KR101838307B1 - 금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물, 윤활 피막 및 이것을 구비한 피복 금속 재료, 및 피복 금속 재료의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

(A) 황산염, 붕산염, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기염, (B) 평균 입자 직경 20 ㎛ 이하의 윤활 물질, (C) 평균 분자량 5000∼100000의 수용성 수지 재료, 및 (D) 물을 함유하고, 상기 성분 (A):(B):(C)의 중량비가 1:0.01∼20:0.01∼20인 것을 특징으로 하는 금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물, 윤활 피막 및 이것을 구비한 피복 금속 재료와, 그 제조 방법을 제공하는 것이다.

Description

금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물, 윤활 피막 및 이것을 구비한 피복 금속 재료, 및 피복 금속 재료의 제조 방법{LUBRICANT COMPOSITION FOR METAL MATERIAL PLASTICITY PROCESSING, LUBRICATING FILM AND COATED METAL MATERIAL PROVIDED THEREWITH, AND METHOD FOR MANUFACTURING COATED METAL MATERIAL}

본 발명은 냉간 또는 온간 가공에 제공되는 여러가지 피가공용 금속 재료에 이용되는 금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물, 그 조성물로부터 형성되는 윤활 피막 및 그 피막으로 피복된 피복 금속 재료, 및 피복 금속 재료의 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 스테인리스강이나 티탄, 니켈기 합금 등의 특수 금속 재료는, 다른 통상 금속에 비해서 내식성, 내열성 및 기계적 특성 등 많은 우수한 특성을 가지며, 오늘날의 기술 진보에 필요 불가결한 것으로 되어 있다. 이들 특수 금속 재료는, 예컨대, 나사, 볼트, 너트, 핀, 로프, 베어링 또는 스프링 등의 기계 요소 제품이나 여러가지 기계 구성 재료에 폭넓게 활용되고 있다.

그런데, 상기 특수 금속 재료는, 고강도이며 경질이면서 인성(靭性)이 부족하기 때문에, 난가공 재료로 간주된다. 예컨대, 이들 난가공성의 금속 재료는, 상기 여러가지 제품으로 하기 위한 가공을 행할 때, 재료의 균열, 단선 또는 절손 등의 가공 트러블이 생기기 쉽다. 그래서, 이들 트러블을 억제하기 위해, 및, 다이스, 롤 및 펀치 등의 가공용 공구의 긴 수명화를 도모하기 위해, 최적의 윤활 기술이 요구되고 있다.

예컨대, 상기 특수 금속 재료를 세경화하는 신선(伸線) 가공이나, 얻어진 세선을 헤더 압조하거나 스프링 성형에 제공하는 경우, 종래, 금속 재료의 표면에, Cu, Ni 또는 다른 금속의 도금을 실시하거나, 수지 재료, 석회, 수산염, 또는 인산염 등의 유기, 무기의 여러가지 윤활 피막을 실시하는 것이 행해지고 있다. 또한, 이러한 피복을 형성하는 것 외에, 그 가공의 직전에 예컨대 금속 비누, 이황화몰리브덴, 흑연, 붕사, 석회 등의 보조 윤활제, 또는 필요에 따라 더 첨가되는 여러가지 첨가제 등을 포함하는 보조 윤활제를 병행하여 사용하는 병용형의 윤활 방법도 알려져 있다.

특히 상기 병용형의 윤활 방법은, 상기 난가공성의 금속 재료에 의한 나사나 볼트, 너트 등을 형성하는 강도의 압조 가공이나, 경질 선재를 이용하는 스프링 성형 등과 같은 가혹한 가공 처리에 유효하다. 그러나, 이들 윤활 피막은, 상기 가공 윤활 성능에 더하여, 최근의 지구 환경도 배려한 조성의 검토의 필요성이 있다.

예컨대, 하기 특허문헌 1에는, 고급 지방족 모노카르복실산과 디아민, 또는 고급 지방족 모노카르복실산과 다염기산의 혼합물과 디아민의 반응에 의해 얻어지는 카르복실산아마이드계 왁스를 함유하는 금속 재료의 방출 가공용 윤활제가 제안되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 2에는, 스테인리스 강선에, 두께 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하의 Ni 도금을 실시하고, 그 표면에 할로겐을 포함하는 합성 수지를 더 피복하여 단면 감소율 60％ 이상의 신선 가공을 가하며, 표면 거칠기를 0.8 s∼12 s로 조정한 자동 코일링용 강선으로 하고, 이에 의해 윤활 성능을 개선하여, 신선 시의 다이스 수명 향상이나 코일링 속도 향상을 도모하는 것이 제안되어 있다.

또한, 하기 특허문헌 3에서는, 환경 대응형 가공 피막으로서, K2SO4와 Na2SO4 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물을 75∼90 중량％, Na2B4O7을 3∼25 중량％, 및 비이온계 계면 활성제를 2∼10 중량％ 함유하는 것으로 이루어지는 황산염 피막을 실시한 스테인리스 강선이 제안되어 있다.

또한, 특허문헌 4에서는, 코일링 특성이 우수한 스프링용 스테인리스 강선을 제공하기 위해, 스테인리스 강선의 표면에 질화 처리로 질화층을 마련하고, 이것을 신선하여, 표면에 크랙에 의한 질화층의 아일랜드를 소정의 크기로 형성하며, 이에 의해, 부여되는 보조 윤활제의 수용을 높이는 것이 제안되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 평성4-202396호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 공개 평성6-226330호 공보 특허문헌 3: 일본 특허 공개 평성10-88179호 공보 특허문헌 4: 일본 특허 공개 평성9-85332호 공보

그러나, 수산염이나 인산염으로 화성 피막 처리한 것이나, 그 위에 금속 비누 등의 고체 윤활제를 더 부착시킨 윤활 피막은, 금속 재료의 소성 가공 후, 윤활 피막을 제거하기 위해 산 세정, 물 세정 등의 처리가 필요하며, 환경면에서 문제가 있다.

또한, 특허문헌 1에 제안되어 있는 윤활제는 내열성이 뒤떨어진다고 하는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 2에서는, 그 구성 피막은 할로겐 함유 합성 수지를 포함하고, 구체적으로는 4불화에틸렌 수지 등의 불소계 수지나 염소계 수지이기 때문에, 그 제거가 곤란하며, 또는 그 제거에 유기 용제를 필요로 한다. 이 때문에, 특허문헌 2의 기술도, 환경면에서 문제가 있다.

특허문헌 3은, 지구 환경에 대응하고는 있지만, 황산염, 붕산염 자체로는 윤활성이 부족하며, 이들의 윤활 피막으로는 충분한 과제 해결은 도모되고 있지 않다.

또한, 특허문헌 4의 스테인리스 강선으로는, 그 표면에 형성되는 상기 질화층의 아일랜드가, 그대로 잔류하기 때문에, 금속 재료의 표면 상태를 저하시켜, 제품 가치를 저감한다고 하는 문제가 있다.

그래서, 본 발명에서는, 종래의 윤활 피막의 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 윤활 성능이 우수하여 금속 재료의 가공 성능을 높이면서, 금속 재료의 표면 상태를 저하하는 일없이 용이하게 제거할 수 있어, 환경 보전에 유효하고 또한 인라인화 가능한 범용성이 높은 윤활 피막과 그 피막에 의해 피복된 피복 금속 재료, 및 피복 금속 재료의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 이러한 윤활 피막을 형성할 수 있고, 또한 고체 윤활제의 분산 안정성 및 환경 보전에 우수한 금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 청구항 1에 따른 발명은, (A) 황산염, 붕산염, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기염, (B) 평균 입자 직경 20 ㎛ 이하의 윤활 물질, (C) 평균 분자량 5000∼100000의 수용성 수지 재료, 및 (D) 물을 함유하고, 상기 성분 (A):(B):(C)의 중량비가 1:0.01∼20:0.01∼20인 것을 특징으로 하는 금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물이다.

본원 청구항 1에 따른 윤활제 조성물은, 고체 윤활 물질의 분산제로서 사용되는 수지 재료(C)가 수용성이기 때문에, 조제가 용이하고, 고체 윤활 물질을 분산시키는 능력이 우수하기 때문에 분산 안정성이 우수하다. 더구나 본 발명에서 형성되는 피막은, 유기 용제를 필요로 하지 않고 물로 용이하게 제거할 수 있다. 또한, 무기염(A) 및 윤활 물질(B)이 수용성 수지 재료(C)에 의해 금속 재료 표면에 강고하게 유지되기 때문에, 수산염이나 인산염 등에 의한 화성 피막 처리 등의 하지 처리를 필요로 하지 않고, 그 조성물을 직접 금속 재료 표면에 도포하고, 건조시킴으로써 윤활 성능이 우수한 윤활 피막을 용이하게 제공할 수 있다.

상기 수지 재료(C)로서는, 아크릴산계 수지 및 그 외의 카르복실산기 함유 수지, 술폰산계 수지, 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 전기적 성질을 갖는 수용성의 수지이고, 또한, 평균 분자량이 8000∼50000인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지 재료(C)는, 보다 바람직하게는, 아크릴산알킬에스테르를 주성분으로 하는 음이온성기 함유 아크릴산알킬에스테르 공중합체이다.

본원 청구항 4에 따른 발명은, (A) 황산염, 붕산염, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기염, (B) 평균 입자 직경 20 ㎛ 이하의 윤활 물질, 및 (C) 상기 무기염(A) 및 윤활 물질(B)을 고착 유지하는 평균 분자량 5000∼100000의 수용성 수지 재료를 함유하는 고화물이고, 그 고화물 중에, 상기 무기염(A) 중 적어도 일부가 결정화한 결정부를 갖는 것을 특징으로 하는 윤활 피막이다.

본원 청구항 4에 따른 윤활 피막은, 무기염(A)과 입자 직경 20 ㎛ 이하의 윤활 물질(B) 및 이들을 금속 재료에 결합 유지하는 수용성 수지 재료(C)로 구성되어, 환경면에서 개선된다. 또한, 윤활 피막은, 무기염(A)과 윤활 물질(B)은 상기 수지 재료(C)에 의해 금속 재료 표면에 강고하게 유지되고, 더구나 상기 무기염(A) 중 적어도 일부가 결정화한 결정부를 구비하기 때문에, 더 향상된 윤활 성능을 가져, 특히 강가공이나 난가공성의 금속 재료의 윤활 피막으로서 적합하다.

상기 윤활 피막은, 상기 구성 원료 (A):(B):(C)의 중량비가, 1:0.01∼20:0.01∼20인 것이 바람직하다.

또한, 상기 결정부가, 입상, 단섬유상 및 엽맥상 중 어느 1종 이상의 형상을 가지고, 또한 윤활 피막의 외표면 상에 볼록하게 마련된 돌출부로서 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 윤활 피막의 표면에서 보아, 상기 결정부의 면적률은 20∼80％인 것이 바람직하다.

또한, 상기 결정부는, 구성 치수가 0.5 ㎜ 이하의 미세한 것인 것이 바람직하다.

또한, 상기 수지 재료(C)는, 보다 바람직하게는, 아크릴산계 수지 및 그 외의 카르복실산기 함유 수지, 술폰산계 수지 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 수용성 수지로 전기적 성질을 가지고, 또한, 분자량이 8000∼50000인 것이 바람직하다.

또한, 상기 윤활 피막은, 피가공용 금속 재료의 표면 상에 0.3∼12 g/㎡의 부착량으로 형성되어 이루어지는 피복 금속 재료가 바람직하다.

이러한 윤활 피막을 구비하는 피복 금속 재료는, 소성 변형에 의한 성형 가공에 있어서, 금속 비누, 이황화몰리브덴, 흑연, 붕사 또는 석회 등의 상기 보조 윤활제를 제2 윤활 물질로서 병용하여도 좋고, 이러한 경우에는 제2 윤활 물질은 효과적으로 상기 결정부의 사이에 유지되며, 윤활 성능의 추가적인 향상이 도모된다. 또한, 결정부의 돌출에 의해 형성되는 미소 요철은 윤활 피막에 형성되는 것이며, 상기 특허문헌 4에 있어서의 질화층과 같은 이상(異相)을 굳이 마련하는 일없이, 윤활제의 수용 효율을 높이는 효과를 갖는다. 이 때문에, 그 표면 윤활제를 제거한 금속 재료는, 표면성의 저하가 억제되며, 마무리 처리 공정을 경감하는 등, 비용 절감에도 공헌한다.

또한, 상기 피가공용 금속 재료는, 냉간 또는 온간에서 행하는 압조용, 프레스용, 전조용 또는 스프링용의 최종 용도에 따른 선형, 막대형, 띠형, 시트형 내지 괴형중 어느 하나의 형상인 것이 바람직하다.

또한, 상기 피가공용 금속 재료는, 스테인리스강, 티탄, 티탄 합금, 니켈, 니켈 합금, 니오븀 및 니오븀 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 난가공성 금속 선재인 것이 바람직하다.

또한, 본원 청구항 13에 따른 발명은, (1) 최종 제품의 형태에 따라 미리 성형된 피가공용의 소재 금속 재료와, (2) 황산염, 붕산염, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기염(A), 입자 직경 20 ㎛ 이하의 윤활 물질(B), 평균 분자량 5000∼100000의 수용성 수지 재료(C), 및 물(D)을 함유하는 윤활제 조성물을 준비하는 준비 단계와, (3) 미리 정한 온도로 가열된 상기 윤활제 조성물에, 상기 소재 금속 재료를 침지하여, 그 소재 금속 재료를 가온하는 단계와, (4) 상기 무기염(A), 윤활 물질(B) 및 수지 재료(C)를 상기 소재 금속 재료 상에 결정화 또는 필름화시키는 조막(film formation) 단계와, (5) 결정부를 가지고 얻어진 윤활 피막을 건조 고화하여 그 결정부를 정착시키는 건조 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 피복 금속 재료의 제조 방법이다.

또한, 상기 건조 단계 후, 상기 소재 금속 재료의 소성 가공을 행하는 중간 가공 단계를 더 포함하고, 그 중간 가공 단계에서는, 상기 윤활 피막과는 이종의 제2 윤활 물질을 상기 소재 금속 재료에 부여하여 가공을 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 피복 금속 재료는, 압조 가공용 피복 금속선이고, 상기 중간 가공이 가공률 30％ 이하의 경도의 신선 또는 압연 가공인 것이 바람직하다.

또한, 상기 피복 금속 재료는, 스프링 가공용 피복 금속선이고, 상기 중간 가공이 가공률 60％ 이상의 강도의 신선 또는 압연 가공인 것이 바람직하다.

본 발명의 피복 금속 재료의 제조 방법에 따르면, 종래의 윤활 피막의 형성과 마찬가지로, 균일하며 또한 안정된 피복 처리를 연속 시스템으로서 설정할 수 있고, 인라인화에 의해 작업 부담을 경감한 연속 작업이 가능해진다.

도 1은 본 실시형태에 따른 피막 금속 재료의 일례를 나타내는 확대 사시도이다.
도 2A는 윤활 피막의 외면을 확대한 현미경 사진이며, 결정부가 점상과 단섬유상이 혼재한 돌출부로서 형성되어 있는 결정부의 분포 상태를 나타낸다.
도 2B는 윤활 피막의 외면을 확대한 현미경 사진이며, 결정부가 엽맥상의 돌출부로서 형성되어 있는 분포 상태의 일례를 나타낸다.
도 3은 피복 금속 재료의 제조 프로세스를 예시하는 공정도이다.
도 4는 결정부의 면적률과, 압조 가공에 있어서의 가공 수명의 관계를 나타내는 관계도이다.
도 5는 윤활 피막을 제거한 후의, 금속 재료의 가공 제품의 표면 상태를 나타내는 확대 사진이다.

이하, 본 발명의 실시의 일형태가 도면에 기초하여 설명된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 피복 금속 재료(1)는, 장척형의 금속선(2)과, 그 외표면 전체를 거의 똑같이 덮는 윤활 피막(3)을 가지고, 금속선(2)과 윤활 피막(3)은 일체화하며, 그 윤활 피막(3)은, 그 일부 조성의 결정화에 의한 결정부(K)를 갖는다.

상기 금속선(2)은, 그 목적이나 용도에 따라 선정된 금속 재료의 선재이다. 그 금속 재료로서는, 종래부터 소성 가공에 적용되고 있는 것을 사용할 수 있다. 이러한 금속 재료로서는, 예컨대, 스테인리스강, 티탄 또는 티탄 합금, 니켈 또는 니켈 합금, 니오븀 또는 니오븀 합금 등의 난가공성의 금속 재료가 적합하고, 그 중에서도 가공 경화 특성이 큰 상기 스테인리스강이나 티탄 합금이 바람직하다. 또한, 상기 소성 가공에는, 압조 가공, 프레스 가공, 굽힘 가공, 전조 가공 또는 스프링 가공 등의 여러가지 것이 포함된다.

특히, 상기 압조 가공이나 프레스 가공은, 금속 재료를 순간적으로 압박하여 크게 돌출 변형시키기 때문에, 본 발명의 윤활 피막은, 재료의 변형 균열이나 공구류의 결손을 억제하는 데 유효하다. 또한, 본 발명의 윤활 피막은, 스프링 성형에 있어서도, 소정의 스프링 탄성을 갖는 고강도의 금속 세선을 이용한 소성 가공에 유효하다.

또한, 냉간 압조 가공용의 금속선(2)으로서는, 예컨대, 선직경이 0.01∼20 ㎜ 정도, 바람직하게는 0.5∼10 ㎜이며, 또한, 그 인장 강도를 900 ㎫ 이하로 연질 마무리한 금속 선재가 적합하다. 한편, 스프링용의 금속선(2)으로서는, 예컨대, 선직경이 0.01∼10 ㎜ 정도이며, 또한, 인장 강도 1600∼2600 ㎫ 정도의 고강도 특성을 구비하는 냉간 신선 가공된 금속 선재가 적합하게 이용된다. 금속 재료가 스테인리스강인 경우, 상기와 같은 강도 특성을 얻기 위해, 전자의 압조 가공용 금속선으로는, 예컨대 고용화 열처리 마무리한 것이나, 이것을 또한 가공률 30％ 이하(바람직하게는 3∼20％)의 경도의 신선 가공이나 압연 가공으로 스킨 패스 마무리하여 이루어진 것이 바람직하다. 또한, 후자의 스프링용 금속선에서는, 최종 마무리가 예컨대 가공률 60％ 이상의 냉간 신선 가공에 의해 가공 경화된 것이 바람직하다.

금속선(2)의 단면 형상은, 원형 또는 비원형 중 어느 것이어도 좋다. 또한, 금속선(2)은, 그 길이 방향의 표면 거칠기나 형상도 임의로 설정된다. 예컨대, 금속선(2)은, 길이 방향을 따라 외직경을 주기적으로 변화시킨 물결 형상의 것이어도 좋다. 또한, 윤활 피막으로 덮어지는 금속 재료는, 장척인 선재의 외에, 막대형, 띠형, 시트형 내지 괴형 등 여러가지 형상품에 대하여 폭 넓게 채용 가능하며, 본 발명은 이들 형상의 것도 포함한다.

이러한 금속 재료(본 형태에서는 금속선(2))를 피복하는 윤활 피막(3)은, 본 발명에서는 다음 3종류의 구성재를 함유하는 금속 재료 소성 가공용 윤활제 조성물로 형성된다. 제1 구성재로서, 황산염, 붕산염, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종의 무기염(A)이 사용된다. 또한, 제2 구성재로서, 평균 입자 직경 20 ㎛ 이하의 미립자형의 윤활 물질(B)이 사용된다. 또한, 제3 구성재로서, 수용성 수지 재료(C)가 사용되며, 이것은 상기 무기염(A)과 윤활 물질(B)을 고착 유지하는 작용을 갖는다. 윤활 피막(3)은, 이들 구성재 (A)∼(C)를 소정의 비율로 배합한 수성 윤활제 조성물을 상기 금속 재료에 도포하고, 건조 고화함으로써 얻어진다. 그리고 본 발명은, 이들 구성재로 이루어지는 윤활 피막(2)에 있어서, 상기 무기염(A) 중 적어도 일부가 결정화한 결정부(K)를 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 구성재의 무기염(A)은, 윤활 피막의 캐리어성, 내압성을 향상시키는 것이며, 수용성이고, 이것과 병용하는 수지 재료(C)와 함께, 소정 온도로 가열함으로써 용이하게 물에 용해된다. 무기염(A)은, 도포막의 건조에 따라 적어도 그 일부를 결정화할 수 있는 것이 적합하다.

상기 무기염(A)으로서는, 예컨대, 황산나트륨, 황산칼륨 등의 황산염, 붕산나트륨, 붕산칼륨, 붕산암모늄 등의 붕산염, 규산나트륨, 규산칼륨 등의 규산염, 인산아연, 인산칼슘 등의 인산염, 몰리브덴산암모늄, 몰리브덴산나트륨 등의 몰리브덴산염, 또는 텅스텐산나트륨 등의 텅스텐산염 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용하여도 좋고, 혹은 2종 이상 조합하여 이용되어도 좋다. 특히, 황산칼륨이나 붕산나트륨은, 신선으로 우수한 캐리어 효과를 초래하고, 또한, 수용성이며 결정은 내압이 우수하기 때문에, 본 발명에 있어서 적합하다.

제2 구성재는, 상기 무기염(A)과 함께 윤활 피막(3)을 구성하는 윤활 물질(B)이며, 윤활 피막에 있어서 마찰 저항을 저하시키는 기능을 발휘한다. 윤활 물질(B)로서는, 예컨대 그래파이트, 이황화몰리브덴, 질화붕소, 이황화텅스텐, 불화흑연 또는 PTFE 등이 적합하게 이용된다. 이들 윤활 물질은, 그 어느 하나를 단독으로 혹은 임의인 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 윤활 물질(B)의 평균 입자 직경은 20 ㎛ 이하이지만, 그 하한은, 1 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 윤활 물질(B)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 미립자형의 것이 바람직하다.

상기 윤활 물질(B)은, 그 피복 처리나 그 후의 가공에 따라 형상 변화하는 것이 추측된다. 그러나, 그 평균 입자 직경이 20 ㎛를 넘는 것 같은 조대한 것에서는, 이것을 윤활제로서 액 중에 혼합할 때, 바닥부에 퇴적하기 쉬워져 일정한 피복 상태를 얻기 어렵다. 또한, 조대 입자로는, 피막 표면 성형을 저하시킨다. 이러한 관점에서, 윤활 물질(B)의 보다 바람직한 평균 입자 직경은 15 ㎛ 이하이다. 또한, 상기 평균 입자 직경이란, 그 1군에서 임의로 추출한 복수의 입자를 측정한 각 입자의 최대 치수의 평균을 의미하는 것으로 한다.

그래파이트는, 특히 슬라이딩성이 우수하여 양호한 윤활 성능을 초래하며, 경도의 충격으로 용이하게 세립화할 수 있고, 또한 내열성이나 도전성도 우수하다. 이 때문에, 그래파이트는, 본 발명의 상기 윤활 물질(B)로서 특히 적합하다. 따라서, 이것을 포함하는 윤활 피막은, 예컨대 압조 가공과 같이 순간적으로 큰 압력을 받는 것 같은 가공에 이용하는 경우에는, 그 부하 압력을 흡수하여 발생열에 의한 그을림을 막는다. 또한, 그래파이트를 포함하는 윤활 피막은, 직접 통전으로 행해지는 온간 가공 시, 가열을 용이한 것으로 하여, 공구 수명의 증대나 가공 균열 등의 트러블 경감에 기여한다.

또한 제3 구성재인 수용성 수지 재료(C)는, 이것이 윤활 피막으로서 고화한 상태에서, 상기 무기염(A) 및 윤활 물질(B)을 금속 재료(2)에 강고하게 고착시키는 고착성을 발휘한다. 그 수지 재료(C)는, 용액 상태에서 윤활 물질(B)에 척력을 발생시키거나, 수용액의 점도 상승을 발생시켜 윤활 물질(B)의 침강을 방지하거나, 계면활성제로서 윤활 물질(B)을 친수성으로 하여 분산을 안정화시키는 특성이 필요하다. 또한, 상기 윤활 피막은 그 가공 후에 종종 제거하는 것이 행해진다. 그 경우, 특수한 용매 등을 이용하는 일없이 물이나 온수로 용이하게 용해할 수 있도록, 상기 수지 재료(C)는, 수용성을 초래하는 평균 분자량이 5000∼100000의 전기적 성질을 갖는 수지 재료에 의한 것으로 하고 있다.

즉, 상기 평균 분자량이 5000 미만의 것에서는, 윤활제 조성물의 점도가 저하하고, 그 부착량이 감소하며, 고착 강도가 저하하여, 양호한 피막, 즉 적정 윤활 상태를 얻기 어렵다. 반대로, 상기 평균 분자량이 100000을 넘는 고분자의 것에서는, 수용성의 영역을 넘기 때문에 본 발명에는 알맞지 않다. 또한, 점성을 높여 상기 윤활 물질(B)의 습윤성을 저감하거나, 내부에 미세 구멍을 형성시키는 등 구조적으로도 바람직한 것이라고는 할 수 없다. 보다 바람직하게는, 상기 수지 재료(C)의 평균 분자량은 8000∼50000, 더욱 바람직하게는 10000∼35000이다.

보다 바람직한 상기 수용성 수지 재료(C)로서는, 예컨대, 아크릴아미드계 수지나 아크릴레이트계 수지 등의 아크릴산계 수지 및 그 외의 카르복실산기 함유 수지, 술폰산계 수지, 폴리비닐알코올 등의 폴리비닐계 수지 등의 친수성 작용기를 갖는 것을 들 수 있다. 이들 수지 재료는, 특히 다음에 기재하는 설명의 전기적 성질을 구비하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, 그 비유전율이 2∼12, 보다 바람직하게는 2.0∼8.0인 것에 의해, 그 전기적 성질의 촉진이 도모되기 때문에, 바람직하다. 상기 아크릴산계 수지 중에는, 열경화에 의해 강고한 막을 형성하는 것도 있다. 예컨대, 소성 가공 후에 탈막을 필요로 하지 않는 경우, 가열 건조 또는 열처리에 의해 무기염(A) 및/또는 윤활 물질(B)이 탈락하기 어려운 피막을 형성할 수도 있다. 특히 바람직한 수지 재료(C)로서는, 아크릴산알킬에스테르를 주성분으로 하는 음이온성기 함유 아크릴산알킬에스테르 공중합체를 들 수 있다.

또한, 상기 수지 재료(C)가 전기적 성질을 갖는다는 것이란, 전하 및/또는 극성을 갖는 수지 재료인 것을 의미하고, 그 검증은, 예컨대 크로마토그래프나 FT-IR 등으로 구해지는 구조식으로부터 행할 수 있다. 또한 이러한 특성은, 특히 그 분자 구조로 O 및 H를 포함하는 친수성의 작용기를 갖는 것으로 달성 가능하고, 이에 의해 수용성 수지 재료가 될 수 있다. 마찬가지로 비유전율은, JIS-K6911에도 나타나고, 예컨대 컨덴서를 형성하여 그 전기 용량에 의한 평행 평판법, 전파를 닿게 하여 반사를 측정하는 자유 공간법 등 여러가지 방법이 제안된다. 이러한 수지 재료(C)는, 상기 입자상의 윤활 물질(B)에 휘감겨, 응집하고자 하는 인력과, 분리하고자 하는 전하에 의한 척력을 발생시키고, 수용성의 점도 상승을 발생시켜 윤활 물질(B)의 침강을 방지하거나, 계면 활성제로서 윤활 물질(B)을 친수성으로 하여 분산을 안정화시키거나 하여 안정적이며 균일 양호한 윤활제 조성물을 초래할 수도 있다.

본 발명에 이용되는 상기 수지 재료(C)는, 수용성이며, 물이나 온수 등에 용이하게 용해한다. 이 때문에, 피복 처리 단계나 최종 가공 후에 있어서, 피막을 제거하기 위해서는, 유기 용제 등 유해 약액의 사용이 억제되는 메리트가 있어, 환경적으로도 바람직하다.

본 발명의 금속 재료 소성 가공용의 윤활제 조성물은, 상기 구성재 (A)∼(C)를 물에 용해 또는 분산시킴으로써 조제하고, 그 물은 도포 후의 건조 수단에 의해 최종적으로 제거함으로써 구성재 (A)∼(C)로 이루어지는 윤활 피막이 형성된다. 각 구성재 (A)∼(C)의 배합비는, 그 고화 상태에서의 중량 환산으로 1:0.01∼20:0.01∼20(고형분 중량비), 바람직하게는 1:0.1∼12:0.1∼10으로 한다. 더욱 바람직하게는 예컨대 냉간 압조용에서는 1:0.5∼3:0.5∼8로 하고, 또한, 스프링용에서는 1:1∼6:1∼10이 되도록 배합되며, 또한 그 부착량은, 예컨대 고형분으로서 0.3∼12 g/㎡정도가 되도록, 윤활제 조성물의 농도나 점도를 조정하여 이용된다. 통상, 윤활제 조성물은 고형분 농도가 3∼30 중량％가 되도록 조제된다.

상기 부착량이 0.3 g/㎡ 미만이면 윤활 성능이 충분히 발휘되지 않고, 12 g/㎡를 넘는 양을 부여하여도 그에 걸맞는 윤활 성능은 얻어지지 않으며, 도리어 가공 시의 메쉬 막힘 등의 폐해를 초래하게 된다. 또한, 상기 고형분 농도가 3 중량％ 미만이면, 1회의 도포 조작으로 충분한 부착량을 얻기 어렵고, 30 중량％를 넘으면, 용액 점도가 지나치게 높아지는 등 도포 조작 상의 문제가 발생한다.

본 발명의 피복 금속 재료는, 상기 윤활제 조성물을 금속선(2)에 도포하고, 도포막을 건조함으로써 얻어진다. 윤활제 조성물의 도포는, 침지 도포 또는 분무 도포 등 임의의 방법으로 행할 수 있다. 건조 공정에서는, 무기염(A)의 결정 석출 및 수용성 수지 재료(C)의 조막이 일어나, 물의 증발의 완결에 의해 금속 재료 표면에 밀착한 윤활 피막이 형성된다. 윤활제 조성물은, 미리, 예컨대 40∼100℃, 바람직하게는 60∼100℃로 가온해 둠으로써, 윤활 물질(B)을 구비하여 무기염(A)의 결정화를 촉진시킬 수 있어 바람직하다.

상기 건조 공정에서의 온도 및 시간은 특별히 제한되지 않지만, 통상, 실온∼150℃에서 예컨대 1∼1000초 정도의 가열이 행해진다. 건조는, 시간이 짧게 끝나도록, 예컨대 80℃ 이상, 바람직하게는 100℃ 이상의 열풍 건조가 적합하게 행해진다. 이와 같이 하여 얻어지는 윤활 피막은, 무기염(A), 윤활 물질(B) 및 수용성 수지 재료(C)를 상기 배합비로 포함하고 있다. 윤활 물질(B) 및 수지 재료(C)의 배합비가 각각 0.01 미만의 것에서는, 결정부(K)의 면적률이 지나치게 커지며, 또는 강고한 피막이 덮이기 어렵다. 한편, 이들의 배합비가 각각 20을 넘는 것에서는, 결정부(K)의 면적률이 작아지는 것 외에, 수지 재료(C)의 비율이 지나치게 크기 때문에, 충분한 윤활 성능이 발휘되지 않는다.

도 3은 상기 피복 금속 선재[피복 금속 재료(1)]의 제조 프로세스의 일례이다. 그 프로세스는,

(1) 상기 피가공용의 소재 금속선[소재 금속 재료(11)]과 상기 윤활제 조성물(12)을 준비하는 준비 단계, (2) 소정 온도로 가열한 상기 윤활제 조성물(12)에 소재 금속선(11)을 침지하여, 윤활제 조성물(12)을 도포하며, 그 소재 금속선(11)의 표면을 가온하는 단계와,

(3) 상기 구성재 (A)∼(C)가 상기 소재 금속선(11) 상에 결정화 또는 필름화하는 조막 단계와, (4) 결정부를 갖는 윤활 피막을 건조 고화하여 그 결정부를 정착시키는 건조 단계를 구비하여 이루어진다.

본 실시양태에 있어서, 소재 금속선(11)은 그 목적, 용도에 따라 조정된 치수, 형상, 특성을 갖는 장척 재료를, 예컨대 릴이나 캐리어(10)에 권취한 것이 준비되고, 이것은 가이드 롤(R1, R2, R3)을 지나 연속적으로 풀리면서, 수성 윤활제 조성물(12)을 가열 상태로 저류한 조(13) 내에 도입된다. 이에 의해, 소재 금속선(11)은, 그 표면 상에 소정량의 상기 윤활제 조성물(12)이 도포된다.

윤활제 조성물(12)은, 상기 구성재 (A) 및 (C)의 수용액 중에 윤활 물질(B)이 분산된 수성 분산액이며, 바람직하게는, 도시하지 않는 적절한 가열 수단에 의해 소정 온도로 가열된다. 가열 온도는, 상기 수지 재료(C)의 종류나 결정 분량에 따라 적절하게 설정되며, 예컨대 상기 아크릴산알킬에스테르 공중합체를 함유하는 것으로서는, 60∼100℃로 설정함으로써, 피막 고화 후의 윤활 피막에 상기 무기염(A)의 결정을 효과적으로 석출시킬 수 있다.

또한, 예컨대 상기 구성재(C)로서 술폰산계 수지나 아미드기를 갖는 아크릴산계 수지를 함유하는 것에서는, 상기 건조나 그 후의 가열 처리에서의 설정 온도를, 예컨대 수지 재료의 유리 전이 온도(TG) 이상의 가열 온도로 함으로써, 열경화성을 증가시켜 윤활 피막으로서의 고착 강고를 높일 수도 있다.

또한 상기 저장조(13)는, 상기 장척 금속선(11)이 소정의 온도가 되도록, 그 금속선(11)의 송급 속도와 함께 조정된 스트랜드 길이를 구비하는 충분한 용적을 갖는다. 그리고, 저장조(13)의 액면을 나온 금속선(11)은, 윤활제 조성물(12)의 열에 의해, 그 외면 상에 상기 결정, 필름이 생성되고, 건조기(15)에 의해 건조된다. 그 후, 금속선(11)은, 권취 릴(14)에 권취된다. 또한 본 형태에서는, 윤활제의 부착량이, 소정 범위에 달한 상태로 정착되도록, 미리 설정한 위치에 온풍 건조기(15)를 배치하며, 예컨대 온도 100℃ 이상의 온풍 송급에 의해 윤활제를 정착시킨다.

이 공정에서, 상기 침지·가온 단계는 저장조(13) 내에서 행해지고, 무기염(A)의 결정화와 수지 재료(C)의 필름화의 상기 조막 단계는 저장조(13)의 액면으로부터 건조기(15)까지의 영역에서 행해진다. 따라서, 일련의 공정에 의해, 연속 처리가 도모되어, 인라인화가 가능해진다. 또한, 금속선(11)의 송급 속도는, 윤활제 조성물(12)의 조성 및 그 건조 조건에 따라 적절하게 조절할 수 있는 것은 물론이다.

또한, 윤활 피막(3)의 성형 후에 중간 가공을 더 행하는 경우, 형성된 윤활 피막(3)에 포함되는 윤활 물질(B)과는 다른 종류의 윤활 물질을 제2 윤활 물질로서 피복 금속 재료에 부여하여도 좋다. 그 제2 윤활 물질로서는, 예컨대, 금속 비누, 이황화몰리브덴, 그래파이트, 질화붕소, 이황화텅스텐, 불화흑연, 붕사, 석회 또는 PTFE 분말 등을 들 수 있다. 중간 가공으로서는, 예컨대, 가공률 30％ 이하의 경도의 신선 또는 압연 가공이나, 가공률 60％ 이상의 강도의 신선 또는 압연 가공을 들 수 있다. 본 발명의 피복 금속 재료는, 전술한 바와 같이 윤활 피막 표면에 미세 요철을 갖기 때문에, 적용된 제2 윤활 물질의 유지 성능이 높아, 우수한 윤활 성능을 발휘한다.

도 2A 및 2B에는, 윤활 피막(3)에 형성된 상기 결정부(K)의 분포 상태의 일례가 나타나 있으며, 이들은 35∼80배로 확대한 현미경 사진이다. 상기 결정부(K)는, 윤활 피막의 구성재의 종류나 분량 비율에 따라 결정 상태가 다르고, 도 2A의 것은, 무기염에 황산염 등을 이용함으로써, 점상 내지 단섬유상의 돌출부가 형성되어 있다. 또한, 도 2B의 것은, 붕산염 등을 이용함으로써, 엽맥상의 돌출부가 형성되어 있다.

상기 각 도면에 보여지는 바와 같이, 윤활 피막의 외표면에 있어서, 각 결정부(K)는, 그 면상으로부터 볼록하게 마련된 돌출 상태로 일정하게 분포되어 있으며, 결정부(K) 사이에는 평면적인 오목부를 구비한다. 이 때문에, 피복 금속 재료의 외표면은, 결정부(K)에 의한 볼록부와 상기 오목부를 갖는 미소 요철면으로서 형성되어, 윤활성의 향상에 기여하고 있다.

상기 결정부(K)는, 그 윤활 피막(3) 중에 단층으로 형성된 것뿐만 아니라, 두께 방향으로 복수의 적층 분포 상태로 형성되어도 좋다. 또한, 결정부(K)의 방향성은, 모든 결정부가 그 윤활 피막의 평면 방향과 병행 상태인 것은 필요로 하지 않고, 예컨대 경사 방향에 교차하는 경우를 포함한다.

또한, 상기 결정부(K)는, 그 구성 요소의 무기염(A)에 의한 것이라는 것이, 주사형 전자 현미경이나 X선 분석을 이용한 화상 해석에 의해, 각 원소별의 구성 패턴과 그 결정부(K)의 부호로 확인되어 있다. 이러한 패턴의 화상 해석에 의해, 그 결정부(K)의 면적률은 용이하게 구할 수 있다. 결정부(K)의 면적률은, 평면에서 보아 윤활 피막의 단위 면적당 결정부(K)의 합계 면적의 비율로서 정의되고, 20∼80％인 것이 바람직하다. 이 경우, 그 면적률은, 임의로 선택된 수점의 측정 시야의 결과의 평균값으로 나타내어진다.

상기 화상 회절에서의 관찰에 따르면, 결정부(K) 이외의 부분은 실질적으로 윤활 물질(B)이 검출되고, 또한 그 부분은 오목부인 것이 인정된다. 따라서, 이러한 미소 요철면은, 예컨대 그 후의 가공 시에 부여되는 상기 보조 윤활제를 효율적으로 수용하여 윤활성을 높일 수 있다. 즉, 결정부(K)의 면적률의 최적화에 의해, 난가공재의 압조 가공이나 스프링 성형과 같은 가혹한 가공 처리에 우수한 윤활성을 갖게 할 수 있으며, 상기 면적률과 윤활성의 사이에 관련성이 있는 것도 확인되어 있다.

도 4는 그 결과의 일례로서, 횡축은 결정부(K)의 면적률(％), 종축은 상기 압조 가공에 있어서의 가공 수명(가공수)의 관계를 나타낸다. 본 실시양태에서는, 면적률은 20∼80％로 설정되는 것이 바람직하다. 도 4로부터 분명한 바와 같이, 면적률이 20％를 하회하는 것에서는, 적절하게 행해지는 중간 가공에 있어서 피복 금속 재료에 부여되는 보조 윤활제의 수용 유지력이 저하하고, 공구 수명을 저하시킨다. 반대로, 면적률이 80％를 넘는 것에서는, 보조 윤활제의 충분한 수용 스페이스를 얻을 수 없으며, 또한 결정부(K)는 매우 경질이기 때문에, 이것을 필요 이상으로 다량으로 포함하면, 피가공용 금속 재료의 표면성을 저하시키며, 또한 가공 공구의 수명 저하 등의 원인이 된다. 따라서, 결정부(K)의 면적률은, 보다 바람직하게는 30∼80％, 더욱 바람직하게는 40∼70％, 특히 바람직하게는 40∼60％로 설정된다.

또한, 결정부(K)의 크기나 형태는, 그 처리 조건이나 구성재의 종류 등에 따라 적절하게 변화된다. 결정부(K)의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 도 2A 및 2B에 나타내는 것과 같은 분말상이나 단섬유상 내지 엽맥상 중 어느 1종 이상의 형상을 구비하는 것이 바람직하고, 그 크기(구성 치수)는, 0.5 ㎜ 이하의 미세한 것이 바람직하다. 여기서 결정부(K)의 구성 치수는, 분말상의 결정에서는 그 최대 직경의 평균값으로 나타내어지고, 섬유상 내지 엽맥상의 것에서는 이것을 구성하는 단일 엘리먼트(각 단일선)의 최대 굵기의 평균값으로 나타내어진다.

결정부(K)의 치수가 0.5 ㎜를 넘는 것에서는, 그 후의 성형 가공에 있어서 표면의 조잡화를 가져오며, 또한 상기 단섬유상이나 엽맥상의 것에서는, 결정부 사이의 오목부의 소스페이스화에 의해, 보조 윤활제의 수용 효율이 저하한다. 결정부(K)의 치수는, 보다 바람직하게는 0.1 ㎜ 이하이다.

결정부(K)가 단섬유상 또는 엽맥상의 경우, 결정부의 단일 엘리먼트가 소정 길이(L)(예컨대 0.01∼1 ㎜)를 가지며, 그 길이(L)와 굵기(D)의 애스펙트비(L/D)가 평균 1.5∼50의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 특히, 결정부(K)가 필요 이상으로 긴 경우, 그 랜덤 분포로 확정되는 메쉬가 커지기 때문에, 바람직하지 못하다. 결정부(K)에 관하여, 보다 바람직한 애스펙트비는, 2∼20이다. 이러한 애스펙트비의 조정은, 예컨대 상기 건조의 조건 설정으로 행할 수 있다.

본 실시형태에서는, 피가공용 금속 재료가, 냉간 압조 성형이나 스프링 성형용으로 이용되는 윤활 피복 선재인 경우에 대해서 설명되어 있다. 또한, 윤활제 조성물이, 금속 재료의 전체면에 일정하게 도포되어, 피복 형성 처리된 경우를 중심으로 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이들에 한정되는 것이 아니며, 예컨대 금속 재료로서 막대형 재료나 띠형 재료, 시트형 재료, 괴상 재료 등 여러가지 형상품의 선택이나, 그 재질의 종류 및 크기 정도의 응용은, 당업자가 용이하게 이룰 수 있는 것으로, 본 발명의 일형태로서 포함되어야 하는 것이다.

실시예

다음에, 이하의 실시예에 의해, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

실시예 1

[테스트재의 제작]

본 실시예에서는, 그 피처리 재료로서, 강종 SUS304, 316 및 XM7형의 냉간 압조용의 오스테나이트계 스테인리스강 3종이 선정되고, 각각 선직경 3.65 ㎜로 냉간 신선 가공한 것을 소재로 하였다. 그리고, 이들을 온도 1000∼1100℃에서 스트랜드형의 열처리 장치로 고용화 열처리하며, 하기의 윤활제 조성물을 이용하여 피복하고, 피복 스테인리스 강선을 얻었다. 이 처리 공정에서, 상기 열처리 장치는, 그 출구측에 도 3에 나타내는 구조의 피복 장치를 연결하여, 고용화 열처리와 피복 처리를 동시에 행할 수 있도록 일련의 인라인 장치로서 구성되어 있다. 윤활제 조성물은 다음 조성의 것을 이용하였다.

[윤활제 조성물]

(A) 황산나트륨 10 중량％

(B) 붕산나트륨 2 중량％

(C) 질화붕소(평균 입자 직경 5 ㎛) 10 중량％

(D) 아크릴산계 수지 10 중량％

(음이온계 아크릴산알킬에스테르 공중합체/유전율 3.8이며 전하·극성 있음)

(E) 물 68 중량％

(A):(B):(C):(D)=5:1:5:5(고형분 중량비)

고형분 농도 32 중량％

이들 (A)∼(E)를 혼합한 윤활제 조성물을, 폭 200×깊이 600×높이 300 ㎜의 저장조 내에 도입하여, 외부 히터로 온도 80∼95℃의 범위로 가열하면서 잘 교반하여, 수성 분산액으로 하였다. 이 상태로, 상기 무기염과 수용성 수지 재료는 용매의 물에 용해되어, 이 수용액에 질화붕소가 균일하게 분산되는 것이었다.

[피막 형성·결정화 처리]

피막 형성 처리는, 상기 윤활제 조성물의 조성이나 가열 온도 및 저장조 용적에 기초하여, 피처리 선재(스테인리스 강선)의 송급 속도를 조절함으로써 도포막 부착량이 소정의 범위가 되도록 행해진다. 본 실시예에 있어서는, 선재 공급 속도를 3∼7 m/분으로 함으로써, 평균 부착량이 6∼12 g/㎡의 범위가 되도록 조정되었다. 증발수의 보충은 적절하게 행하는 자동 조정에 의해 행하였다. 이 때문에, 그 윤활제의 피복 상태는 어느 것이나 양호하고, 부착량의 변동도 적게 억제할 수 있었다.

이와 같이 하여 침지 도포된 피처리 선재는, 그 액면으로부터 송출되고, 그 액면으로부터 약 0.8 m의 위치에 배치한 통형상의 온풍 건조기에 의해, 도포된 윤활제 조성물을 100℃로 완전히 건조시켜, 윤활 피막을 선재에 정착시켰다. 또한, 상기 저장조는 80∼95℃로 가온되어 있기 때문에, 선재가 액면으로부터 온풍 건조기에 이르기까지의 사이에 수분이 증발하여 무기염의 결정이 석출되는 것이 관찰되었다.

이러한 일련의 금속 선재의 열처리 및 피막 형성 처리를 상기 속도로 행함으로써, 각 스테인리스 강선은 그 표면 상에 부착량 6∼12 g/㎡의 윤활 피막으로 피복되고, 도 2A와 같은 단섬유상의 결정부를 구비하는 윤활 피막을 갖는 연질 스테인리스 강선을 얻을 수 있었다. X선 해석 장치(호리바세이사쿠쇼 제조)에 의한 화상 해석으로 구한 결정부는, 폭 10∼50 ㎛, 평균 애스펙트비 2∼15의 단섬유상의 것이 랜덤 분포된 것으로, 그 면적률은, 평균 49.6∼52.1％였다.

또한, 결정부는, 그 확대 현미경 관찰에 의해, 볼록하게 마련된 돌출 상태가 확인되지만, 또한 그 피복 강선의 소정 위치에 있어서의 윤활제의 유무에 따른 표면 거칠기(Rz)의 하기 측정 결과로부터도, 그 뒷받침이 이루어졌다.

·윤활 피막면 상의 표면 거칠기 9.6∼10.4 ㎛

·윤활제 제거면의 표면 거칠기 7.6 ㎛

[비교 윤활제]

비교 윤활 피막(비교예)으로서, 상기 3종의 스테인리스 강선의 각각에, 부착량 6∼12 g/㎡로 수산염 피막을 형성하고, 비교 선재로서 이용하였다. 또한, 그 수산염 피막은, 종래부터 스테인리스강의 냉간 가공용으로서 다용되어 온 것이지만, 그 처리 과정에서는 6가 Cr의 발생이나 유해물을 포함한 미스트가 생기는 등 유해한 중금속을 포함하는 슬럿지나 폐산의 문제가 있어, 최근은 축소화 경향에 있다.

[중간 가공 처리]

본 실시예의 피복 연질 스테인리스 강선에, 가공률 4％로 스킨 패스 신선 가공을 더 실시하여 표 1에 기재된 냉간 압조용 스테인리스 강선을 얻었다. 이 스킨 패스 가공은, 보조 윤활제에, 금속 비누를 병용한 것을 이용하며, 그 보조 윤활제가 상기 강선 표면의 오목부 내에 유지되어 있는 것이 인정되었다.

[윤활성 시험]

다음에, 상기 실시예의 표 1의 각 스테인리스 강선을 이용하며, 그 가공성을 평가하는 압조 시험이 행해졌다. 시험은, 스핀들 오일을 적하하면서 십자 접시 머리 나사의 압조 성형을 냉간 가공으로 행한 것으로, 가공 조건은 공구강제의 헤더 펀치에 의해 매분 150개의 이송 속도로 합계 25000개의 헤더 성형을 행하고, 공구 면수와 균열 등의 결함 발생의 유무를 관찰하였다.

시험 결과는 양호하며, 본 실시예의 윤활 피막은, 비교예의 수산염 피막을 넘는 15000개의 공구 수명을 얻을 수 있는 것이었다. 또한, 가공 균열이나 그을림 등의 문제는 없이 헤더 가공을 할 수 있었다. 이 가공 점수는, 압조 가공성의 가공 수명을 평가하는 것으로, 본 실시예의 피막은 비교 윤활제인 수산염 피막과 동등 이상의 윤활성인 것이 인정되었다. 얻어진 압조 제품(시료 No. A-2)의 표면 상태의 일례를, 도 5에 나타내지만, 그을림의 흔적은 보이지 않았다.

실시예 2

상기 XM7 스테인리스 강선(선직경: 3.65 ㎜)의 고용화 열처리재에 대해서, 상기 구성재 (A) 무기염, (B) 윤활 물질, (C) 수용성 수지의 수준을 바꾸어 다음 가공성 평가를 함께 행하였다. 그 평가는 상기와 같이 헤더 가공에 의한 공구 수명으로 확인하며, 결과를 표 2에 나타낸다.

이들 각 실시예로부터, 본 발명에 따른 윤활 피막은 종래의 윤활제와 마찬가지로 스테인리스강의 헤더 압조용으로서, 특히 난가공성 재료의 강가공용 피막에 채용 가능한 것이 확인되었다.

실시예 3

[티탄-니켈 합금 띠형 재료에의 적용예]

하기 조성의 윤활제 조성물이 조제되었다.

(A) 규산나트륨

(B) 이황화몰리브덴(평균 입자 직경 2 ㎛)

(D) 아크릴산계 수지 10 중량％

(음이온계 아크릴산알킬에스테르 공중합체/유전율 2.7이며 전하·극성 있음)

고형분 중량비 (A):(B):(C)=5:4:2

고형분 농도 22 중량％

Ni-Ti 합금은 금속간 화합물이며 난가공재로서 알려지고, 신선에 있어서도 신선 다이스에 의한 흠집이나 단선이 생기기 쉬운 것으로 되어 있다. 그 대책으로서 예컨대 산화 피막에 의한 스케일 제거가 행해지고 있지만, 스케일 제거는 흠집이나 단선은 생기기 어렵지만 최종 제품에서 디스케일하지 않으면 안 되며, 그때, 산을 이용하기 때문에 표면 성형이 저하하여, 제품 품질을 손상시킨다고 하는 결점이 있다.

그래서, 그 Ni-Ti 합금선에의 본 윤활 피막의 적응성을 평가하기 위해, 선직경 1.8 ㎜의 합금 소둔재 100 ㎏에 상기 윤활제 조성물을 2∼6 g/㎡ 도포하고, 선직경 1.6 ㎜으로 신선을 행하였다. 신선에 있어서 흠집이나 단선은 없고, 양호한 가공성을 얻을 수 있으며, 최종 제품으로서는, 상층부의 금속 비누의 제거에 필요한 알칼리 세정과 온수 세정만으로 윤활 피막 전부를 제거할 수 있었다. 이에 의해, 산 세정 공정의 생략이 가능해져, 환경 부하의 저감과 함께, 작업성이 향상되고, 또한, 품질적으로도 선직경 공차의 범위를 좁히는 것에 성공하였다.

실시예 4

[스프링용 스테인리스 강선의 신선 가공]

하기 조성의 윤활제 조성물이 조제되었다.

(A) 황산칼륨

(B) 그래파이트(평균 입자 직경 3 ㎛)

(C) 카르복실산염계 수용성 수지(암모늄염/전하·극성 있음)

고형분 중량비 (A):(B):(C)=1:15:2

고형분 농도 18 중량％

선직경 1.5 ㎜의 SUS304N1 스테인리스 강선의 소둔재 200 ㎏에, 상기 윤활제 조성물을 0.3∼2 g/㎡ 도포하고, 선직경 0.7 ㎜로 신선을 행하였다. 신선 후의 재료에 흠집이 없는지 확인을 행하였지만 표면 상태는 양호하며, 피막 박리나 흠집 등의 표면 결함은 보이지 않았다. 계속해서, 스프링의 코일링성을 확인하였다. 종래부터 스프링재의 코일링 가공에는 니켈 도금재가 주류이기 때문에, 니켈 도금재를 비교재로 하여 비교 시험을 행하였다.

시험은, 다음 사양에 따른 압축 스프링에 대해서, 그 코일링 성형에 있어서의 스프링 자유 길이의 변동(3σ)으로 평가하고 있으며, 실시예재의 0.25에 대하여 비교예재 0.24와 거의 동등한 결과이고, 또한 니켈 도금재에서는, 예컨대 생체 알레르기라고 하는 건강에의 영향 외에, 이것을 제거할 때에도 폐액 처리 등의 환경 부하나, 제거 후의 표면 상태의 저하는 피하기 어렵다고 하는 문제가 있었던 데 대하여, 본 발명품에서는 이러한 문제를 개선할 수 있는 것이었다.

스프링 제원

압박 스프링 D/d=20.0

자유 길이 15.5 ㎜

자유 길이 공차 ±0.3 ㎜

총권취수 10

속도 50개/분

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 윤활 피막은, 윤활성이 요구되는 여러가지 용도에 사용할 수 있다. 특히, 스테인리스강이나 티탄 또는 티탄 합금, 니켈 또는 니켈 합금, 니오븀 또는 니오븀 합금 등의 난가공성의 금속 재료의 압조 가공이나 프레스 가공, 굽힘 가공, 전조 가공, 스프링 가공 등, 가혹한 소성 가공의 윤활 수단으로서 이용할 수 있어, 우수한 윤활성과 지구 환경적인 문제를 해소하여 인라인화 가능한 기술을 제공하는 것이다.

1 피복 금속 재료
2 금속선
3 윤활 피막
K 결정부

Claims (16)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. (A) 황산염, 붕산염, 규산염, 인산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 무기염,
   (B) 평균 입자 직경 20 ㎛ 이하의 윤활 물질, 및
   (C) 상기 무기염(A) 및 윤활 물질(B)을 고착 유지하는 평균 분자량 8000∼50000의 수용성 수지 재료를 함유하는 고화물로서,
   상기 고화물 중에, 상기 무기염(A) 중 적어도 일부가 결정화한 결정부를 가지며, 표면에서 보아, 상기 결정부의 면적률이 40∼70％인 압조 가공용 윤활 피막으로서,
   상기 수용성 수지 재료(C)는, 아크릴산계 수지 및 그 외의 카르복실산기 함유 수지, 술폰산계 수지, 및 폴리비닐알코올로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 전기적 성질을 갖는 수용성 수지 재료이며,
   상기 구성 원료 (A):(B):(C)의 중량비가, 1:0.01∼20:0.01∼20이고,
   상기 결정부가, 입상, 단섬유상 및 엽맥상 중 어느 1종 이상의 형상을 가지고, 또한 윤활 피막의 외표면 상에 볼록하게 마련된 돌출부로서 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 압조 가공용 윤활 피막.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제4항에 있어서, 상기 결정부의 구성 치수가 0.5 ㎜ 이하인 윤활 피막.
9. 삭제
10. 제4항에 기재된 윤활 피막이, 피가공용 금속 재료의 표면 상에 0.3∼12 g/㎡의 부착량으로 형성되어 이루어지는 피복 금속 재료.
11. 제10항에 있어서, 상기 피가공용 금속 재료가, 압조 가공 용도에 따른 선형, 막대형, 띠형, 시트형 또는 괴형 중 어느 하나의 형상을 갖는 피복 금속 재료.
12. 제10항에 있어서, 상기 피가공용 금속 재료가, 스테인리스강, 티탄, 티탄 합금, 니켈, 니켈 합금, 니오븀 및 니오븀 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 1종의 난가공성 금속 선재인 피복 금속 재료.
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16. 삭제

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