JPS62169899A - 金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法 - 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 この発明は、自動車や建設機械、農機具等の各種の部品
、各種工具の部品、電気機器の各種の部品等を温間鍛造
で製造する際にその前処理として行われるｆ、ｌ滑処理
方法に関する。

［従来の技術］ 金属材料の鍛造を行う際の鍛造方式には大きく分けて冷
間、温間及び熱間の３方式が知られており、それぞれの
長所及び短所については多くの文献等で報告されている
が、精度を要求される加工では温間域での鍛造が品質的
にもエネルギー的にも最も優れているとされている。

そして、この温間鍛造を行う際には、その前処理として
金属材料の表面の潤滑処理が行われるが、従来において
は固体潤滑剤の水分散液又は油分散液中に金属材料を浸
漬するか、この金属材料に上記固体潤滑剤の水分散液又
は油分散液を噴霧等で塗布することが行なわれている。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の潤滑処理方法では、金属材料
の表面に形成される潤滑被膜の強度が不足したり、温間
鍛造時に固体潤滑剤の新生面への導入等が不足し、加工
度が小さい成形の際には満足できる結果を得ることがで
きても、加工度が大きくなると、型のかじりや焼付きが
生じ、また、金型の寿命が短くなって到底満足しくｑる
潤滑処理方法であるとはいえなかった。

本発明は、かかる観点に鑑みて創案されたもので、３０
０〜８００℃の温間域で優れた潤滑性能を発揮し、加工
時に発生する新生面への追従性に優れていて型のかじり
や焼付きを引起こすことがほとんどない潤滑被膜を形成
することができる金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法を
提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ すなわら、本発明は、金属材料の温間鍛造に先駆けて、
電着塗装によって金属材料の表面に、水溶液中でイオン
解離可能な極性基を有する水溶性又は水分散性の電着樹
脂と潤滑性固体粉末とを含有する潤滑被膜を形成せしめ
る金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法である。

本発明方法によって潤滑処理される金属材料としては、
それが温間鍛造の対象になり、かつ、電着塗装の手段に
よって塗装され得るものであれば特に制限はなく、例え
ば、機械構造用鋼、ステンレス鋼、チタン、各種合金等
を挙げることができる。

本発明方法においては、上記金属材料の温間鍛造に先駆
けてその表面に、水溶液中でイオン解離可能な極性基を
有する水溶性又は水分散性の電着樹脂と潤滑性固体粉末
とを含有する潤滑被膜を形成す葛。

本発明方法で使用する水溶液中でイオン解離可能な極性
基を有する水溶性又は水分散性の電着樹脂は、例えばカ
ルボキシル基、アミノ基、アミド基、スルフォン基等の
極性基を有し、適当な酸又はＪ！！基で中和することに
より水溶性あるいは水分散性となって電気泳動性を示す
樹脂であればよい。

このような電着樹脂としては、例えば、乾性油、アクリ
ル系樹脂、アルキッド系樹脂、アクリルアルキッド系樹
脂、エポキシ系樹脂、アクリルエポキシ系樹脂、メラミ
ン系樹脂、アクリルメラミン系樹脂、フェノール系樹脂
、アクリルフェノール系樹脂、アクリル尿素系樹脂、ア
クリル変性ポリエステル系樹脂、ベンゾグアナミン系樹
脂、アミド系樹脂、エステル系樹脂、ウレタン系樹脂を
アニオン化変性したもの又はカチオン化変性したものを
挙げることができ、陰イオン型であっても、また、陽イ
オン型であっても使用できる。これらの電着樹脂はその
１種のみを単独で使用できるほか、同種のイオン型であ
れば２種以上の混合物として使用することもできる。ま
た、この電着樹脂を水溶性あるいは水分散性にするため
の酸としては塩酸等の鉱酸又は酢酸等の有１１Ｆｉ！を
使用することができ、また、塩基としてはアルカリ、ア
ンモニアのほか、エチルアミン、ジメチルアミノプロピ
ルアミン、モノエタノールアミン、ジメチルモルホリン
等の有機アミンを挙げることができる。

また、本発明方法で使用する潤滑剤において、潤滑性固
体粉末としては、その便用温度及び潤滑面での塑性圧の
下で層状に滑るものや使用温度で溶融してｔｍ滑性能を
発揮するものであれば如何なるものであってもよく、代
表的には結晶構造として最密六方晶系に属するものや層
状構造を有するもの等を挙げることができる。この潤滑
性固体粉末の具体例としては、例えば、黒鉛、弗化黒鉛
、窒化硼素、マイカ、タルク、二硫化タングステン、ガ
ラス、ロウ石、二硫化モリブデン、酸化チタン、テフロ
ン、無機燐酸塩、硫化亜鉛等を挙げることができ、これ
らはその１種のみを単独で使用できるほか、２種以上の
混合物としても使用できる。

これらの潤滑性固体粉末として好ましいものは、黒鉛又
はこの黒鉛と他の潤滑性固体粉末の１種又は２種以上の
混合物である。

上記潤滑性固体粉末については、好ましくはその表面を
樹脂で被覆した樹脂波Ｗｉ潤滑性固体粉末として使用す
ることであり、より好ましくはこの潤滑性固体粉末の表
面を被覆する被覆樹脂として水溶液中でイオン解離可能
な極性基を有する水溶性又は水分散性樹脂、好ましくは
アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、
アクリルアミド等の少なくとも１つとビニル系モノマー
との共重合体からなる樹脂を使用することである。

上記潤滑性固体粉末の表面を樹脂で被覆する方法として
は、従来一般に知られている界面重合法、ｉｎ　５ｉｔ
Ｕ重合法、液中硬化被覆法、水溶液からの相分離法、有
機溶液からの相分離法、液中乾燥法、融解分散冷却法、
内包物交換法、粉床法、気中懸濁被覆法、スプレードラ
イング法、真空蒸着法、静電合体法等があるが、好まし
くは潤滑性固体粉末の表面に電荷を付与し得る金属塩や
有機物を吸着させた後、この金ｒｉＡ塩や有機物と反対
の電荷を有する熱可塑性樹脂ラテックスの１種又は２種
以上を含有する樹脂溶液又は分散液に接触させる方法で
あり、より好ましくは潤滑性固体粉末の表面にビニル系
単量体をグラフト重合させる方法である。

上記潤滑性固体粉末の表面にビニル系単量体をグラフト
重合させる方法としては、ラジカル重合開始剤の存在下
で種々の重合法、例えば、塊状重合法、溶液重合法等で
行うことができるが、亜硫酸イオンを生成せしめる化合
物の存在下に水性媒質中で潤滑性固体粉末とビニル系単
量体とを懸濁重合させる方法が特に好ましく、また、懸
濁重合の媒質としては水が一般的であるが、これに限定
されず水とメタノールとの混合物等信の水性媒質を用い
ることができる。また、懸濁重合における重合量始剤と
しては、水性媒質中において亜硫酸水素イオンを生成せ
しめる化合物、例えば、二酸化イオウガスの吹込み、亜
硫酸水溶液、あるいは、亜硫酸水素ソーダ、亜硫酸水素
アンモン等の亜硫ｍ塩、さらには、過硫酸カリウム、過
硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等を
単独又は混合して用いることができる。

この潤滑性固体粉末の表面にビニル系単量体をグラフト
重合させる方法の好ましい態様としては、潤滑性固体粉
末を予め界面活性剤で処理してこの潤滑性固体粉末の表
面に選択的な重合の場となる界面活性剤の分子層を形成
せしめ、次いで液体分散媒中の潤滑性固体粉末の表面に
ビニル糸車固体を重合させることにより、潤滑性固体粉
末表面の全部又は大部分をビニル系ポリマーで被覆する
のがよい。

上記液体分散媒中で潤滑性固体粉末と接触し、その表面
に選択的な重合場となる分子層を形成する界面活性剤と
しては、通常界面活性剤として使用されているほとんど
のものを使用することができる。

また、上記潤滑性固体粉末の表面で重合してこの潤滑性
固体粉末の表面を被覆するビニル系単量体としては、ア
クリル酸、メタクリル酸、α−クロルアクリル酸、イタ
コン酸、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸等の不
飽和カルボン酸等のイオン解離性ビニル系モノマや、塩
化ビニル、フッ化ビニルのようなハロゲン化ビニルや、
スチレン、α−メチルスチレンのようなスチレン化合物
、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのような脂肪族ビニ
ルエステルや、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル
、グリシジルメタクリレート、メタクリル酸ラウリルの
ような不飽和カルボン酸エステル等の非イオン解離性ビ
ニル系単量体を挙げることができ、好ましくは水溶液中
でイオン解離可能な極性基を有する水溶性又は水分散性
樹脂、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、
イタコン酸、アクリルアミド等の少なくとも１つとビニ
ル系モノマーとの共重合体からなる樹脂を生成するビニ
ル系単量体を挙げることができる。この潤滑性固体粉末
の表面にグラフト重合により樹脂を被覆させる際の樹脂
■は、被覆樹脂が水溶液中でイオン解離可能な極性基を
有する水溶性又は水分散性樹脂である場合には０．１〜
７５重量％、好ましくは０．５〜５０重量％であり、被
覆樹脂が上記水溶性又は水分散性樹脂でない場合には通
常０．１〜３０重層％、好ましくは０．５〜２０重ω％
である。

本発明において、上記電着樹脂と潤滑性固体粉末との配
合割合は、使用する電着樹脂及び潤滑性固体粉末の種類
あるいはこの潤滑性固体粉末が樹脂被覆されているか否
か及びこの被覆樹脂の種類等によって異なるが、潤滑性
固体粉末１００重吊部に対して電着樹脂が１０〜３００
重訂部、好ましくは２０〜２００重市部である。この電
着樹脂の使用Ｗが１０重小部より少ないと金属材料の表
面に形成される潤滑被膜の強度が不足して円滑な温間鍛
造を行い得なくなり、また、３００重Ｍ部より多くなる
と金属材料の表面に形成される潤滑被膜の潤滑特性が樹
脂によって支配され、潤滑性固体粉末を使用する特徴が
減少する。なお、潤滑性固体粉末の被覆樹脂として水溶
液中でイオン解離可能な極性基を有する水溶性又は水分
散性樹脂を使用した場合であってその樹脂伍が１０〜７
５０〜７５重量にある場合には、この被覆樹脂が電着樹
脂としての作用もするので、特に上記電着樹脂を別個に
使用しなくてもよい。

本発明において、金属材料の表面に上記電着樹脂と潤滑
性固体粉末とを含有する潤滑被膜を形成する電着塗装方
法については、従来一般に行なわれている方法でよく、
上記ｆｆｉ着樹脂と潤滑性固体粉末とを適当な酸又は塩
基及び必要に応じて６価のクロム酸塩を使用して水に溶
解又は分散させて電着液を調製し、電着樹脂が水溶液中
で陰イオンに解ｒする場合には金属材料側を陽極にし、
また、陽イオンに解離する場合には金属材料側を陰極に
して行う。なお、被加工材となる金属材料の電着塗装処
理を行う前にこの金属材料のスケール除去や脱脂等が必
要であり、このために通常よく行なわれている各種の洗
浄方法、例えば酸洗、トリクロロエチレン蒸気脱脂洗浄
、超音波洗浄、ブラスト洗浄等を採用することができる
。

この′Ｆｉ着塗装の際の条件は、電着液中の固形分濃度
が通常３〜５０重量％、好ましくは５〜３０重量％であ
り、電着液のｐＨについては、アニオン型の場合は好ま
しくは７．５〜８，５であって、カチオン型の場合は好
ましくは５．５〜６．９であり、Ｍ性液温度は１０〜９
０℃、好ましくは３０〜８０℃であり、電圧は５０〜３
００Ｖ、好ましくは７０〜２５０ｖであり、通電時間は
５〜２４０秒、好ましくは１０〜１８０秒である。これ
ら電着液の固形分濃度、電着液温度、電圧、通電時間等
を適宜変えることにより、金属材料の表面に形成される
潤滑被膜の膜厚を調製することができる。この金属材料
の表面に形成する潤滑被膜の膜厚は、通常５〜３００μ
ｍ１好ましくは１０〜１５０μｍの範囲がよい。

［作用］ 本発明方法によれば、金属材料の表面に電着樹脂と潤滑
性固体粉末とを含有する潤滑被膜を電着塗装によって形
成しているので、この金属材料の表面に電着樹脂が直接
強固に化学結合し、しがも、併用している潤滑性固体粉
末がこの電着樹脂中に取り込まれ、金属材料の表面で極
めて強固な潤滑被膜を形成しているものと考えられる。

［実施例］ 以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明方法を具体
的に説明する。

実施例１ 平均粒径約２μｍの黒鉛粉末１００重頂都合水　１．０
００重量部中に懸濁さＵｌこれにブチルアクリレートと
アクリル酸とを重量化３：１の割合で混合したアクリル
系小母体５０型開部と６ｗｔ％亜硫酸水溶液８０重石部
とを加え、６０℃で５時間撹拌しながら反応させ、濾過
、水洗した後乾燥し、黒鉛の表面にブチルアクリレート
・アクリル酸コポリマーが被覆した樹脂量３１小母％の
樹脂被覆黒鉛粉末１４５重聞都合得た。

次に、得られた樹脂被覆黒鉛粉末１００重聞都合水１．
０ＯＯＩｆｆｉ部に懸濁し、アンモニア水で１）Ｈ７，
５に調整して電着液とした。この電着液を使用し、直径
３０　ｍ　Ｘ高さ４５＃の被加工材である金属材料（材
質８４５Ｃ）を陽極とし、ステンレス鋼板（ＳＵＳ３０
４）を陰極として電着孕装を行い、金属材料の表面に膜
厚６０μｍの潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜の黒鉛
含有率は６８重量％であった。

このようにして被加工材の金属材料を潤滑処理した後、
この被加工材を高周波で５５０℃及び７００℃に加熱し
、２００　ｔｏｎブレスでそれぞれ１４５　ｔｏｎ及び
７０　ｔｏｎかけた時の被加工材の最大直径を第１表に
示す。被加工材における潤滑被膜の膜切れや金型焼付き
がなく、プレスによる温間鍛造を極めて円滑に行うこと
ができた。

実施例２ 平均粒径的２μｍの黒鉛粉末１００重囲部を水１．００
０重量部中に懸濁させ、これにメチルメタクリレ−１−
単量体５型囚部と６ｗｔＸ１硫酸水溶液２０重山部とを
加え、６０℃で３時間撹拌しながら反応させ、濾過、水
洗した後乾燥し、黒鉛の表面にメチルメタクリレート樹
脂が被覆した樹脂組４．７重間％の樹脂被覆黒鉛粉末１
０５重量部を得た。

次に、得られた樹脂被覆黒鉛粉末５０重山部とアクリル
系アニオン型１着樹脂（東亜合成■製商品名ニアロン５
４０２０）１００重聞都合を水１゜０００重量部に懸濁
し、アンモニア水でｐｌ−１７゜５に調整して電着液と
した。この電着液を使用し実施例１と同様にして電着塗
装を行い、金属材料の表面に膜厚４０μｍの潤滑被膜を
形成した。この潤滑被膜の黒鉛含有率は６３３重丸であ
った。

このようにして潤滑処理した被加工材について、上記実
施例１と同様の条件でプレス加工を行った。

被加工材の加工後の最大直径を第１表に示す。被加工材
における潤滑被膜の膜切れや金型焼付き、がなく、プレ
スによる温間鍛造を極めて円滑に行うことができた。

実施例３ 平均粒径的２μｍの黒鉛粉末５０重量部と実施例２で使
用したアクリル系アニオン型電着樹脂１００重石部とを
水１．０００重量部に懸濁し、アンモニア水でＤＨ７，
５に調整して電着液とした。

この電着液を使用し実施例１と同様にして電着塗装を行
い、金属材料の表面に膜厚３０μｍの潤滑被膜を形成し
た。この潤滑被膜の黒鉛含有率は６０重量％であった。

このようにしてｍ滑処理した被加工材について、上記実
施例１と同様の条件でプレス加工を行った。

被加工材の加工後の最大直径を第１表に示す。被加工材
におけるｒ１１滑被膜の膜切れや金型焼付きがなく、プ
レスによる温間鍛造を極めて円滑に行うことができた。

実施例４ 平均粒径的６μｍの窒化硼素粉末５０重ω部とアルキッ
ド樹脂（大日本インキ■製商品名：ウォーターゾールＳ
−１３６＞１００重山部とを使用し、実施例３と同様に
して電着液とした。この電着液を使用し実施例１と同様
にして電着塗装を行い、金属材料の表面に膜厚１５μｍ
の潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜の窒化硼素含有率
は５０ｍＭ％であった。

このようにして潤滑処理した被加工材について、上記実
施例１と同様の条件でプレス加工を行った。

被加工材の加工後の最大直径を第１表に示す。被加工材
における潤滑被膜の躾切れや金型焼付きがなく、プレス
による温間鍛造を極めて円滑に行うことができた。

比較例１ 実施例１で調製した電着液中に実施例１で使用した被加
工材を浸漬したどころ付着が不十分であったので、実施
例１の定着液をエアスプレーで実施例１の被加工材に塗
布してその表面に膜厚６０μｍの潤滑被膜を形成し、実
施例１と同様の条件でプレス成形を行った。被加工材の
加工後の最大直径を第１表に示す。この時、被加工材に
おける潤滑被膜の膜切れが一部発生し、金型への焼付き
が認められた。

比較例２ 実施例２で調製した電着液中に実施例１で使用した被加
工材を浸漬してその表面に膜厚４０μｍの潤滑被膜を形
成し、実施例１と同様の条件でプレス成形を行った。被
加工材の加工後の最大直径を第１表に示す。この時、被
加工材における潤滑被膜の股切れが発生し、金型ｌ＼の
焼付きが認めら〆１ れた。

比較例３ 実施例３で調製した定着液中に実施例１で使用した被加
工材を浸漬してその表面に膜厚３０μｍの潤滑被膜を形
成し、実施例１と同様の条件でプレス成形を行った。被
加工材の加工後の最大直径を第１表に示す。この時、被
加工材における潤滑被膜の膜切れが発生し、金型への焼
付ぎが認められた。

比較例４ 実施例４で調製した電着液中に実施例１で使用した被加
工材を浸漬してその表面に膜厚１５μ瓦の潤滑被膜を形
成し、実施例１と同様の条件でプレス成形を行った。被
加工材の加工後の最大直径を第１表に示ず。この時、被
加工材における潤滑被膜の膜切れが発生し、金型への焼
付きが認められた。

第　　１　　表 上記第１表の結果から明らかなように、各実施例におけ
る被加工材の変形量は各比較例の場合に比べてはるかに
人きくなっており、また、潤滑被膜の膜切れや金型への
焼付きも発生しない。

［発明の効果〕 本発明の金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法によれば、
３００〜８００℃の温間域で優れた潤滑性能を発揮し、
成形性が増すと共に加工時に発生する新生面への追従性
に優れていて型のかじりや焼付きを引起こすことがほと
んどない潤滑被膜を形成することができ、金属材料の温
間鍛造を容易に行うことができるほか、金型の寿命を改
善することができる。

特許出願人　　　　　新日鐵化学株式会社同　　　上　
　　　　新日本製鐵株式０社代　　理　　人　　　　　
　　　弁理士　　成　　瀬　　　勝　　夫（外２名）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属材料の温間鍛造に先駆けて、電着塗装によっ
   て金属材料の表面に、水溶液中でイオン解離可能な極性
   基を有する水溶性又は水分散性の電着樹脂と潤滑性固体
   粉末とを含有する潤滑被膜を形成せしめることを特徴と
   する金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法。
2. （２）潤滑性固体粉末としてその表面が樹脂被覆された
   樹脂被覆潤滑性固体粉末を使用する特許請求の範囲第１
   項記載の金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法。
3. （３）潤滑性固体粉末の表面を被覆する被覆樹脂が水溶
   液中でイオン解離可能な極性基を有する水溶性又は水分
   散性樹脂である特許請求の範囲第２項記載の金属材料の
   温間鍛造用潤滑処理方法。