JPH01282295A - 金属加工用潤滑油組成物およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野１ 本発明は、塑性加工前に金属材料に塗布するのみで金属
材料の塑性加工を容易にし、がっ、鉄系材料に対して腐
蝕性の低い高性能の潤滑油組成物およびその製造法に関
する。

［従来の技術］ 従来、鋼の冷間塑性加工のＴＩＪ滑法として、下記の方
法が広く用いられている。

りん酸塩皮膜上に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法が
ある。この潤滑法が多用されている理由はこの潤滑法に
より形成される皮膜が、加工性能に優れているためであ
る。例えば冷間塑性加工品に施した場合、金型とワーク
との間の焼付き防止に優れている。またこの潤滑法は複
雑な形状の物や、加工条件の厳しい物にも適用できる。

上記以外の潤滑法として、ベースオイルに硫黄系添加剤
、りん系添加剤もしくはジアルキルジチオりん酸亜鉛（
ＺｎＤＴＰ）などを配合した市販または発表済の潤滑油
を使用する方法がある。この方法では、冷間塑性加工を
行うにあたり、上記りん酸塩皮膜上に金属石けん皮膜を
形成する潤滑法のように、冷間塑性加工の前にワークに
皮膜を形成させておく必要がなく、冷間塑性加工前にベ
ースオイルに硫黄系添加剤、りん系添加剤もしくはジア
ルキルジチオりん酸亜鉛（ＺｎＤＴＰ）などを配合した
潤滑油を加工部にスプレーなどで供給するだけでよい。

したがって、この方法は、下記するようなりん酸塩皮膜
上に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法の間ｍ点、すな
わち、全冷間加工ラインを自動化できないとか、スラッ
ジおよびスケールの除去および廃棄作業や金属石けん処
理液の廃液処理作業が必要となる等の問題点を解決でき
るという長所を有する。

［発明が解決しようとする課題］ りん酸塩皮膜に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法では
、冷間塑性加工を行う前にりん酸塩皮膜とこのりん酸塩
皮膜の上に金ｊｌ′ＥＪけん皮膜を形成させる処理をあ
らかじめ施さ・なくてはならない。

この処理は、酸洗→水洗→りん酸塩皮膜処理→水洗→中
和→金属石けん皮膜処理→乾燥といりた工程から成り、
大変繁雑な操作によって行われる。

したがって、この皮膜処理は、材料の切断から冷間塑性
加工に至る加工ラインに連続的に組込むことができず、
別個の独立した工程としなければならない。このため、
この潤滑法を用いた冷間塑性加工ラインでは、材料の切
断と冷間塑性加工との間で、かかる皮膜処理のために冷
間塑性加工ラインの流れが中衛してしまい、全冷間塑性
加工ラインを自動化することができない。このことは、
現在の生産現場に課せられている、必要な品物を、必要
な量だけ、必要な時に供給するという要求に対処するう
えで大きな問題となっている。また、りん酸塩皮膜処理
の工程においては、スラッジおよびスケールが生成する
ため、これらの除去および廃棄作業が必要である。更に
、金属石けん皮膜処理の工程においても、金属石けん処
理液の廃液処理作業が必要である。それゆえ、りん酸塩
皮膜上に金属石けん皮膜を形成させる潤滑法には、多大
な労力、経費、時間を必要とするという問題点がある。

ベースオイルに硫黄系添加剤、りん系添加剤もしくはジ
アルキルジチオりん酸塩（Ｚｎ［）ＴＰ）などを配合し
た潤滑油を使用する方法は、冷間塑性加工を行った場合
の焼付き防止性能、すなわち加工性能が、りん酸塩上に
金属石けん皮膜を形成させる潤滑法に比べてはるかに劣
るという問題がある。それゆえ、この方法は、加工条件
のおだやかなものにしか適用できないという欠点を有す
る。

この方法による焼付き防止性能の低さは、油膜および冷
間塑性加工中に生成する反応皮膜や吸１ｕｌｌだしりに
依存して焼付き防止が行われることに起因する。

材料表面に反応皮膜や吸着膜を生成し易い、無機酸や酸
性りん酸エステルなどの反応性の高い物質を配合した潤
滑油がある。しかしながらこの種の物質は、生産現場の
プレスおよびその周辺の装置の部品に一般的に用いられ
ている鉄系の材料に対して腐蝕性が高いという性質を有
しているという問題がある。

本発明は、繁雑な前処理を必要とせず加工時に金属材料
表面に塗布するだけでよく、かつりん酸塩皮膜に金属石
けん皮膜を形成させるのと同等もしくはそれ以上の、金
属材料塑性加工を容易にし、鉄系材料に対して＠触性の
低い高性能な金属加工用潤滑油組成物およびその製造方
法の技術的課題を解決するものである。

［Ｘ１題を解決するための手段］ 本発明の金属加工用潤滑油組成物は、鉱油、合成油また
はこれらの混合油に、りん酸エステルをりん濃度で０．
１重量％以上と正りん酸をりん濃度で０．１％重Φ％以
上および金属りん酸塩をりん濃度で０．０１重饋％以上
配合し、８０℃以上に加熱することにより、りん酸エス
テルと正りん酸と金属りん酸塩を溶解したものである。

本発明の鉱油、合成油またはこれ等の混合油は本組成物
の主要成分（ベースオイル）となるものである。

りん酸エステルとしては、トリブチルホスフェート、ト
リオクチルホスフェート、トリオレイルホスフェート、
ジブチルホスフェート、ジオクチルホスフェート、モノ
ブチルホスフェート、モノデシルホスフェート等または
、ジエステルとモノエステルとの混合物であるオクチル
アシッドホスフェート、デシル７シツドホスフエート、
オレイルアジッドホスフェート等を使用することができ
る。

また、正りん酸は通常の市販品である水溶液でよく、水
分量は問わない。

また金属りん酸塩としては、りん酸カルシウム。

りん酸マンガン、りん酸鉄、りん酸亜鉛などが使用でき
る。

ベースオイルに配合するりん酸エステルは、りん１度で
０．重量量％以上、好ましくは０．５〜５重Ｍ％の範囲
であり、正りん酸は、りん濃度で０．１重量％以上、好
ましくは０．３〜５重置％の範囲であり、金属りん酸塩
は、りん濃度で０゜０１重橿％以上、好ましくは０．０
１〜０．５重量％の範囲であり、残部はベースオイルで
ある。

りん酸エステルおよび正りん酸ともりん重量度で０゜１
重量％以下となると、添加の効果が低下する。

また、両者とも５重厘％以上となると性能はもはや向上
せず、経済的にも好ましくない。

また金属りん酸塩の配合量がりん濃度で０．０１重世％
以下では腐蝕抑υノ効果が低く、０．５垂量％以上とな
ると加工性能が低下して好ましくない。

上記りん酸エステル、正りん酸および金属りん酸塩を配
合した潤滑油組成物を加熱処理する温度は、８０℃以上
であり、好ましくは１００〜２００℃の範囲である。加
熱処理の時間は加熱温度に依存して決まり、？ｓ温であ
れば短時間でよく低温では長時間必要であるが、最低限
３分以上、好ましくは１５分以上必要である。加熱温度
が８０℃以下および加熱時間が３分以下では性能の向上
が小さい。加熱温度が２００℃を越えるとベースオイル
が鉱油の場合ベースオイルの劣化を生じるようになり、
また、性能ももはや向上しないため経済面からも好まし
くない。加熱処理中、撹拌機等により撹拌しても、また
静置してもよいが、密閏系よりも開放系である方が望ま
しい。加熱処理後未溶解の金属りん酸塩が、残存する場
合にはろ過により取除く、その後は、手法を限定せず室
温にまで冷却すればよい。

なお、本発明の潤滑油組成物には、必要に応じて、添加
剤の溶解性を改善するための相溶剤、分散性を向上させ
るための分散剤、ｒｌＪ滑油組成物の熱安定性を向上さ
せるための酸化防止剤を配合してもよい。

［発明の作用］ 本発明で使用される正りん酸は水溶液である。

したがって、りん酸エステルと正りん酸とをベースオイ
ルに加えただけの潤滑油組成物は不均一溶液となる。そ
して、りん酸エステルは主に油相に、正りん酸は主に水
相に溶解している。それゆえ、りん酸エステルと正りん
酸との相互作用は小さい。

この１倒滑油組成物を加熱処理すると水分が蒸発し、潤
滑油組成物中の水分は減少する。そのため、りん酸エス
テルと正りん酸との相互作用が大きくなり、りん酸エス
テルと正りん酸との水素結合による会合が進行する。り
ん酸エステルと正りん酸との会合の度合いは、加熱温度
が高いほど、また、加熱時間が長いほど大きく、会合が
飽和に達するまで増大する。

りん酸エステルと正りん酸との会合体は、１２重量のり
ん酸エステルおよび正りん酸に比べて、鋼に対する反応
性が著しく大きい。したがって、りん酸エステルおよび
正りん酸をベースオイルに配合し、加熱処理を施した本
発明の潤滑油組成物を鉄鋼材料の表面に１！布し加工す
ると、材料表面に多量のりん酸鉄系の強固な反応皮膜を
生成する。

また金属りん酸塩は、それだけではベースオイルに対し
てほとんど溶解しない。しかし、りん酸エステルおよび
正りん酸の共存の下に３者の会合体もしくは錯体を形成
することにより溶解することができる。金属りんｌＩＩ
塩は、金属にたいして反応性が低い。したがって、加工
時のように反応時間が短い場合には、材料表面とほとん
ど反応せず、りん酸エステルおよび正りん酸と材料表面
との反応を阻害することはない。しかし、長時間油と金
属とが接触する場合には、油の組成と金属表面の性状と
の兼合いによって、安定な被膜を金属表面に生成し、り
ん酸エステルならびに正りん酸と金属との過ＩＩな反応
および反応皮膜の脱落・溶解を防ぐことができる。

得られる反応皮膜は、従来の塗布型の潤滑油組成物とか
単にベースオイルにりん酸エステルおよび正りん酸を混
合しただけのｍ滑油組成物によって得られる反応皮膜に
比較し冷間塑性加工における潤滑性が優れている。

［発明の効果］ 本発明の潤滑油組成物は、金属表面に対する反応性が著
しく大きいため、塗布するだけで加工にともない迅速に
、十分な強度を持つた吸着ｍ、ｔｔよび反応皮膜を材料
表面に生成させることができる。

またこの潤滑油組成物には金属表面に対する過剰な反応
を抑制する作用がある。得られる反応皮膜は金属の冷間
塑性加工における焼付きを防止するのに適している。し
たがって、本発明のｌＩＩ滑油組成物を用いると、鉄系
の材料に対して腐蝕性が低く、かつ従来の潤滑油では加
工できなかった条件の厳しい加工条件で製造される製品
にも適用することができる。

し実施例］ 以下実施例により本発明を説明する。

［実施例１］ ４０℃において９６ｃＳｔの動粘度を有するパラフィン
系鉱油と、りん酸エステルとしてオレイルアシッドホス
フェートおよび正りん酸を使用し、金属りん酸塩にはり
ん酸カルシウム、りん酸マンガン、りん酸鉄およびりん
酸亜鉛を使用し、第１表に示すＮ００１からＮｏ、８の
８種類の潤滑油組成物を調製した。なお、第１表中の括
弧中の数字は重邑％で示したりん濃度であり、それらの
りん重量度になるように上記りん酸エステルおよび正り
ん酸を配合したものである。

次に、これらの潤滑油組成物によって得られる付着皮膜
または／および反応皮膜の鍛造性能をボール通し試験に
よって評価した。第１図にボール通し試験に使用した装
置の構成を示す。この装置は内周径３０１ｍの貫通孔を
もつ高速度工具ｇｉｌ製のダイス４０貫通孔中に外周径
３０１で内周径の異なる種々の筒状試験片１を配置し、
貫通孔の一端にカウンタバンチ５を他端に直径の異なる
ボール２を配置し、２５０トンのナックルジョインドブ
第１表 （以下余白） レスでボール２を試験片１の中心孔中に圧入し、ボール
２と試験片１との焼付き程度を試験するものである。試
験片１としては第２表に示す、機械構造用炭塵！１（Ｓ
ＩＯＣ）製の内周径が１４．５０ＩＩｍおよび１５．０
０＋ｓ＋の２種類の試験片を使用し、各試験片の表面に
第１表に示した各潤滑油組成物の１つを塗布したものと
した。ボール２としては直径１５．８８ｇｍ、　１６．
６７１ｍおよび１７゜４６−の軸受用鋼（ＳＵＪ２）製
の３種類のボールを使用した。そしてボール２の直径（
ｄｂ）および試験片１の内径（ｄ　ｉ　）を第２表のご
とく組合わせることにより、減面率（Ｒ） （ここで、Ｒ−（（ｄｂ”　−ｄ　ｉ　２）／　（３０
２−ｄｉ”））ｘｌｏｏ（％））の値を、４．６゜８．
１０．１２．１４％とする冷間塑性加工試験を行なった
。減面率の値が大きいほど加工条件が厳しく焼付きが起
こり易い。したがって潤滑油組成物の対加工性能の評価
は、加工後の試験片内面を目視観察し、焼付きが発生す
ることなく加工できた最大の減面率（Ｒｍａｘ）によっ
て行った。

第２表 ｄｂ：ボール直径 ｄｌ：試験片内径 Ｒ：ｇｉｆｆｆｉ率（Ｒ−（（ｄｂ’−ｄｉ’）／（３
０ｔ−ｄｉ’））Ｘ１００］第３表 Ｒｍａｘの値が大きい潤滑油組成物はど鍛造性能が高い
ことを意味する。、なお、試験温度は室温である。

第３表に試験結果を示す。比較例１はりん系の添加剤を
含む市販品である。この結果から、りん酸エステルと正
りん酸および金属りん酸塩とを鉱油に配合し加熱処理を
施した本発明の潤滑油組成物（Ｎｏ、１．２．３．４）
は、りん酸エステルと正りん酸とを同様に配合し加熱処
理を施したもの（Ｎｏ、５）と、りん酸エステルと正り
ん酸のどちらか一方だけ、もしくは両者を配合しただけ
で加熱処理を施さないもの（Ｎｏ、６．７．８＞に比べ
てＲｍａｘの値が大きくなっている（ＲｍａＸのＪａ：
Ｎｏ、１〜５＞Ｎｏ、５．＞ｒｓＪｏ。７゜Ｎｏ、８）
。したがって本発明の潤滑油組成物の対塑性加工性能は
明らかに向上していることが分かる。

また比較例１の市販品に比べても明らかに加工性能が優
れていることがわかる。

第４表に、ボール通し試験後の試験片表面のＥＰＭＡ　
（Ｘ線マイクロアナライザ）による元素の定犠分析結果
を示す。検出元素は、りん、酸素および亜鉛である。

第４表の結果から、本発明の加熱処理を施したもの（Ｎ
ｏ、４．５＞は加熱処理をしないもの（Ｎｏ、６）に比
べて、加工物表面におけるりん酸鉄が主成分と考えられ
る反応皮膜の生成量が著しく多いことがわかる（りん、
Ｉ？素の量が多い）。

この様に加熱処理を施した潤滑油の高い反応性（加熱処
理により生成（〕たりん酸エステルと正りん酸との会合
体に起因する）が優れた加工性能に寄与していることは
明らかである。また、本発明の潤滑油組成物であるりん
酸亜鉛を配合しだらの（Ｎｏ、４）において亜鉛はほと
んど検出されていない。したがって、加工時のような短
い反応時間内においては、りん酸亜鉛つまり金属りん酸
塩は鉄表面との反応にあまり関与せず、りん酸エステル
および正りん酸による有効な反応皮膜のりん酸鉄生成反
応を阻害しないことが分る。

［実施例２］ 第４表 第５表 １　＋：重量増加、−：重量減少 ２　Ｑ：穏やか、Δ：若干の荒れ有り、Ｘ：激しい荒れ
有り３　ランク　５１５：鉄片のφω変化なく、表面状
態も変化なし４１５：鉄片のＩＩＩは増加し、表面状態
も穏やか３１５：鉄片のｆｆ１ｆｌは増加し、表面に若
干の荒れ有り２１５：鉄片の＠髄は増加し、表面に激し
い荒れ有り１．１５：ａ片の重量は減少し、表面状態は
穏やか０１５：鉄片の重量は減少し、表面に有れ有り第
１表に示した潤滑油の鉄系材料に対する腐蝕性を静的腐
蝕試験によって検討した。

これは、試料油に５ｐｃｃ製の鉄片を静かに浸漬して１
週間保ち、鉄片の重量変化および表面状態の変化を観察
するものである。試料油の最に対する鉄片の表面積の比
率は、試料油１ｇ、当たり鉄片０．３７ｃ１である。ま
た、恒温槽内で試験することにより、試料油および鉄片
の温度を一定に保った。

第５表に試験結果を示す。りん酸エステルおよび正りん
酸のみを鉱油に配合し加熱処理を施したもの（Ｎｏ、５
）およびりん系の添加物を含む市販品である。比較例１
では、鉄片が溶けだすことにより重量が減少し、激しい
腐蝕を生じている。

それにたいして、りん酸エステル、正りん酸および金属
りん酸塩を配合した本発明の潤滑油組成物（Ｎｏ、１．
２．３．４＞では、鉄片の重量は減ることはなく９表面
に添加剤による皮膜が生じる弁型ｄは増加している。そ
の中でも特に、りん酸鉄を配合したもの（Ｎｏ、３）お
よびりん酸亜鉛第６表 を配合したもの（Ｎｏ、４＞は表面状態も穏やかである
。したがって、りん酸エステル、正りん酸を配合したも
のに更に金属りん酸塩を配合することによって、鉄系材
料に対する腐蝕性が改善されることは明らかである。

第６表に、静的腐蝕試験侵の試験片表面のＥＰＭＡによ
る元素の定量分析結果を示す。検出元素は、りん、酸素
および亜鉛である。

第６表の結果から、本発明の潤滑油組成物であるりん酸
亜鉛を配合したもの（Ｎｏ、４）はりん酸亜鉛を配合し
ていないもの（Ｎｏ、５）と異なり、りん、と酸素のみ
ならず亜鉛も検出されている。したがって、長時開演と
鉄片とが接触する場合には、りん酸亜鉛つまり金属りん
酸塩は鉄表面第７ａ 第８表 不−Ａ剛遜ＩＮ：ンｂｔ と反応に関与して油中に溶解もしは脱落しにくい安定な
皮膜を生成し、それによって腐蝕を抑制することが分る
。

［実施例３］ 実施例１と同じ鉱油に、りん酸エステル、正りん酸およ
び金属りん酸塩を配合し、加熱・かくはんするこによっ
て、第７表に示す潤滑油を作製した。りん酸エステルと
してはオレイルアシッドホスフェートを、また金属りん
酸塩としてはりん酸鉄を用いた。オレイルアシッドホス
フェートおよび正りん酸の配合量は一定であり、りんＭ
鉄の配合はを変化させた。

第７表に示した潤滑油の加工性能を実施例１と同様にボ
ール通し試験によって評価した。その結果を第８表に示
す。

第８表の結果から、りん酸鉄をりん濃度比０゜０３重間
％と極少憬配合しただけでも（Ｎｏ、９）鉄片の申ωは
減ることがなく腐蝕性が改善されている。また、配合量
が増えるに伴い表面状態も穏やかとなり腐蝕性はより抑
制されていることがわかる。しかし、配合量をあまり増
やし過ぎるとＮ０重量２のりん酸鉄がりん濃度で０．１
５重置％の場合のようにボール通し試験においてＲｍａ
ｘ−８％と加工性に低下をきたすことになる。したがっ
て、潤滑油が適用される状況、つまり潤滑油に要求され
る性能および用途に応じて金属りん酸塩の配合量を選定
する必要がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、ボール通し試験に使用した型の構成の概略を
示す断面図である。 １・・・試験片　　　　　２・・・ボール３・・・バン
チ　　　　　４・・・ダイス５・・・カウンターパンチ 特許出願人　株式会社豊田中央研究所 同　　　日本電装株式会社 同　　　１日ケミカルエンジニアリング株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）鉱油、合成油またはこれらの混合油と、りん酸エ
   ステルと正りん酸および金属りん酸塩とを含有すること
   を特徴とする金属加工用潤滑油組成物。
2. （２）鉱油、合成油またはこれらの混合油に、りん酸エ
   ステルをりん濃度で０．１重量％以上と正りん酸をりん
   濃度で０．１重量％以上と金属りん酸塩をりん濃度で０
   ．０１重量％以上とを配合し、８０℃以上に加熱するこ
   とにより、りん酸エステルと正りん酸と金属りん酸塩を
   溶解させることを特徴とする金属加工用潤滑油組成物の
   製造法。