KR101844023B1

KR101844023B1 - 고윤활 피막 형성 조성물 및 이를 이용한 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법

Info

Publication number: KR101844023B1
Application number: KR1020160084944A
Authority: KR
Inventors: 김운종; 최명희; 김동윤; 박명찬
Original assignee: 주식회사 노루코일코팅; 현대종합특수강 주식회사
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-03-30
Also published as: KR20180005043A

Abstract

개시된 고윤활 피막 형성 조성물은, 5 중량% 초과 15 중량% 미만의 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액, 0.1 중량% 초과 3 중량% 미만의 유기계 방청제, 0.1 중량% 초과 1 중량% 미만의 무기계 방청제, 3 중량% 초과 10 중량% 미만의 유기계 왁스 분산체 및 여분의 물을 포함한다. 상기 피막 형성 조성물은, 냉간단조용 금속의 표면의 윤활성을 개선하고 내식성을 부여할 수 있다. 또한, 금속 가공시 발생하는 분말을 최소화하여 작업성을 개선하고 단조유의 수명을 증가시킬 수 있다.

Description

고윤활 피막 형성 조성물 및 이를 이용한 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법{COMPOSITION FOR FORMING A HIGH-LUBRICATION COATING LAYER AND METHOD FOR SURFACE-TREATING METAL FOR WIRE DRAWING OR COLD FORGING}

본 발명은 피막 형성 조성물에 관한 것으로, 구체적으로는 고윤활 피막 형성 조성물 및 이를 이용한 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법에 관한 것이다.

신선(인발, wire drawing)은 와이어 형태로 된 선재를 다이스에 통과시켜 요구하는 선경으로 늘리는 공정이며, 단조는 금속덩어리나 두꺼운 판을 가압하여 변형시키는 금속가공방법의 하나이다. 신선 또는 냉간단조는 낮은 온도에서 처리하여 높은 정밀도를 얻을 수 있는 반면, 높은 효율의 표면 윤활처리가 필요하다.

현재 가장 범용적으로 사용되는 신선 또는 냉간단조에서의 표면 윤활처리는, 가공시 제품의 윤활성을 높여주고 금형과의 소착을 방지하기 위해 소재 표면에 금속 윤활피막인 인산아연과 금속비누의 혼합피막을 미리 생성시키기는 것이다. 종래에 수행되고 있는 표면 윤활처리는 표면에 형성된 스케일을 탈지 및 산세 공정 등으로 제거한 후 인산염을 화학처리하여 피막을 입히고 중화 후 나트륨 비누를 도포하여 냉간단조시 소재 표면과 금형면에 직접적인 접촉을 막아줌으로써 성형시에 소착을 방지하여 금형수명을 길게 유지한다.

이와 같은 종래의 표면 윤활 처리는 탈지, 2단수세, 산세정, 수세, 탕세, 인산아연피막, 수세, 중화, 금속윤활, 건조 공정이 순차적으로 수행되고 있으며, 각 공정별로 탱크 내에 해당 화학약품을 채워놓고 소재를 화학약품으로 채워진 탱크에 장입한 뒤 해당시간만큼 처리하고 완료되면 다음 공정으로 이동시키며, 10개의 공정이 완료되면 제품을 취출한다.

종래의 표면 윤활처리 작업의 첫 번째 공정은 탈지(degreasing) 공정으로서 신선 또는 냉간단조 분야에서 가장 널리 이용되는 방법은 알칼리 탈지이다. 알칼리 탈지제는 가격이 저렴하고, 한번 작업으로 모든 오염물질을 제거할 수 있어서 효과적이며, 콘트롤하기가 쉬운 장점이 있다. 그러나 알칼리 탈지제는 반드시 검화 및 유화능력을 가져야하고, 콜로이드상으로 만드는 첨가제를 함유해야하며, 또한 수세에서 모두 제거될수 있어야 한다.

알칼리 탈지제로 사용가능한 물질로서 기본적인 것은 알칼리 표면활성제 (alkali surface active agent)이다. 계면활성제(surfactant)는 낮은 온도에서도 강력한 습윤성으로 인해 표면 장력을 감소시키며, 또한 뛰어난 유화능력과 분산능력을 지닌다. 알칼리 탈지제는 첫째, 열처리나 산세정 과정에서 생성된 카본의 타고남은 검댕(burnt-on carbon smut)을 제거시킬 수 있어야 하고, 둘째, 그리스(grease)와 오일을 제거시킬 수 있어야 하며, 셋째, 냉간 작업 후에 생성된 인산염과 비누의 잔유물을 제거할 수 있어야 하므로, 알칼리 탈지제는 상기한 조건들을 만족시키는 것으로 선택해야 한다.

탈지 공정 후에는 2단수세를 거친 후 산세정(pickling) 공정을 수행한다. 열 처리나 열간가공(hot forming)에 의해 제조된 철이나 스틸 제품의 표면에는 스케일(scale)이 형성되는데, 이러한 스케일을 제거하기 위해서는, 공정에 투입하기 전에는 샷 블라스팅(shot blasting)을 수행하고, 공정에 투입되었다면 산세정을 수행한다. 신선 공정에서는 주로 산세정을 실시하며 및 냉간단조 공정에서는 일반적으로 샷 블라스팅을 수행하고 있다.

산세정한 후에는 수세 및 탕세를 거치고 나서 인산아연 피막 공정을 수행한다. 인산아연 피막은 신선 또는 냉간단조시 성형성을 증대시키고, 내식성을 증대시키며, 윤활처리제와의 부착을 도와주는 역할을 한다.

인산아연 피막 공정에서 사용되는 용액은 스틸 표면에서 유리산의 공격 및 인산염 결정의 석출에 의해 피막을 형성한다.

인산아연 피막처리를 한 다음에는 수세하고, 중화( neutralizing rinse) 공정을 수행한다. 중화 공정은 후공정인 금속비누의 윤활처리시 윤활처리제의 안정성을 향상시키기 위한 공정이다. 중화수세시 사용되는 용액은 정기적인 검사를 통해 반드시 일정한 농도가 일정하게 유지되도록 해야 한다.

중화공정 이후에는 금속비누를 이용한 윤활처리제 코팅 공정을 수행한다. 신선 공정에서는 반응성을 가진 비누로 싱글 홀 사이징(single holesizing) 혹은 캘리브레이션 패스(calibration pass)의 드로(Draw)에 필요한 윤활을 생성하고, 이후 공정인 냉간단조의 다단계 헤딩을 위해 적당한 잔류 윤활제를 제공한다.

상기 비누는, 수명을 연장시키는 성분이 가해진 높은 등급의 나트륨 스테아린산염 (sodium stearates), 부식방지제, 인산염 피막과의 반응을 촉진시키기 위한 반응 첨가제, 그리고 물의 경화를 극복하기 위한 염의 성분들로 구성된다.

아연 스테아린염(zinc stearate) 층은 금속표면과 화학적으로 결합하여 효과적이고 높은 압력에도 견디는 혼성막을 제공한다. 이 반응의 정도는 루베 배스(lube bath)의 상태 및 구성에 의해 영향을 받으나 또 한편으로는 하부에 코팅된 인산염 피막의 결정구조에 의해 좌우될 수 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 금속비누 표면 윤활처리 방법은 인산염과 반응하는 아연 스테아린염 층 이외에 미반응 스테아린염 층이 상당한 두께로 잔존하게 되며, 또한 이러한 미반응 비누층은 온도 변화 및 이동, 가공시 가루의 형태로 소재에서 탈락되어 작업장 및 단조유를 심하게 오염시키는 단점이 있다. 특히, 금속 비누 가루가 단조유에 혼합될 경우 단조유의 점성을 급격히 상승시켜, 일정시간 작업 후에는 단조유를 모두 교체해야 하는 단점이 있다. 또한, 금속비누 용액은 pH에 민감하여, 용액의 안정성을 장기간 확보하기 어려워 1개월 이내에 전체 욕액을 교체해야 하는 단점이 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신선용 또는 냉간단조용 선재의 표면에 고내식성 고윤활성 피막을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 가루 발생을 최소화할 수 있으며, 저장 안정성이 우수한 고윤활 피막 형성 조성물 및 이를 이용한 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고윤활 피막 형성 조성물은, 5 중량% 초과 15 중량% 미만의 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액, 0.1 중량% 초과 3 중량% 미만의 유기계 방청제, 0.1 중량% 초과 1 중량% 미만의 무기계 방청제, 3 중량% 초과 10 중량% 미만의 유기계 왁스 분산체 및 여분의 물을 포함한다.

일 실시예에서, 상기 유기계 왁스 분산체는, 아미드계 왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 왁스를 포함한다.

일 실시예에서, 상기 아미드계 왁스 및 상기 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 왁스의 중량비는 60:40 ~ 70:30이다.

일 실시예에서, 상기 유기계 방청제와 상기 무기계 방청제의 중량비는 2:1 내지 3:1이다.

일 실시예에서, 상기 피막 형성 조성물은, 0.5 중량% 초과 2 중량% 미만의 증점제를 더 포함한다.

일 실시예에서, 상기 피막 형성 조성물은, pH가 8.0~10.0 사이이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법은, 금속재를 예열하는 단계, 상기 예열된 금속 소재에, 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액, 유기계 방청제, 무기계 방청제, 유기계 왁스 분산체 및 여분의 물을 포함하는 고윤활 피막 형성 조성물을 제공하여 피막을 형성하는 단계 및 상기 피막을 건조하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 신선 또는 냉간단조용 금속의 표면의 윤활성을 개선하고 내식성을 부여할 수 있다. 또한, 금속 가공시 발생하는 분말을 최소화하여 작업성을 개선하고 단조유의 수명을 증가시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법을 설명하기 위한 순서도다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 고윤활 피막 형성 조성물 및 이를 이용한 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법에 대하여 설명하기로 한다.

본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 고윤활 피막 형성 조성물은, 에틸렌 아크릴산 공중합체(ethylene acrylic acid copolymer) 수용액, 유기계 방청제, 무기계 방청제, 유기계 왁스 분산체 및 여분의 물을 포함하는 조성을 포함할 수 있다. 상기 피막 형성 조성물은, 증점제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액은 소재의 표면에서 건조되어 고분자 필름을 형성시킴으로써, 수분의 침투를 막아 소재의 내식성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 또한, 소재를 가공시 윤활성을 향상시키기 위해 적용하는 상기 유기계 왁스 분산체를 소재 표면에 균일하게 분포된 상태로 고정시키는 바인더 역할을 할 수 있다.

상기 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액은, 에틸렌 아크릴산 공중합체를 20 중량% 이하의 함량으로, 물과 혼합하고, 열을 가하여 팽윤 시킨뒤, 알칼리 성분을 첨가하여 물에 투명하게 분산될 때 까지 교반시켜 얻어질 수 있다.

상기 알칼리로는 NaOH, KOH, NH4OH, triethyl amine, dimethyl ethanol amine, 2-amino-2-methyl-1-propanol 등이 사용될 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액의 함량이 5 중량% 이하일 경우, 상기 유기계 왁스 분산체를 소재에 견고하게 고정시킬 수 없어, 소재 가공시 윤활제에 원하는 성능을 기대할 수 없으며, 15 중랑% 이상인 경우, 상기 유기계 분산체가 외부에 노출될 수 있는 면적을 축소시켜, 윤활성이 감소될 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액의 함량은 6 중량% 내지 14 중량%일 수 있다.

예를 들어, 상기 에틸렌 아크릴산 공중합체는 Melting index(2.16kg/190℃)가 30~300일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 유기계 방청제는 금속(스틸)의 flash rust를 방지하여 소재의 내식성을 향상시키는 상용화된 방청제가 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 유기계 방청제는 ASCOTEC 사의 ASCONIUM^® 110, ASCONIUM-111, ASCONIUM-112, ASCONIUM-114, ASCONIUM-141, ASCONIUM-142DA, ASCONIUM-143, ASCONIUM-144DA, HALOX사의 HALOX FLASH-X 150, HALOX FLASH-X 350D, HALOX FLASH-X 330 등이 사용가능하며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

상기 유기계 방청제의 함량이 0.1 중량% 이하인 경우 충분한 내식성 확보가 어려우며, 3 중량% 이상인 경우 내식성 개선 효과가 미미하며, 가격경쟁력 저하 및 저장 안정성 감소의 원인이 될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 무기계 방청제는 소재와 반응하여 부동태 피막을 형성시켜 소재의 장기 내식성을 향상시키는 인산계 방청제, 알루미늄염계 방청제, 몰리브덴염계 방청제, 불소계 방청제, 바나듐염계 방청제, 세륨염계 방청제 및 셀레늄염계 방청제 등이 사용될 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 혼합되어 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기 인산계 방청제로서, H3PO4, Polyphosphoric acid, 피로인산나트륨, Thermphos사의 Dequests® 2000, Dequest® 2010, Dequest® 2066A, Dequest® 2016, Dequest® 2046, Dequest® 2060, Dequest® 2066, Dequest® 2041, Dequest® 2090, Dequest® Dequest® 4066, Dequest® 2054, Dequest® 7000,

사의 CHE®-COAT-CI L2, CHE®-COAT-CI L8AF, CHE®-COAT-CI LAF 1, CHE®-COAT-CI LNF 2 등이 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기 몰리브덴염계 방청제로서, Na2[Mo2(CO)10], Mo(CO)6, Na[C6H6Mo], MoCl2, Na3[Mo(CN)]6, MoS2, MoCl5, MoF6, (NH4)2(MoO4), MoSi2, MoO3, (NH4)6Mo7O24, H3PMo12O40등이 사용될 수 있다. 상기 바나듐계 화합물로 V2O5, VO2, lithium vanadium oxide, bismuth vanadate, ammonium metavanadate, sodium decavanadate, sodium orthovanadate, sodium metavanadate, yttrium orthovanadate등이 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기 셀레늄염계 방청제로서, selenium dioxide, selenium trioxide, anhydrous potassium selenate, tetraselenium tetranitride, selenium tetrachloride, selenocyanates, zinc selenide, copper diselenide, indium diselenide, gallium diselenide 등이 사용될 수 있다.

예를 들어, 상기 세륨염계 방청제로서, Cerium(IV) oxide, Ce(OH)3, CeF3, CeCl3, CeBr3, CeI3, Cerium(III) oxide, Cerium(IV) sulfate, Ammonium cerium(IV) sulfate, Diammonium cerium(IV) nitrate등이 사용될 수 있다.

상기 무기계 방청제의 함량이 0.1 중량% 이하인 경우 충분한 내식성 확보가 어려우며, 1 중량% 이상인 경우 내식성 개선 효과가 미미하며, 가격경쟁력 저하 및 저장 안정성 감소의 원인이 될 수 있다.

일 실시예에 따른 고윤활 피막 형성 조성물은, 상기 유기계 방청제 및 상기 무기계 방청제를 모두 포함하는 것이 바람직하며, 상기 유기계 방청제의 함량이 상기 무기계 방청제의 함량보다 큰 것이 보다 바람직하다. 예를 들어, 상기 유기계 방청제와 상기 무기계 방청제의 중량비가 2:1~3:1일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 유기계 왁스 분산체는, 물에 분산된 폴리에틸렌(PE), 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 아미드(amide), Nylon, acryl, Carnauba, paraffine, silicone 등의 성분으로 된 왁스 입자를 포함할 수 있으며, 입자 크기는 0.5~10㎛ 인 것이 바람직하다.

상기 왁스 입자의 크기가 0.5㎛ 이하일 경우 고분자 필름에 왁스가 덮혀 충분한 윤활성 확보가 어려우며, 10㎛ 이상일 경우 고분자 필름이 왁스 입자를 고정시키기가 어려워 가공시 왁스 입자가 탈락할 가능성이 커지며, 도료 제조시 침강에 의한 저장 안정성 저하의 원인이 될 수 있다.

상기 왁스 입자의 형태는 구형, 선형, 판상형, 비정형 등의 구조를 가지며, 두가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 유기계 왁스 분산체의 함량이 3 중량% 이하일 경우 충분한 윤활성을 확보할 수 없으며, 10 중량% 이상일 경우 가공시 왁스 입자가 쉽게 탈락되어 파우더링(powdering) 현상이 심해지며, 가공성의 개선 효과도 크지 않다. 바람직하게, 상기 유기계 왁스 분산체의 함량은 4 중량% 내지 7 중량%일 수 있다.

바람직하게, 윤활성과 저장 안정성을 확보하기 위하여, 상기 유기계 왁스 분산체는, 서로 다른 두가지 왁스 분산체를 포함할 수 있으며, 구체적으로, 아미드계 왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌계 왁스를 함께 사용할 수 있다. 예를 들어, 아미드계 왁스는 피막의 물성 및 가공성을 고려하였을 때, 상기 아미드계 왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌계 왁스의 바람직한 중량비는 50:50 ~ 70:30일 수 있으며, 보다 바람직하게는 60:40 ~ 70:30이다.

상기 증점제는 도료의 점도를 인위적으로 향상시켜, 입자형태의 유기계 왁스 첨가제의 침강을 방지함과 동시에, 도료 내에 균일하게 분포시키는 역할을 한다. 이때 사용 가능한 증점제로는 cellulose계, 우레탄계, 아크릴계 등의 증점제를 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 증점제는 0.5 중량% 이하일 경우 충분한 증점효과를 발휘할 수 없어 유기계 왁스 첨가제가 쉽게 가라앉으며, 2 중량% 이상일 경우 점도가 많이 상승하여, 도포 후 도료의 흐름성이 저하되어 원활한 코팅이 이루어지기 어렵다.

상기 피막 조성물의 pH는 8.0~10.0 사이로 유지되는 것이 바람직하다. pH가 8.0 이하일 경우에는 유기 왁스 입자의 재응집이 심해지는 단점이 있으며, pH 10 이상일 경우 pH 조절제를 과량으로 투입해야 해서 물성 개선 효과는 없으나, 가격만 상승하는 단점이 있다.

상기 고윤활 피막 형성 조성물은, 냉간단조용 금속의 표면의 윤활성을 개선하고 내식성을 부여할 수 있다. 또한, 금속 가공시 발생하는 분말을 최소화하여 작업성을 개선하고 단조유의 수명을 증가시킬 수 있다.

상기 고윤활 피막 형성 조성물은, 철, 스틸, 알루미늄, 아연, 구리 또는 이들의 합금으로 이루어진 소재의 냉간단조 또는 신선 공정에 사용될 수 있으며, 특히 냉간압조 선재의 윤활 피막 형승을 위하여 효과적으로 사용될 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법은, 소재를 예열하는 단계(S10), 상기 소재의 표면에 피막 형성 조성물을 제공하여 피막을 형성하는 단계(S20) 및 상기 피막을 건조하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 소재는, 종래 기술에 따라, 알칼리 탈지 공정, 산세정 공정, 인산염 피막 형성 공정 및 중화수세 공정을 통하여 인산염 피막이 형성된 냉간단조용 스틸, 예를 들어, 냉간압조 선재(CHQ wire)일 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 소재는 인산염 피막이 형성되지 않은 금속 선재일 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 선재는 종래 기술에 따라, 알칼리 탈지 공정 및 산세정 공정을 통해 준비된 것일 수 있다.

상기 소재를 예열하는 단계는, 상기 피막의 형성을 돕기 위한 것일 수 있으며, 예를 들어, 약 20℃~40℃에서 이루어질 수 있다.

예를 들어, 상기 피막의 두께는 1㎛~3㎛일 수 있다. 상기 피막의 두께가 1㎛ 이하인 경우, 충분한 윤활성을 확보하기 어려우며, 3㎛를 초과할 경우, 신선 공정에서 도막 밀림 현상으로 인하여 도막의 박리가 발생할 수 있다.

상기 피막 형성 조성물은 기설명된 본 발명의 일 실시예에 따른 고윤활 피막 형성 조성물과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다. 상기 피막 형성 조성물은, 분무, 침적 등의 방법으로 제공될 수 있다.

예를 들어, 상기 피막을 건조하는 단계는, 약 80℃~120℃의 열풍을 이용하여 수행될 수 있다.

이하에서는 구체적인 실시예, 비교예 및 성능 실험을 통하여 본 발명에 따른 고윤활 피막 형성 조성물의 효과를 설명하기로 한다.

아래의 표 1 내지 표 3에 따라 실시예 1 내지 9의 피막 형성 조성물을 준비하여, 조성물 및 피막의 물성을 평가하여 표시하였다.

실시예들에서, 수지는 Melting index(2.16kg/190℃)가 38인 에틸렌 아크릴산 공중합체의 수용액이며, Wax A는 입자 크기가 5㎛~50㎛이고, 비중이 약 1.0인 아미드 왁스이고, Wax B는 입자 크기가 5㎛~15㎛이고, 비중이 약 0.78인 개질 PTFE 마이크로 왁스(modified PTFE micronized wax)이다. 또한, 무기계 방청제는 폴리실록산 포스페이트이며, 유기계 방청제는 벤조티아졸-2-티올이고, 증점제는 pH가 2.2~2.3인 아크릴 에멀젼이다.

또한, Gardolube는 Chemetall 사의 반응형 금속 비누이다.

표 1

표 2

표 3

상기의 실험에서, 내마모성, 마찰계수, 가루발생(Powdering), 용액안정성 및 내식성에 대한 측정 및 평가는 다음과 같은 방법에 의해 수행되었다.

1) 내마모성

pin on pin type의 Tribometer를 이용하여 왕복 거리 10mm를 왕복 마찰시켜 마찰계수가 0.2 이상 되는 시점까지의 이동 횟수를 측정하였다.

2)마찰계수

인산염(도막 두께 10㎛) 처리된 CR(cold role) 평판에 윤활제를 코팅하여 마찰계수 시험기로, Indenter size : 45*40mm, Sliding speed : 17mm/sec, Load : 650Kg 의 조건으로 평가하였다.

3) POWDERING

신선(인발가공) 후 소재를 65℃*95%RH 조건의 항온항습기에 넣어 1시간 경과 후 표면 외관 변화를 확인하였다. (Rating - 5 : 외관 변화 없음, 1 : 외관 변화 심함)

4)용액 안정성

피막 형성 조성물의 고형분을 3%로 희석한 후 교반하면서 조성물의 온도를 70℃로 유지시켜 30일 경과 후 용액상태 및 물성을 확인하였다.(Rating - 5 : 30일 이후 양호, 4 : 20일 이후 응집 현상 발생, 3 : 10일 이후 응집 현상 발생, 2 : 5일 이후 응집현상 발생, 1 : 가온시 응집현상 발생)

5)내식성

ASTM B-117의 조건으로 24시간 경과 후 적청 발생 면적을 측정하였다.(Rating - 5 : 5% 미만, 4 : 10% 미만, 3 : 50% 미만, 2 : 75% 미만, 1 : 90% 미만)

표 1을 참조하면, 아미드 왁스를 단독으로 이용하는 실시예 1에 비하여, PTFE계 왁스를 같이 사용하는 경우, 마찰계수가 크게 감소하였으나, PTFE계 왁스의 함량이 과도하게 증가할 경우, 용액 안정성 및 피복 내구성이 저하됨을 확인할 수 있다.

또한, 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피막 형성 조성물은 종래의 윤활제에 비하여 가루 발생이 적음을 확인할 수 있다. 또한, 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액의 함량이 너무 적은 경우(5 중량%), 가루 발생이 증가하고, 너무 많은 경우(15 중량%), 마찰계수가 증가하여 내마모성이 크게 저하됨을 확인할 수 있다. 또한, 유기계 왁스 분산체의 함량이 너무 적은 경우(3 중량%), 마찰계수가 증가하여 내마모성이 크게 저하되며, 너무 많은 경우(10 중량%), 가루 발생이 증가하고 용액 안정성이 저하됨을 확인할 수 있다.

표 3을 참조하면, 유기계 방청제 및 무기계 방청제를 추가하여 내식성을 증가시킬 수 있으며, 유기계 방청제의 함량이 무기계 방청제의 함량보다 큰 것이 바람직함을 확인할 수 있다.

본 발명은, 철, 스틸, 알루미늄, 아연, 구리 또는 이들의 합금으로 이루어진 소재의 신선 또는 냉간단조 공정에 사용될 수 있으며, 특히 냉간압조용 선재의 윤활 피막 형성을 위하여 효과적으로 사용될 수 있다.

Claims

5 중량% 초과 15 중량% 미만의 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액;
0.1 중량% 초과 3 중량% 미만의 유기계 방청제;
0.1 중량% 초과 1 중량% 미만의 무기계 방청제;
3 중량% 초과 10 중량% 미만의 유기계 왁스 분산체; 및
여분의 물을 포함하고,
상기 에틸렌 아크릴산 공중합체 수용액은, 에틸렌 아크릴산 공중합체를 20 중량% 이하의 함량으로, 물과 혼합하고, 알칼리 성분을 첨가하고 교반하여 얻어진 것이고,
상기 유기계 왁스 분산체는, 아미드계 왁스 및 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계 왁스를 60:40 ~ 70:30의 중량비로 포함하고,
pH가 8.0~10.0 사이인 것을 특징으로 하는 고윤활 피막 형성 조성물.
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제1항에 있어서, 상기 유기계 방청제와 상기 무기계 방청제의 중량비는 2:1 내지 3:1인 것을 특징으로 하는 고윤활 피막 형성 조성물.
제1항에 있어서, 0.5 중량% 초과 2 중량% 미만의 증점제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고윤활 피막 형성 조성물.
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금속재를 예열하는 단계;
상기 예열된 금속 소재에, 제1항의 고윤활 피막 형성 조성물을 제공하여 피막을 형성하는 단계; 및
상기 피막을 건조하는 단계를 포함하는 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법.
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제7항에 있어서, 상기 유기계 방청제와 상기 무기계 방청제의 중량비는 2:1 내지 3:1인 것을 특징으로 하는, 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법.
제7항에 있어서, 상기 금속재는 인산염 피막이 형성된 것이며, 상기 고윤활 피막 형성 조성물의 피막은 상기 인산염 피막 위에 형성되는 것을 특징으로 하는 신선 또는 냉간단조를 위한 금속 표면 처리 방법.