を許容限度まで低減するために、非常に高価な排気管及び空気濾過を装備することが要求される。そのような排気管及び濾過システムは、多くのアルミニウム熱間鍛造設備に、経済的に実効可能ではない。

従って、アルミニウム及びアルミニウム合金の熱間鍛造産業における使用のための実質的に無鉛潤滑剤を提供することが有利である。そのような潤滑油は、３００℃を超える温度で、優れた潤滑特性を与え、無煙又は非可燃性とすべきである。

本発明は、金属、特にアルミニウム及びアルミニウム合金成分、チタンならびに超合金の熱鍛造又は金属変形において使用される潤滑剤を開示する。その潤滑剤は、１以上の油、黒鉛及び１以上のリン系添加剤を含む。金属潤滑剤、分散剤、増粘剤及び湿潤剤等のさらなる添加物が含有されていてもよい。本発明の潤滑剤は、実質的に鉛を含有せず、３００℃を超える温度に付された場合に燃焼しない。

本発明は、所望の物品のアルミニウム及びアルミニウム被加工物の鍛造において利用されるような熱間鍛造アプリケーションの使用のための潤滑剤を開示する。そのような熱間鍛造アプリケーションは約３００から約６００℃の一般的な温度範囲において煙及び炎を発生しない潤滑剤用材料を必要とする。安全性及び衛生法規に従うために、そのような潤滑剤は実質的に無鉛である。

本発明の潤滑剤は、油を主成分とする潤滑剤である。
使用される油は、実質的に当該分野で公知のいかなる組成物であってもよく、限定されないが、鉱油（例えば、ナフテン酸性、脂肪族、パラフィン性又は蒸気シリンダー油）、植物油（例えば、ヒマワリ油、オリーブ油又は菜種油）、動物性油（例えば、ラード油）、合成油（例えばポリアルファオレフィン及びシリコーン油）、半合成油（例えば、グリセロールトリオレアート）及びそれらの混合物が挙げられる。好ましい油は、植物性、鉱物及び動物性油を含む。そのような油は、テキサコ（英国）によるProcess Oil 1000、Welch, Holm and Clark Co.（米国）によるLard油、BGインターナショナル（米国）によるSoybean油として市販されている。

潤滑剤の第２成分は、グラファイト添加物である。グラファイトは、当該分野で公知のいずれの形態であってもよく、粗い、細かい、加工品、天然物、合成物又はそれらの混合物が挙げられる。潤滑剤のグラファイト成分は、鍛造操作の間、被加工物と金型との間の物理的な分離を与える。粒径１５ミクロン未満の粒子が約９０％で分布する粒径を有するグラファイトが特に好ましい。そのような黒鉛は、Acheson Industries, Inc.により商業的に入手可能である。

１以上のリン系添加物が、潤滑剤に含有される。リン添加物は、高温で潤滑剤の燃焼を低減及び解消する。リンは、例えば、リン酸塩、リン酸エステル、リン酸アミン、リン酸アンモニウム又はそれらの混合物等のいかなる所望の形態であってもよい。１つの好ましいリン系材料は、リン酸エステルである。そのようなリンは、Connect Chemical (F), Ferro（米国）から商業的に入手可能である。
熱間鍛造潤滑剤組成物は、任意に、1以上の金属潤滑添加物を含有していてもよい。金属添加物は、スズ、ビスマス、亜鉛、アルミニウム又はそれらのいずれかの合金を含む金属元素の１以上から選択することができる。

潤滑剤組成物は、例えば、分散剤、流動改変剤、殺生物剤、腐食防止剤、極圧添加物、消泡剤、湿潤剤、金属石鹸及びそれらの混合物を任意に含んでいてもよい。
本発明の潤滑剤は、油を、約１から約９９重量％、好ましくは約１から約７０％、より好ましくは１５から４０重量％の範囲で含有する。潤滑剤は、グラファイトを、約１から約９９重量％、好ましくは約１から約３０％、より好ましくは３から２０重量％の範囲で含有する。潤滑剤は、リン添加剤を、約１から約９９重量％、好ましくは約１から約８０％、より好ましくは３０から８０重量％の範囲で含有する。

本発明のさらなる実施形態では、製品を鍛造する方法を含む。その方法は、鍛造する被加工物又は鍛造装置のいずれか又は双方に無鉛潤滑剤を塗布する工程を含む。被加工物を、鍛造装置及び鍛造される所望の部品に挿入する。鍛造装置を開けると、潤滑剤の存在のために、部品を容易に取り出される。他の実施形態では、被加工物を潤滑剤の塗布の前に挿入し、被加工物及び金型表面に同時に潤滑油をさす。
本発明を、さらに以下の限定されない実施例によって詳細に説明する。

実施例
潤滑剤組成物を、攪拌素練りのような標準的な混合技術によって原料を一緒に十分に混合することによって製造することができる。サンプルの組成物を表１に示す。

表１の潤雑剤組成物を４４０℃±４０℃の温度で熱間鍛造金型に塗布した。金型を一連の熱間アルミニウム鍛造アプリケーションのために利用したが、潤滑剤は、工程中に炎を発生しなかった。さらに、潤滑剤の金型に対する特性及び鍛造アルミニウム部品は良好であった。

本発明の多く修正変更は、その精神及び範囲から逸脱することなく行うことができ、それは当業者にとって明らかである。ここに記述される特定の実施形態は例示として示されるのみであり、本発明は、そのようにクレームされた均等物の全範囲とともに、添付のクレームの用語によってのみ制限される。

Claims (21)

1. １以上の油、グラファイト及び１以上のリン系添加剤を含む熱間鍛造用無鉛潤滑剤。
2. さらに１以上の金属潤滑添加剤を含む請求項１の潤滑剤。
3. １以上の油は、鉱油、植物油、動物油、合成油、半合成油又はそれらの混合物から選択される請求項１の潤滑剤。
4. グラファイトは、粗い、細かい、加工品、非加工品、天然物、合成物又はそれらの混合物からなる群から選択される請求項１の潤滑剤。
5. リン系添加剤は、リン酸塩、リン酸エステル、リン酸アミン、リン酸アンモニウム又はそれらの混合物からなる群から選択される請求項１の潤滑剤。
6. リン系添加剤がリン酸エステルである請求項１の潤滑剤。
7. １以上の金属添加剤がビスマス、亜鉛、すず、アルミニウム又はそれらのいずれかの合金からなる群から選択される請求項２の潤滑剤。
8. １以上の油が、潤滑剤の約１から約９９重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
9. １以上の油が、潤滑剤の約１から約７０重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
10. １以上の油が、潤滑剤の約１５から約４０重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
11. グラファイトが、潤滑剤の約１から約９９重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
12. グラファイトが、潤滑剤の約１から約３０重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
13. グラファイトが、潤滑剤の約３から約２０重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
14. リン系添加剤が、潤滑剤の約１から約９９重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
15. リン系添加剤が、潤滑剤の約１から約８０重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
16. リン系添加剤が、潤滑剤の約３０から約８０重量％で含有される請求項１の潤滑剤。
17. さらに、分散剤、流動改変剤、殺生物剤、腐食防止剤、極圧添加剤、消泡剤、膨潤剤、金属石けん又はそれらの混合物からなる群から選択される1以上を含む請求項１の潤滑剤。
18. 潤滑剤が、約３００℃より高い温度で燃焼しない請求項１の潤滑剤。
19. 潤滑剤が、約３００から約６００℃の温度範囲で燃焼しない請求項１の潤滑剤。
20. アルミニウム又はアルミニウム合金を熱間鍛造する方法であって、請求項１の無鉛潤滑剤を熱間鍛造装置に塗布し、該装置内に被加工物を挿入し、該被加工物から部品を鍛造する工程を含む熱間鍛造方法。
21. さらに、潤滑剤で被加工物をコーティングする工程を含む請求項２０の方法。