JPH0747756B2 - 金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液 - Google Patents

金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液

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JPH0747756B2
JPH0747756B2 JP1204585A JP20458589A JPH0747756B2 JP H0747756 B2 JPH0747756 B2 JP H0747756B2 JP 1204585 A JP1204585 A JP 1204585A JP 20458589 A JP20458589 A JP 20458589A JP H0747756 B2 JPH0747756 B2 JP H0747756B2
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高規 水谷
徳雄 白井
義勇 永栄
孝二 冠城
幸二 戸次
康雄 谷沢
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Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄鋼．チタンおよびチタン合金．銅および銅
合金．アルミニウムおよびアルミニウム合金などの金属
材料を冷間塑性加工（鍛造．伸管．伸線など）するため
に適用される金属材料の冷管塑性加工用水系潤滑処理液
（以下、水系潤滑処理液と略記する）に関するものであ
る。
［従来の技術］ 水系潤滑処理液としては、例えば二硫化モリブデン又は
グラファイトなどの固体潤滑剤と、無機バインダーおよ
び有機バインダーから選ばれた１種または２種以上と、
界面活性剤とからなるものが公知である。
比較的加工度の小さい冷管塑性加工の際は、油気のない
金属材料の表面に直接水系潤滑処理液を接触させ、次い
で乾燥して固体潤滑皮膜を形成させる。また加工度の大
きい冷間塑性加工の際は、金属材料の表面に化成皮膜を
形成させた後、その表面を水系潤滑処理液に接触させて
乾燥するか、あるいはその表面に固体潤滑剤の粉末を付
着させるなどの手段により化成皮膜上に潤滑皮膜を形成
させる方法が取られている。しかし固体潤滑剤を粉末で
使用する場合はその粉塵により作業環境が悪くなる等の
問題がある。作業性を考えた場合は水系処理液として使
用するのが最も好ましい。しかし既存の水系固体潤滑処
理液は、潤滑性能が安定せず、かつ不十分であることが
多く、しばしば焼き付き、かじりなどの問題を起こし易
い。また鋼材などを潤滑処理後又は潤滑処理をし塑性加
工した状態で放置しておくと、被処理鋼材に錆が発生す
るという問題点もある。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来の水系固体潤滑処理液よりも潤滑性能が
優れかつ安定している水系固体潤滑処理液を、あるいは
更に鋼材などに用いても発錆し難い水系潤滑処理液を提
供することを課題としている。
［課題を解決するための手段および作用］ 本発明者等は、金属石鹸と固体潤滑剤と界面活性剤とコ
ロイダルチタンを含有する水系潤滑処理液を金属表面に
適用することによって、金属表面に対し従来の水系潤滑
処理液では達成できなかった、潤滑性能の優れた潤滑皮
膜を形成でき、また鋼材などの冷間加工に用いた際に錆
の発生が防止できることを見いだした。
更に本発明者等は、金属石鹸と固体潤滑剤と界面活性剤
とコロイダルチタンとを含有する水系潤滑処理液に、更
にバインダーを添加することにより、金属石鹸やコロイ
ダルチタンとの相乗作用効果により、その潤滑性能を更
に高める事ができることを見いだした。
本発明者等はこれ等の知見をもとに、本発明をなすに至
った。
即ち本発明の請求項（１）の水系潤滑処理液は、金属石
鹸を４〜160g/lと固体潤滑剤を50〜400g/lと界面活性剤
0.5〜40g/lとチタン濃度として10ppm以上のコロイダル
チタンとを含有する。
金属石鹸は、脂肪酸と金属の塩である。脂肪酸として
は、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステア
リン酸、ベヘニン酸、ヒドロキシステアリン酸等があ
る。好ましいのはステアリン酸である。金属塩として
は、カルシウム塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩、
バリウム塩、亜鉛塩などから選ばれる１種類あるいは２
種類以上である。特公昭60-45680号公報に記載の、複分
解法で得られるウェット状ステアリン酸カルシウムは金
属石鹸として極めて好ましい。
金属石鹸は、水系潤滑処理液に対し固形分として４〜16
0g/l加えられる。金属石鹸の添加量が4g/l未満では満足
な効果を発揮出来ず、また160g/l超を添加してもそれ以
上の潤滑性の向上は期待し難く、むしろ固体潤滑剤の潤
滑性能を阻害する。固体潤滑剤は、二硫化モリブテン、
グラファイト、二硫化タングステン、ふっ化黒鉛、ちっ
化ほう素、タルクなどから選ばれる１種類又は２種類以
上で、含有量は水系潤滑処理液に対して50〜400g/lの範
囲である。50g/l未満では金属材料への固体潤滑皮膜の
形成が不十分となり易く、また400g/lを超えて添加して
も潤滑効果が飽和して、それ以上の性能向上が期待でき
ないで水系潤滑処理液のコストが高くなる。150g/l〜25
0g/lがより好ましい含有量である。
本発明で、金属石鹸で固体潤滑剤の配合量を金属石鹸：
固体潤滑剤が重量比で2:5〜1:50の範囲に選ぶと、極め
て優れた潤滑効果が得られる。
界面活性剤は固体潤滑剤を水に分散させるために加えら
れるもので、本発明はその種類を特定するものではな
い。
非イオン系の界面活性剤としては、ポリオキシエチレン
アルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェ
ニルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル
類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類
等が挙げられる。
陰イオン系界面活性剤としては、脂肪酸塩、アルキル硫
酸エステル塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルりん酸
エステル塩、アルキルジチオりん酸エステル塩等が挙げ
られる。
陽イオン系界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、第４
級アンモニウム塩等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、アミノ酸型およびベタイン型
のカルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩および
りん酸エステル塩等が挙げられる。本発明で界面活性剤
の含有量は0.5g/l〜40g/lの範囲であって、この含有量
は通常固体潤滑剤の含有量に比例的に加えられる。0.5g
/l未満では固体潤滑に対する湿潤効果が不十分となり易
く、また40g/lより多く加えてもその効果が向上するも
のではない。界面活性剤の水系潤滑処理液への含有量
は、通常約５〜10g/lである。
本発明の水系潤滑処理液は、更に高分子分散剤や消泡剤
や防錆添加剤等の添加を拒むものではない。
本発明では更に、コロイダルチタンを含有せしめる。コ
ロイダルチタンは、例えば硫酸とチタンの化合物やりん
酸とチタンの化合物を苛性ソーダや苛性カリ等で中和し
て得られた白濁液である。コロイダルチタンはチタン濃
度として少なくとも10ppm以上、より好ましくは50ppm以
上を水系潤滑処理液中に含有せしめる。10ppm未満では
コロイダルチタンの添加による潤滑性能の向上効果や防
錆性能の付与効果は判然と認められ難いが、コロイダル
チタンをチタン濃度として10ppm以上加えることにより
潤滑性能の向上や防錆性能が確認され、チタンの濃度の
増加と共にこれ等の性能が更に向上する。本発明におい
てはコロイダルチタンの濃度の上限は特定するものでは
なく、水系潤滑処理液の調整上可能な最高濃度を上限と
するものである。
請求項（２）の水系潤滑処理液は、請求項（１）の水系
潤滑処理液に、更に無機バインダーや有機バインダーか
ら選ばれる１種または２種以上を含有せしめることを特
徴とするものである。
無機バインダーとしては、その種類を限定するものでは
ないが下記のほう酸塩、りん酸塩、けい酸塩化合物から
１種または２種以上を選んで使用できる。
ほう酸塩−HBO2，H3BO3，H4B2O5，H2B4O7，HB5O8，H2B6
O10，H2B8O13などのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属
塩およびアンモニウム塩。
りん酸塩−H3PO4，HPO3，H4P2O6，H3PO3，H4P2O5，HP
O2，H3PO2，H3P3O9などのアルカリ金属塩、アルカリ土
類金属塩およびアンモニウム塩、ポリりん酸、例えばH4
P2O7，H5P3O10，H6P4O13などのアルカリ金属塩、アルカ
リ土類金属塩、およびアンモニウム塩。
けい酸塩−一般式M2O・χSiO2、但しＭはアルカリ金属
またはアルカリ土類金属、χは１〜５の正の整数、 有機バインダーはその種類を特定するものではないが、
水溶性高分子化合物が好ましいもので、具体的には、デ
ンプン．海藻．植物粘質物．動物性タンパク．発酵粘質
等の天然高分子デンプン．セルロース等の半合成高分
子．ポリビニルピロリドン．ポリエチレングリコール．
ポリビニルアルコール等の合成高分子を挙げることがで
きる。
無機バインダーおよび有機バインダーから選ばれる１種
あるいは２種以上の含有量は、固形分換算で５〜150g/l
の範囲である。バインダーは固体潤滑剤の含有量に応じ
て加えられるが、5g/l以上添加すると皮膜の結合力が強
化されて、優れた潤滑効果を発揮する。しかし150g/lよ
りも多く加えると水系潤滑処理液の粘度が高くなって、
金属材料の表面への潤滑剤の付着量が過大となり、例え
ば金型内の潤滑かす詰りなどの不都合を発生させる。10
〜50g/lがより好ましい含有量である。
本発明の水系潤滑処理液は、含有成分が比較的低濃度の
場合はそのまゝ潤滑処理液として使用する。また含有成
分が高濃度の場合には、金属材料の種類、冷間塑性加工
の種類、加工度などに応じて、そのまゝあるいは適量の
水で稀釈して使用する。
本発明の水系潤滑処理液は、浸漬法で使用できるが、そ
の際の液温度は常温〜80℃の温度に維持される。水系潤
滑処理液の温度を上げれば金属材料も加熱されて、金属
材料の表面に付着した潤滑皮膜の乾燥性が向上する。し
かし過度に液を高温にすると水系潤滑処理液の粘度や濃
度が変わるために、水分の補給等浴の管理が複雑とな
る。
本発明の水系潤滑処理液は、例えば 脱脂→水洗→本発明水系潤滑処理→乾燥 の工程で使用
する事ができる。脱脂は必要に応じて行う。また例えば 脱脂→水洗→酸洗→水洗→本発明水系潤滑処理→乾燥
の工程で使用する事もできる。酸洗は錆．スケール等の
除去のために行う。また例えば 脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→本発明水系潤滑処
理→乾燥 の工程で使用する事もでき、また例えば 脱脂→水洗→化成処理→水洗→本発明水系潤滑処理→乾
燥 の工程で使用する事もできる。
処理する金属材料としては、ショットブラストやサンド
ブラストを行ったものも用いる事ができる。化成処理は
金属材料の種類に応じて、例えばりん酸亜鉛皮膜処理や
しゅう酸鉄皮膜処理や亜酸化銅皮膜処理やふっ化アルミ
皮膜処理やふっ化チタン皮膜処理等を行う。
これ等のプロセスは素材の種類や表面状態や冷間塑性加
工の種類や加工強度等に応じて適宜選択して行う。
［作用および実施例］ S43C（炭素鋼、JISG4051）の直径30mmの棒鋼に各種の潤
滑処理を施して、冷間鍛造試験と防錆性能試験を行っ
た。各試験材には、下記の工程で潤滑処理を施した。
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→水洗→潤滑→乾燥 脱脂は20g/lのファインクリーナー4360（脱脂剤、日本
パーカライジング（株）製）を含む処理液中で,70℃10
分間の浸漬処理を施した。水洗は何れも水道水流水によ
り１分間行った。酸洗はイビット 700A（朝日化学
（株）製）を用いて室温で10分。化成処理は、パルボン
ド181X（りん酸亜鉛系皮膜化成剤、日本パーカライジン
グ（株）製）90g/lと促進剤131（りん酸亜鉛系皮膜化成
促進剤、日本パーカライジング（株）製）0.3g/lを含有
する80℃の溶液に15分間浸漬して行った。但し第１表の
試験材No7,8,20,21,22,28には化成処理は施さなかっ
た。
潤滑は、第１表の水系潤滑処理液欄に記載の80℃の各液
に３分間浸漬して行った。但し試験片No27と32は70℃の
溶液に３分間浸漬した。
乾燥工程は通常自然放置で充分であるが、今回は120℃
の熱風を10分送風し乾燥を実施した。
これ等の方法で潤滑処理された試験材の潤滑性能を第２
表に示した要領の冷間鍛造試験（後方穿孔押出し試験）
により評価した。
潤滑性能の評価は、第２表の後方穿孔押出しで、パンチ
加工部のカップ内壁面に、縦筋状のかじり疵が発生しな
いで加工できる最大穿孔深さを測定し、これを第１表の
良好穿孔深さ欄にそれぞれ示した。また潤滑皮膜を形成
した試験材の防錆性を第３表に示した要領の防錆試験に
より評価した。
防錆性能の評価は、◎：錆発生せず、○：表面積の20％
以下の錆が発生、△：表面積の20〜50％の錆が発生、
×：表面積の50％超の錆が発生、の各基準で測定し、そ
の結果を第１表の防錆性能欄に示した。
第１表でNo1〜No8は金属石鹸、固体潤滑剤、界面活性剤
の含有量を本発明の特定範囲にし、コロイダルチタンを
含有せしめなかった比較例であるが、良好穿孔深さは30
〜48mmで、金属石鹸の含有量が4g/l未満のNo22〜No26や
固体潤滑剤の含有量が50g/l未満のNo23やNo27の16〜30m
mに比べて良好穿孔深さが 大きい。またNo1〜No8において、バインダーを5g/l以上
含有するNo2〜No6は良好穿孔深さが34〜48mmで、バイン
ダーを含有しないNo1の32mmに比べて良好穿孔深さが大
きく、バインダーを含有させる事によって潤滑性能が向
上する事を示している。尚No7とNo8は化成処理皮膜を事
前に形成しなかった例であるが、良好穿孔深さは30〜34
mmで、化成処理膜を事前に形成したNo2〜No6に比べて、
潤滑性能がやや劣るものの従来使用されているNo.27と
同等かそれ以上の潤滑性を有している。
第１表でNo9〜No21はコロイダルチタンを含有する、本
発明の例である。No9〜No21の良好穿孔深さは36〜54mm
であり、コロイダルチタンを含有しないNo1〜No8の30〜
48mmに比べて良好穿孔深さが大きく、コロイダルチタン
を含有せしめる事によって更に優れた潤滑性能が得られ
る事が明らかである。尚No28〜No32においてNo28は固体
潤滑剤の含有量が50g/l未満であるため、またNo29〜No3
2は金属石鹸は金属石鹸かコロイダルチタンの何れか
が、あるいは両方が本発明の含有量に達していないため
に、良好穿孔深さが16〜32mmで潤滑性能は不充分であ
る。尚本発明の実施例であるNo9〜No21において、バイ
ンダーを含有するNo15〜No19の良好穿孔深さは40〜54mm
で、バインダーを含有しないNo9〜No14の36〜48mmに比
べて良好穿孔深さが大きく、バインダーを含有せしめる
事による潤滑性能の向上がみられる。またNo20とNo21は
化成処理を行わなかった例であるが、潤滑性能がやや劣
るものの従来使用されているNo.32と比較して優れてい
る。
第１表で、コロイダルチタンを所定量含有しないNo1〜N
o8やNo22〜No27やNo29,No31,No32の防錆性能は×〜△
で、恒温恒湿試験で何れも発錆が認められたが、本発明
の実施例であるNo9〜21の防錆性能は何れも○〜◎であ
り、水系潤滑処理液にコロイダルチタンを10ppm以上含
有せしめる事により防錆性能も顕著に向上する事が判
る。
実施例２ SUS410L（13Crステンレス鋼、JISG 4303）の直径30mmの
棒鋼に各種の潤滑処理を施して、冷間鍛造試験をおこな
った。その概要は第４表に示した。各試験材には下記の
工程で潤滑処理を施した。
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→水洗→潤滑→乾燥 脱脂はファインクリーナー4360 20g/l,70℃10分。水洗
は流水１分。酸洗はHNO3 7％,HF 3％，室温10分。
化成処理は、フェルボンドA1（しゅう酸塩皮膜化成剤、
日本パーカライジング（株）製）40g/lとフェルボンドA
2（しゅう酸塩皮膜化成助剤、日本パーカライジング
（株）製）20g/lと促進剤16（しゅう酸塩皮膜化成促進
剤、日本パーカライジング（株）製）1g/lを含有する90
℃の溶液に15分間浸漬して行った。
潤滑は、第４表の水系潤滑処理欄に記載の80℃の各液に
３分間浸漬して行った。但しNo10とNo14は70℃の溶液に
３分間浸漬した。
これ等の方法で処理された試験材の潤滑性能を先に述べ
た第２表と同じ冷間鍛造試験で評価した。その結果を第
４表の良好穿孔深さ欄に示した。
第４表でNo1〜No3は金属石鹸、固体潤滑剤、界面活性剤
の含有量を本発明の特定範囲内にし、コロイダルチタン
を含有せしめなかった比較例であるが、良好穿孔深さは
38〜54mmで、従来の水系潤滑処理であるNo8〜10の28〜3
2mmに比べて、良好穿孔深さが大きい。第４表でNo4〜No
7はコロイダルチタンを含有する、本発明の例である
が、良好穿孔深さは44〜58mmであり、コロイダルチタン
や金属石鹸や固体潤滑剤の含有量が不充分なNo11〜No13
が28〜32mmであるのに比べると、 優れた潤滑性能を示している。また本発明の実施例であ
るNo4〜No7は、コロイダルチタンを所定量含有するた
め、コロイダルチタンを含有せしめなかったNo1〜No3よ
りも更に、優れた潤滑性能を有する事が判る。
実施例３ チタン２種（JIS H 4600）の直径3mmの線に、各種の潤
滑処理を施して、冷間伸線試験を行った。その概要を第
５表に示した。
各試験材には下記の工程で潤滑皮膜を形成した。
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→水洗→潤滑→乾燥 脱脂、ファインクリーナー4360 20g/l,70℃,10分。酸
洗、HNO3 7％,HF 3％,RT 1分。
化成処理は、パルメット3851（ふっ化物皮膜化成剤、日
本パーカライジング（株）製）36g/lの溶液に３分間浸
漬して行った。
潤滑は、第５表の水系潤滑処理欄に記載の80℃の各液に
３分間浸漬して行った。但し、第５表のNo8は70℃の溶
液に３分間浸漬して行った。
これ等の方法で処理した試験材の潤滑性能を、第６表に
示した要領の冷間伸線試験により評価した。
潤滑性能の評価は、第６表の各パス毎に表面を観察し、
○：疵発生せず、×：疵発生で評価し、その結果を第５
方の伸線疵欄に示した。
第５表にみられる如く、チタン材の伸線においても、本
発明の水系潤滑処理液を用いたNo1〜No4は５パスの伸線
を行っても疵の発生がなく、５パス目で疵が発生した比
較例No5〜No8に比べて、優れた潤滑皮膜が形成されてい
る。
［発明の効果］ 本発明の水系潤滑処理液を用いると、従来の水系潤滑処
理液を用いた場合に比して顕著に優れた潤滑性を付与す
ることができる。また本発明の水系潤滑処理液を用いる
と従来の水系潤滑処理液で問題となっていた発錆を防止
する事ができるなど品質の優れた製品が得られまた作業
性を大幅に改善できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ１０Ｍ 129:40 129:16 103:06 Ｃ 103:02） Ｚ Ｃ１０Ｎ 10:04 10:08 10:12 30:12 40:24 Ａ Ｚ (72)発明者 白井 徳雄 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本電 装株式会社内 (72)発明者 永栄 義勇 東京都中央区日本橋１丁目15番１号 日本 パーカライジング株式会社内 (72)発明者 冠城 孝二 東京都中央区日本橋１丁目15番１号 日本 パーカライジング株式会社内 (72)発明者 戸次 幸二 東京都中央区日本橋１丁目15番１号 日本 パーカライジング株式会社内 (72)発明者 谷沢 康雄 東京都中央区日本橋１丁目15番１号 日本 パーカライジング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭50−128061（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】金属石鹸４〜160g/lと固体潤滑剤50〜400g
    /lと界面活性剤0.5〜40g/lとチタン濃度として10ppm以
    上のコロイダルチタンとを含有し金属表面に塗着する金
    属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液。
  2. 【請求項２】無機バインダーおよび有機バインダーから
    選ばれる１種又は２種以上を更に、固形分として５〜15
    0g/l含有する、請求項（１）に記載の金属の冷間塑性加
    工用水系潤滑処理液。
  3. 【請求項３】金属石鹸：固体潤滑剤が重量比で2:5〜1:5
    0である、請求項（１）または（２）に記載の金属の冷
    間塑性加工用水系潤滑処理液。
JP1204585A 1988-07-07 1989-08-09 金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液 Expired - Lifetime JPH0747756B2 (ja)

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