KR100621693B1 - 금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제 및 윤활피막의 처리방법 - Google Patents

금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제 및 윤활피막의 처리방법 Download PDF

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Abstract

수용성 무기염 (A), 몰리브덴 디술파이드 및 그래파이트에서 선택되는 윤활성 제제 (B) 및 왁스 (C)를 포함하고, 이 때 이들 성분은 물에 용해되거나 분산되며, (B)/(A)의 고체 농도비(중량비)는 1.0 내지 5.0 범위이고 (C)/(A)는 0.1 내지 1.0 범위인 것이 특징인 금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제. 수성 윤활제를 도포시켜 금속 재료위에 윤활성 피막이 0.5 내지 40g/m2의 건조 중량으로 형성되는 것이 특징인 금속 재료상 윤활성 피막의 처리 방법. 수용성 무기염 (A)는 술페이트, 실리케이트, 보레이트, 몰리브데이트 및 텅스테이트로 구성된 군으로부터 선택되는 것이 바람직하다. 바람직하게도 왁스 (C)는 물에 분산되며 70 내지 150℃의 용해점을 갖는 천연 왁스 또는 합성 왁스이다. 화성 처리 피막이 형성되지 않은 금속 표면에 우수한 윤활성을 용이하게 부여하기 위해 본 수성 윤활제를 사용할 수 있다.

Description

금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제 및 윤활피막의 처리 방법{AQUEOUS LUBRICANT FOR PLASTIC WORKING OF METALLIC MATERIAL AND METHOD OF LUBRICANT FILM PROCESSING}
본 발명은, 예컨대 철강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄 등의 금속 재료의 표면에 화성 처리를 하지 않고 우수한 윤활성을 부여하기 위한 금속 재료 소성 가공용 수성 윤활제 및 그 사용 방법에 관한 것이다.
보다 상세히 기술하자면, 본 발명은 단조, 와이어 드로잉, 관 드로잉 등의 소성 가공 수행에 사용되는 철강, 스테인레스 스틸, 티타늄, 알루미늄 등의 금속 재료의 표면에 화성 처리를 시행하지 않고 우수한 윤활성을 갖는 피막을 간편하게 형성시키는 금속 재료 소성 가공용 수성 윤활제 및 그 윤활제에 의해 금속 표면에 윤활 피막을 형성시키는 금속 재료의 윤활 피막 처리 방법에 관한 것이다.
철강, 스테인레스 스틸 등의 금속 재료위에서 냉(cold) 소성 처리 수행시, 금속 재료와 툴간 금속성 접촉에 의한 연소 및 마멸 결함을 방지하기 위하여 금속 재료의 표면상에 일반적으로 윤활피막이 제공된다.
금속 표면에 제공되는 윤활피막으로서는, 윤활성 제제를 금속 표면에 물리적으로 부착시키는 유형과, 금속 재료의 화성 처리에 앞서 화성 처리 피막을 금속 표면위에 생성시킨 다음 윤활성 제제를 화성 처리 피막상에 도포시키는 유형이 있다.
금속 표면상에 물리적으로 부착된 윤활성 제제는, 그 부착능이 화성 처리 피막상에 도포된 윤활성 제제의 부착능보다 낮으므로 보통 경(輕)가공의 냉처리용으로 이용된다.
화성 처리 피막 이용시, 금속 표면에 도포되는 윤활성 제제를 위한 담체로서의 역할을 하는 포스페이트 피막 또는 옥살레이트 피막을 금속 표면위에 제공한다. 이러한 종류의 윤활성 피막은 담체층과 윤활성 제제층의 2층으로 구성되며, 금속 재료의 연소 결함에 대하여 매우 우수한 내성을 나타낸다. 또한, 와이어 드로잉, 관드로잉, 단조 등, 넓은 범위의 냉처리에 이용된다. 특히 대량 변형의 냉처리 분야 외에도, 포스페이트 피막 또는 옥살레이트 피막을 제공하고 그 위에 윤활성 제제를 도포시키는 것은 폭넓게 이용된다.
화성 처리 피막 위에 도포되는 윤활성 제제는 그 용법에 따라 두가지 군으로 나뉠 수 있다. 첫번째 군은 화성 처리 피막 위에 기계적으로 부착되는 윤활성 제제이고, 두번째 군은 화성 처리 피막과 반응하는 윤활성 제제이다.
윤활성 제제의 첫번째 군은, 기재 오일로서 광유, 식물유 또는 합성유를 이용하여 기재 오일중에 극압 첨가제를 포함시킴으로써 제조된 것들이고, 또한 그래파이트 및 몰리브덴 디술파이드와 같은 고체 윤활성 제제를 결합제 성분과 함께 물에 용해시켜 부착 및 건조시킴으로써 제조된 그밖의 것들이 있다.
첫번째 군의 이들 윤활성 제제는 스프레이 도포나 침지 도포의 수단으로 간 단하게 이용할 수 있으므로 용액을 취급하기 쉬운 이점이 있다. 그러나, 이들은 단지 낮은 윤활 특성을 가지므로, 금속 재료의 소량 변형용으로 이용되는 경향이 있다.
반면, 윤활성 제제의 두번째 군에서, 소듐 스테아레이트와 같은 반응성 비누를 높은 윤활 특성이 요구되는 냉처리에 이용한다. 반응성 비누는 화성 처리 피막과 반응하여 높은 윤활 특성층을 생성한다.
그러나, 반응성 비누는 화학반응을 야기하므로, 공정 도중, 용액의 조성 조절, 화학반응을 제어하는 온도 관리 및 용액으로부터 폐수 방출에 의한 열화 용액의 재생을 조절하는 것 등은 매우 중요하다.
최근, 세계적인 환경 보호를 위해 공업용 폐기물을 감소시키는 것이 중요한 현안이다. 따라서, 폐기물을 방출하지 않는 새로운 윤활성 제제 및 윤활공정에 대한 높은 요구가 있어왔다. 또한, 공정상의 복잡한 제어를 단순화시킬 수 있는 몇몇 새로운 방법 및 상기 두번째 군으로 설명되어진 성능의 용액이 요구된다.
상기 기술한 문제점을 해결하기 위해, JP52-20967A에서는, 기재 성분으로서 수용성 폴리머 또는 그 수성 에멀젼, 고체 윤활제 및 피막-형성 제제를 함유하는 윤활 조성물에 대해 기술하였다. 그러나 화성 처리 피막을 이용한 통상의 방법과 동일한 정도의 바람직한 효과를 갖는 조성물은 얻지 못했다.
상기 기술한 문제점을 해결하기 위한 또다른 종래 분야로서 JP10-8085A이 개시되었다. 이 종래 분야는, (A)수용성 무기염, (B)고체 윤활성 제제, (C)광유, 동물유, 식물유 및 합성유로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 오일, (D)표면 활성제 및 (E)물이 잘 분산되고 균질하게 유화된, 금속 재료의 냉간 소성 가공용 수성 윤활제에 관한 것이다. 그러나 이에 따른 윤활제는 오일 성분을 유화시킨채로 유지되어야 하므로 공업적으로 이용하기에 지나치게 불안정하고, 안정성이 없었다.
또다른 종래 분야로서, JP2000-63880A를 언급할 수 있다. 이 발명은 (A)합성 수지, (B)수용성 무기염과 물을 포함하는 금속 재료의 소성 가공용 윤활제에 관한 것이고, 이 때 고체 상태에서 (B)/(A)의 중량비는 0.25/1 내지 9/1 범위이며 합성 수지는 조성물 중에 용해 또는 분산된채로 유지된다. 그러나, 이 조성물 역시 그 주된 성분인 합성 수지로 인해 대량 변형의 냉가공에서 높은 윤활 특성을 나타내는데 비하여 불안정하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 어떠한 화성 처리 되지 않은 금속 재료의 소성 가공에 이용되는 수성 윤활제 및 윤활성 피막의 처리 방법을 제공하는 것이고, 이 목적을 달성함으로써 통상의 방법에 존재하던 문제점을 해소할 수 있는 동시에 세계적인 환경 보호 문제를 개선시킬 수 있고, 또한 본 발명에 따르면 이것은 많은 종류의 금속 재료에 적용가능하다.
본 발명자들은 상기 기술한 문제점을 해결하기 위해 연구를 거듭하였고 수용성 무기염, 몰리브덴 디술파이드와 그래파이트로부터 선택된 윤활성 제제 및 왁스를 특정 비율로 포함하는 수성 용액에 의해 우수한 윤활성을 얻을 수 있다는 것을 발견하였다. 게다가, 이들은 처리 에너지를 절약하고 처리 공간을 줄이면서 금속 표면상에 윤활성 피막을 처리하는 방법을 발견하였다.
즉, 본 발명은 수용성 무기염 (A), 몰리브덴 디술파이드와 그래파이트에서 선택되는 한 가지 이상의 윤활성 제제 (B) 및 왁스 (C)를 포함하는 금속재료 소성 가공용 수성 윤활제에 관한 것이고, 이 때 이들 성분은 물에 용해되거나 분산되며, 고체 상태에서 (B)/(A)의 중량비는 1.0 내지 5.0 범위이고 고체 상태에서 (C)/(A)의 중량비는 0.1 내지 1.0 범위이다.
상기 기술한 (A)는 술페이트, 실리케이트, 보레이트, 몰리브데이트 및 텅스테이트로 구성된 군으로부터 선택되는 한가지 이상의 수용성 무기염인 것이 바람직하고, 상기 기술한 왁스는 용해점이 70 내지 150℃인 수(water)분산성 천연 또는 합성 왁스인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 금속 재료의 표면상 부착 중량이 0.5 내지 40g/m2인 윤활피막의 처리 방법에 관한 것이고, 이 방법은 상기 수성 윤활제를 금속 재료의 세정된 표면에 도포한 다음 건조시키는 것으로 이루어진다. 금속 재료의 표면은 숏블라스팅, 샌드블라스팅, 알칼리 탈지 및 산 세정으로 구성된 군으로부터 선택되는 한가지 이상의 공정에 의해 미리 세정되는 것이 바람직하고, 또한 수성 윤활제는 금속 재료를 60 내지 100℃까지 가열시킨 후, 금속 재료의 표면위에 도포되는 것이 바람직하다.
도 1: 후방 펀칭 실험의 예시 도면.
도 2: 스파이크 실험의 예시 도면.
발명을 수행하는 최상의 방법
이제, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 본 발명의 수성 윤활제에 함유된 수용성 무기염 (A)는 윤활 피막에 경질성과 내구력을 제공하기 위한 것이다. 이를 위해, 수성 용액에 균일하게 용해되고, 건조 후 강한 윤활성 피막을 형성하는 특성이 요구된다.
그러한 특성을 제공하는 수용성 무기염으로서, 술페이트, 실리케이트, 보레이트, 몰리브데이트 및 텅스테이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 상기 기술한 무기염의 구체예로서, 소듐 술페이트, 포타슘 술페이트, 포타슘 실리케이트, 소듐 보레이트(소듐 테트라보레이트), 포타슘 보레이트(포타슘 테트라보레이트), 암모늄 보레이트(암모늄 테트라보레이트), 암모늄 몰리브데이트, 소듐 몰리브데이트 및 소듐 텅스테이트를 들 수 있다. 이들 염 중 어떠한 것을 단독으로나 또는 2종 이상의 염을 혼합시켜 사용할 수 있다.
본 발명에서 윤활성을 향상시키기 위해 몰리브덴 디술파이드 및 그래파이트로부터 선택되는 한가지 이상의 윤활성 제제 (B)를 사용한다. 이들은 분산된 형태로 함유되며 필요하다면 종래의 계면활성제를 이용할 수 있다.
(B)/(A), 즉 고체 상태에서 수용성 무기염 (A)와 윤활성 제제 (B)의 중량비는 바람직하게도 1.0 내지 5.0 범위이다. 보다 바람직하게는 2.0 내지 4.0이다. 이 비율이 1.0 미만이면, 윤활 피막의 윤활성이 감소하므로 바람직하지 않다. 그러나, 이 비율이 5.0을 초과하면, 수성 윤활제가 불안정해지므로 또한 바람직하지 않다.
왁스 (C)로서, 비록 그 구조나 종류에 특별한 제한은 없으나, 천연이나 합성 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 왁스는 금속 재료의 소성 변형 동안 생성되는 열에 의해 용해되고, 그로써 피막의 윤활 특성을 개선시킬 수 있다. 이런 이유로, 70 내지 150℃의 용해점을 가지며 수성 윤활제상에서 안정한 것들과, 소성 가공의 초기 단계로부터 바람직한 윤활을 실행시키기 위해 윤활 피막의 강도를 감소시키지 않는 것들이 바람직하다.
왁스의 실제적인 구체예로는 파라핀 왁스, 미세결정성 왁스, 광유 왁스, 피셔·트롭스크 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 카르나우바 왁스, 몬테인 왁스 등이 있다. 이들 왁스는 바람직하게도 또다른 성분과 혼합되어 본 발명의 수성 윤활제 중 수분산액이나 수에멀젼의 형태로 함유된다.
(C)/(A), 즉 고체 상태에서 수용성 무기염 (A)와 왁스 (C)의 중량비는 0.1 내지 1.0 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.8 범위이다. 이 비율이 0.1 미만이 되면 윤활 피막의 윤활성이 불충분해지는 한편, 이 비율이 1.0을 초과하면 피막의 부착능이 불충분해질 수 있다.
대량의 변형을 갖는 냉가공에서, 본 발명의 수성 윤활제에 추가로 또다른 오일이나 또다른 고체 윤활 물질을 첨가하는 것이 여전히 가능하다.
윤활성 물질과 왁스를 수성 윤활제중에 분산시키는데 표면 활성제가 필요하다면, 비이온성, 음이온성, 양성 및 양이온성 중 어떠한 종류의 표면 활성 제제도 사용할 수 있다. 비록 이에 제한하는 것은 아니나, 비이온성 표면 활성 제제로는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시알킬렌(에틸렌 및/또는 프로필렌) 알킬 페닐 에테르, 폴리에틸렌 글리콜(또는 에틸렌 옥사이드)과 고급 지방산(예를 들어, C12-18)으로 구성되는 폴리옥시에틸렌 알킬 에스테르 및 솔비탄, 폴리에틸렌 글리콜과 고급 지방산(예를 들어, C12-18)으로 구성되는 폴리옥시에틸렌 솔비탄 알킬 에스테르를 들 수 있다.
비록 이에 제한하는 것은 아니나, 음이온성 표면 활성 제제로는 지방산염, 황산 에스테르염, 술폰산염, 인산 에스테르염 및 디티오인산 에스테르염이 있다. 양성 표면 활성 제제로는 아미노산 배열이나 베타인 배열 중 카르복실레이트, 황산 에스테르염, 술폰산염, 인산 에스테르염 등이 있으며, 이에 제한하는 것은 아니다.
비록 이에 제한하는 것은 아니나, 양이온성 표면 활성 제제로는 지방산의 아민염, 사차 암모늄염 등이 있다.
이들 표면 활성 제제의 각각은 단독으로나 또는 이들 중 두가지 이상을 혼합시켜 사용할 수 있다.
본 발명의 소성 가공용 수성 윤활제는, 철강, 스테인레스 스틸, 구리나 구리 합금, 알루미늄이나 알루미늄 합금, 티타늄이나 티타늄 합금의 금속 재료가 이미 포스페이트 피막(아연 포스페이트, 망간 포스페이트, 철 포스페이트, 주석 포스페이트 등), 옥살레이트 피막(철 옥살레이트 등), 크리올라이트와 칼슘 알루미네이트 피막을 형성하는 종래의 공정에 의해 코팅된 경우 냉간 소성 가공용(와이어 드로잉, 관 드로잉, 단조 등) 윤활제로서 도포될 수 있다.
금속 재료의 형태는 특히 제한하지 않으며, 바(bar)와 블록(block) 뿐 아니 라 열단조로써 형상화된 생성물(기어, 샤프트 등)이 이용가능하다.
본 발명에 따른 윤활성 피막의 처리 방법에서, 세정된 금속 재료의 표면을 상기 언급한 수성 윤활제에 접촉시킨 다음, 건조시킴으로써 금속 재료의 표면상에 0.5 내지 40g/m2의 윤활성 피막을 생성시킨다. 따라서 본 발명에 따른 윤활성 피막의 처리는 비-반응성 유형이라 할 수 있다. 금속 표면에 생성된 윤활성 피막의 양은 소성 냉가공의 변형 정도에 따라 조절가능하다. 보다 바람직한 범위는 2 내지 20g/m2이다.
0.5g/m2 미만이 되면, 윤활성이 불충분해진다. 40g/m2를 초과하면, 비록 윤활성에 특별한 문제가 발생하지는 않으나, 가공중에 잔재가 나올 수 있고 툴의 표면에 생성된 공동(cavity)이 생성된 잔재로 채워질 수 있다. 윤활성 피막의 양은 금속 재료의 표면적과 처리 전후의 중량차이로부터 계산가능하다.
윤활성 피막의 양을 조절하기 위해 상기대로 성분의 중량 농도를 조절한다. 많은 경우에, 농축된 수성 윤활제를 물에 의해 희석시킴으로써 처리 용액을 얻을 수 있다. 이러한 희석에 이용되는 물은, 이에 제한하는 것은 아니나, 탈이온수 또는 증류수인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 윤활성 피막의 처리에서, 금속 재료의 표면 세정은 숏블라스팅, 샌드블라스팅, 알칼리 탈지 및 산 세정으로 구성된 군으로부터 선택되는 한가지 이상의 세정 단계에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 이러한 세정의 주된 목적은 소둔(annealing)에 따라 성장하는 산화 스케일이나 오일 등의 오염물을 제거하 는 것이다.
최근, 환경상의 문제로 폐수 처리량의 감소가 요구되어진다. 본 발명에 따르면, 예를 들어 표면 세정을 위한 숏블라스팅과 본 발명의 수성 윤활제를 이용한 윤활성 피막의 생성에 의해 폐수를 제로까지 감소시키는 것이 가능할 것이다.
본 발명의 수성 윤활제를 금속 재료의 표면에 도포시키는 방법에는 특별한 제한이 없다. 침지법, 유동성 피막법 분무법 및 그밖의 방법을 이용할 수 있다. 도포는, 표면이 수성 윤활제에 충분히 덮히는 것으로 충분하며, 도포 시간을 특히 제한하지 않는다.
도포 후, 소성 가공용 수성 윤활제를 건조시키는 것이 필수적이다. 이것을 실온하에 유지함으로써 건조가 이루어지고, 또한 바람직하게는 60 내지 150℃에서 10 내지 60분간 유지한다.
또한, 건조 효율을 증가시키기 위해 금속 재료를 60-100℃까지 가열 후 수성 윤활제로 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 50 내지 90℃까지 가열시킨 수성 윤활제를 도포하는 것이 바람직하다.
이렇게 하여, 건조 효율을 상당히 향상시키며 열에너지의 손실을 감소시킬 수 있다.
실시예와 비교예를 제시함으로써 본 발명의 이로운 효과를 보다 상세히 설명할 것이다.
(후방 펀칭 실험용 샘플)
도 1(A)에 표시한대로 30mm의 직경을 갖고, 각 로드의 높이가 18-40mm까지 2mm 단위로 변화하는 구상 소둔재로서, 시판되는 JIS S45C의 강철 로드 샘플 시리즈.
(스파이크 실험용 샘플)
25mm의 직경과 30mm의 높이를 갖는 구상 소둔재로서, 시판되는 JIS S45C 강철 로드 샘플.
(처리 공정)
·공정 A
①탈지: 시판용 탈지제 이용(FINE CLEANER
Figure 112003004052390-pct00001
4360, Nihon Parkerizing Co., Ltd.), 농도: 20g/L, 온도: 60℃, 침지 시간: 10분.
②세척: 수돗물, 60℃, 30초간 침지.
③표면 처리: 60℃에서 윤활제와 접촉, 10초간 침지.
④건조: 80℃, 3분.
·공정 B
①숏블라스팅: 입자 직경: 0.5mm, 5분간 처리.
②세척: 수돗물, 90℃, 90초간 침지.
③표면 처리: 70℃에서 윤활제와 접촉, 5초간 침지.
④건조: 실온(통풍), 3분.
(후방 펀칭 실험)-도 1
도 1(A)의 강철 로드 샘플 시리즈를 도 1(B)의 200톤 크랭크 프레스에 의해 냉가공시켜 도 1(C)로 표시된 컵 형상의 생성물 시리즈를 생성한다. 각 펀칭에서 10mm의 기부단을 남기며, 가공에서의 감면률은 50%이다. 컵의 내부표면상 결함을 검사하고, 결함이 관찰되지 않은 컵의 최대 깊이(Zmm)를 표 1에서 펀치 깊이(mm)로서 표시한다. 30mm의 직경을 갖고, 각 로드의 높이가 18-40mm까지 2mm의 단위로 변화하는 구상 소둔재로서, 시판되는 JIS S45C의 강철 로드 샘플 시리즈. 이 실험에서, 다이(die) 재료는 JIS SKDII이고, 펀치 재료는 JIS HAP40이며, 펀치 직경은 21.21mm이고, 펀칭 속도는 30스트로크/분이다.
(스파이크 실험)-도 2
JP5-7969A와 동일한 방법으로 스파이크 실험을 수행하였다. 다이 (1)은 깔때기와 같은 내면 형상을 갖는다.
다이 (1)의 상부에 도 2(A)와 같이 로드 샘플 (2)를 놓은 다음, 가압하여 샘플 (2)의 기부가 도 2(B)와 같이 다이 (1)의 깔때기 구멍으로 들어가게 한다. 이 공정으로, 깔때기 형상에 상응하는 스파이크를 형성한다. 형성된 스파이크의 높이는 스파이크 높이로서 표 1에 표시한다. 스파이크가 큰 스파이크 높이를 가질 때 윤활성이 우수하다. 25mm의 직경과 30mm의 높이를 갖는 구상 소둔재로서, 시판되는 JIS S45C 강철 로드 샘플.
(실시예 1)
후술하는 수성 윤활제 1(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)을 상기 처리 공정 A에 이용하였다.
수성 윤활제 1
수용성 무기염: 소듐 테트라보레이트
윤활성 제제: 몰리브덴 디술파이드
왁스: 폴리에틸렌 왁스
비율 (B/A): 3.0
비율 (C/A): 0.4
생성피막 중량, g/m2: 15
(실시예 2)
후술하는 수성 윤활제 2(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)를 상기 공정 B에 이용하였다.
수성 윤활제 2
수용성 무기염: 소듐 테트라보레이트
윤활성 제제: 그래파이트
왁스: 폴리에틸렌 왁스
비율 (B/A): 2.0
비율 (C/A): 0.8
생성피막 중량, g/m2: 15
(실시예 3)
후술하는 수성 윤활제 3(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)을 상기 공정 A에 이용하였다.
수성 윤활제 3
수용성 무기염: 소듐 실리케이트
윤활성 제제: 그래파이트
왁스: 폴리에틸렌 왁스
비율 (B/A): 1.0
비율 (C/A): 1.0
생성피막 중량, g/m2: 15
(실시예 4)
후술하는 수성 윤활제 4(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)를 상기 공정 A에 이용하였다.
수성 윤활제 4
수용성 무기염: 소듐 텅스테이트
윤활성 제제: 몰리브덴 디술파이드
왁스: 파라핀 왁스
비율 (B/A): 4.0
비율 (C/A): 0.1
생성피막 중량, g/m2: 15
(실시예 5)
후술하는 수성 윤활제 5(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)를 상기 공정 B에 이용하였다.
수성 윤활제 5
수용성 무기염: 포타슘 술페이트
윤활성 제제: 몰리브덴 디술파이드
왁스: 파라핀 왁스
비율 (B/A): 3.0
비율 (C/A): 0.5
생성피막 중량, g/m2: 15
(비교예 1)
후술하는 수성 윤활제 6(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)을 상기 공정 A에 이용하였다.
수성 윤활제 6
수용성 무기염: 포타슘 술페이트
왁스: 파라핀 왁스
비율 (C/A): 0.1
생성피막 중량, g/m2: 10
(비교예 2)
후술하는 수성 윤활제 7(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)을 상기 공정 B에 이용하였다.
수성 윤활제 7
수용성 무기염: 포타슘 술페이트
윤활성 제제: 몰리브덴 디술파이드
비율 (B/A): 0.5
생성피막 중량, g/m2: 15
(비교예 3)
후술하는대로 처리 공정 C를 수행하였다.
·공정 C
①탈지: 시판용 탈지제 이용(FINE CLEANER
Figure 112003004052390-pct00002
4360, Nihon Parkerizing Co., Ltd.), 농도: 20g/L, 온도: 60℃, 침지 시간: 10분.
②세척: 수돗물, 실온, 30초간 침지.
③화성 처리: 아연 포스페이트를 함유하는 시판용 화성 처리제 이용(PALBOND
Figure 112004052931660-pct00003
181X, Nihon Parkerizing Co., Ltd.), 농도: 90g/L, 온도: 80℃, 침지 시간: 10분.
④세척: 수돗물, 실온, 30초간 침지.
⑤비누 처리: 시판되는 반응성 비누의 윤활 제제(PALUBE
Figure 112003004052390-pct00004
235, Nihon Parkerizing Co., Ltd.), 농도: 70g/L, 온도: 80℃, 침지 시간: 5분.
⑥건조: 80℃, 3분.
(비교예 4)
후술하는 수성 윤활제 8을 처리 공정 A에 이용하였다.
수성 윤활제 8
수용성 무기염: 보랙스; 10%
윤활성 제제: 칼슘 스테아레이트: 10%
오일 성분: 팜유: 0.5%
계면활성제: 폴리옥시에틸렌 알킬 알코올: 1%
그 외: 물
생성피막 중량, g/m2: 10
(비교예 5)
후술하는 수성 윤활제 9(분산을 위해 1 중량%의 비이온성 계면활성제 첨가)를 처리 공정 A에 이용하였다.
수성 윤활제 9
수용성 무기염: 소듐 테트라보레이트
합성 수지: 우레탄 수지
지방산의 금속염: 칼슘 스테아레이트
고체상 비율 (수용성 무기염/합성 수지): 2/1
고체상 비율 (칼슘 스테아레이트/합성 수지): 3/1
생성피막 중량, g/m2: 10
실험 결과를 표 1에 표시한다. 표 1로부터, 본 발명에 따른 금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제를 이용한 실시예 1-5가 우수한 윤활성을 나타내는 동시에 단순하고도 용이한 처리 공정을 제공하는 것이 명백하다.
윤활성 제제를 함유하지 않은 비교예 1과 왁스를 함유하지 않은 비교예 2의 윤활 특성은 좋지 않다. 포스페이트의 화성 처리 피막과 반응성 비누를 이용하여 통상의 공정으로 수행된 비교예 3의 윤활성은 본 발명과 동등하게 우수하다. 그러나, 화학적 가공 반응 결과 다량의 폐기물이 발생할 수 있고, 폐수 처리에 특히 복잡한 장치가 필요하며 환경 보존에 대한 부담이 증가하게 될 것이다.
또한, JP10-8085A와 동일한 비교예 4 및 합성 수지가 주된 성분인 JP2000-63880A와 동일한 비교예 5의 스파이크 실험 결과 윤활성이 충분치 않은 것이 입증되었다.
상기 기술에서 명백하듯이, 본 발명의 수성 윤활제 및 윤활성 피막의 처리 방법을 이용함으로써 단순하고도 쉬운 처리에 의해 높은 윤활성을 갖는 피막의 제조가 가능하였다. 또한, 폐기물의 생성량이 감소하고 바람직한 환경 보호가 가능해졌다. 따라서, 본 발명은 상당히 큰 산업상 이용가치를 갖는다.
처리 공정수 처리 펀칭 깊이(mm) 스파이크 높이(mm)
실시예 1 4 도포형 60 13.2
실시예 2 4 도포형 60 13.2
실시예 3 4 도포형 60 13.2
실시예 4 4 도포형 60 13.1
실시예 5 4 도포형 60 13.1
비교예 1 4 도포형 40 11.6
비교예 2 4 도포형 40 11.7
비교예 3 6 반응형/폐기물 많음 56 13.0
비교예 4 4 도포형 56 12.5
비교예 5 4 도포형 56 12.6

Claims (7)

  1. 물에 용해되거나 분산되는 수용성 무기염 (A), 몰리브덴 디술파이드와 그래파이트에서 선택되는 한가지 이상의 윤활성 제제 (B) 및 왁스 (C)를 포함하고, 고체 상태에서 (B)/(A) 중량비는 1.0 내지 5.0 범위이고 고체 상태에서 (C)/(A) 중량비는 0.1 내지 1.0 범위인 것이 특징인 금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제.
  2. 제1항에 있어서, 수용성 무기염은 술페이트, 실리케이트, 보레이트, 몰리브데이트 및 텅스테이트로 구성된 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 무기염인 것이 특징인 금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제.
  3. 제1항에 있어서, 왁스는 70 내지 150℃의 용해점을 갖는 수(water)분산성 천연 또는 합성 왁스인 것이 특징인 금속 재료의 소성 가공용 수성 윤활제.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 수성 윤활제를 세정된 금속 재료의 표면에 도포 및 건조시킴으로써, 금속 재료의 표면에 0.5 내지 40g/m2의 윤활성 피막을 생성하는 것으로 이루어지는 윤활성 피막의 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서, 세정된 표면은 숏블라스팅, 샌드 블라스팅, 알칼리 탈지 및 산 세정으로 구성된 군으로부터 선택되는 한가지 이상의 세정 단계로써 얻어지는 것이 특징인 윤활성 피막의 처리 방법.
  6. 제4항에 있어서, 금속 재료를 60 내지 100℃로 가열시킨 후, 상기 수성 윤활제를 금속 재료에 도포시키는 것이 특징인 윤활성 피막의 처리 방법.
  7. 숏 블라스팅, 샌드 블라스팅, 알칼리 탈지 및 산 세정으로 구성된 군으로부터 선택되는 한가지 이상의 세정 단계로 금속 재료의 표면을 세정하고, 상기 금속 재료를 60 내지 100℃로 가열시킨 후, 제 1 항 내지 3 항 중 어느 한 항에 따른 수성 윤활제를 세정된 금속 재료의 표면에 도포 및 건조하여, 금속 재료의 표면에 0.5 내지 40 g/m2의 윤활성 피막을 생성하는 것으로 이루어지는 윤활성 피막의 처리 방법.
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