JPH054437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 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、かつ、鉄系
材料に対して腐触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潤滑法として、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。したがつて、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
させる潤滑法の問題点、すなわち、全冷間加工ラ
インを自動化できないとか、スラツジおよびスケ
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属石けん皮膜を形成
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→乾燥といつた工
程から成り、大変繁雑な操作によつて行われる。
したがつて、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
ンの流れが中断してしまい、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つている。また、
りん酸塩皮膜処理の工程においては、スラツジお
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（ZnDTP）な
どを配合した潤滑油を使用する方法は、冷間塑性
加工を行つ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着膜
だけ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、鉄系材料に対して腐蝕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。 ［課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重量％以上および金属りん酸塩をりん濃度
で0.01重量％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、トリブチルホスフエ
ート、トリオクチルホスフエート、トリオレイル
ホスフエート、ジブチルホスフエート、ジオクチ
ルホスフエート、モノブチルホスフエート、モノ
デシルホスフエート等または、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ツドホス
フエート、デシルアシツドホスフエート、オレイ
ルアシツドホスフエ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
ん濃度で0.1重量％以上、好ましくは0.5〜５重量
％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重量％の範囲であ
り、金属りん酸塩は、りん濃度で0.01重量％以
上、好ましくは0.01〜0.5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濃度で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
量％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
量％以下では腐蝕抑制効果が低く、0.5重量％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、高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、密閉系よりも開放
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、潤滑油組成物の
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。
したがつて、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。 この潤滑油組成物は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、遊離
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。したがつて、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
鋼材料の表面に塗布し加工すると、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。金属りん酸塩は、金属にたいして反
応性が低い。したがつて、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つて、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
と金属との過剰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潤滑油組成物によつ
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膜およ
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。したがつて、本発明の潤滑
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つた
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。 ［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イ
ン系鉱油と、りん酸エステルとしてオレイルアシ
ツドホスフエートおよび正りん酸を使用し、金属
りん酸塩にりん酸カルシウム、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No.１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量％で示
したりん濃度であり、それらのりん濃度になるよ
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つて得られる
付着皮膜または／および反応皮膜の鍛造性能をボ
ール通し試験によつて評価した。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30mmの貫通孔をもつ高速度工具鋼製のダ
イス４の貫通孔中に外周径30mm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
ウンタパンチ５を他端に直径の異なるボール２を
配置し、250トンのナツクルジヨイントプ

【表】 ＊ 加熱処理せず
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
構造用炭素鋼（S10C）製の内周径が14.50mmおよ
び15.00mm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
15.88mm、16.67mmおよび17.46mm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
（di）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＝｛（db²−di²）／（30²−di²）｝×
100（％））の値を、４，６，８，10，12，14％と
する冷間塑性加工試験を行なつた。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。したがつ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際し、焼付きが
発生することなく加工できた最大の減面率
（Rmax）によつて行つた。

【表】

【表】 Rmaxの値が大きい潤滑油組成物ほど鍛造性能
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
りん酸とを配合し加熱処理を施したもの（No.５）
と同様に、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の値が大きくなつている（Rmaxの値：No.
１〜５＞No.６，＞No.７，No.８）。したがつて本発明
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４表の結果から、本発明の加熱処理を施した
もの（No.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、酸素の量が多い）。この様
に加熱処理を施した潤滑油の高い反応性（加熱処
理により生成し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たもの（No.４）
において亜鉛はほとんど検出されていない。した
がつて、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
りん酸による鍛造性能に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］

【表】

【表】 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つて検討した。 これは、試験油にSPCC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。試験油の量に対す
る鉄片の表面積の比率は、試験油１ｇ当たり鉄片
0.37cm²である。また、恒温槽内で試験することに
より、試験油および鉄片の温度を一定に保つた。 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、表面に添加剤による皮膜が生じる分重量は
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

【表】 を配合したもの（No.４）は表面状態も穏やかであ
る。したがつて、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を配合することによ
つて、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、静的腐蝕試験後の試験片表面の
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
たがつて、長時間油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

【表】

【表】 と反応に関与して油中に溶解もしくは脱落しにく
い安定な皮膜を生成し、それによつて腐蝕を抑制
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
んするこによつて、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ツドホ
スフエートを、また金属りん酸塩としてはりん酸
鉄を用いた。オレイルアシツドホスフエートおよ
び正りん酸の配合量は一定であり、りん酸鉄の配
合量を変化させた。 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つて評価した。また、
鉄に対する腐蝕性を実施例２と同様に静的腐蝕試
験によつて評価した。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出0.03
重量％と極少量配合しただけでも（No.９）鉄片の
重量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No.12のり
ん酸鉄がりん濃度で0.15重量％の場合のようにボ
ール通し試験においてRmax＝８％と加工性に低
下をきたすことになる。したがつて、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…パンチ、４…ダ
イス、５…カウンターパンチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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。