KR20120098409A

KR20120098409A - 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물

Info

Publication number: KR20120098409A
Application number: KR1020120005208A
Authority: KR
Inventors: 마사후미 쿠로다; 마모루 키타; 요시히코 키타
Original assignee: 다이도 케미칼 인더스트리 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2012-09-05
Also published as: JP2012177000A; KR101841083B1; JP5224251B2; CN102649919A; CN102649919B; KR20140024069A

Abstract

[과제] 윤활성, 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance) 등의 가공 윤활성능이나 방청성에 뛰어나 강철이나 스테인리스의 단조 가공과 같은 가혹한 소성가공에 있어서도 화성 처리 피막없이 가공이 가능하고, 게다가 윤활피막이 수성이기 때문에 그 피막제거는 물만으로 충분히 가능한 뛰어난 피막 제거성을 소유하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물을 제공하는 것.
[해결 수단] (a) 수용성 고분자화합물과 (b) 무기금속염과 물을 함유하고, (a) 성분 및 (b) 성분이 물에 용해 또는 분산되고 있으며, 또한 (a) 성분과 (b) 성분의 고형분 중량비 (b)/(a)가 0.1?5의 범위 내에 있는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

Description

금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물{Aqueous lubricant composition for plastic working on metal material}

본 발명은 철강, 스테인리스, 티탄, 알루미늄, 동합금, 마그네슘 합금 등의 금속재료의 소성가공에 있어서, 해당 재료표면에 사용되는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 관한 것이다.

금속재료의 소성가공에는 광물유 등의 기본 기름에 유황화합물, 인산화합물, 유기산, 염소화합물, 합성에스테르, 유지, 금속비누 등을 첨가한 유성윤활제가 많이 사용되고 있다.

예를 들면, 기본 기름에 올레핀과 아인산(phosphorous acid) 등과 보다 합성된 알킬포스폰산 유도체를 첨가한 알루미늄 합금 또는 비철금속용의 유성 소성가공용 윤활제가 공지된 예이다(특허문헌 1 참조).

그러나, 이 윤활제는 알루미늄 합금이나 비철금속에는 사용할 수 있지만 가공 조건이 가혹한 강철이나 스테인리스의 소성가공에 사용했을 경우에는 기름막의 보유성이 불충분해서 모니터 잔상이 발생하고, 또 가공 하중이 크기 때문에 공구인 펀치나 다이스가 파손할 우려가 있는 결점을 일으킨다.

또한, 일반적으로 유성 소성가공용 윤활유에는 가공 후의 드라이 절삭 가공 공정 등에서 발연해 작업 환경을 크게 저하시키는 문제점이 있어, 그것을 해결하기 위해서 가공 후의 부품을 세정제에서 세정해서 윤활피막을 제거하는 것이 필요하게 되고, 세정액의 사용과 그 액의 관리 등이 필요하게 된다는 결점도 있다.

한편, 수성 소성가공용 윤활제로서는 예를 들면, 폴리에테르폴리올과 탄소수 8 이하의 알킬포스폰산 등의 인산화합물을 물에 분산 또는 용해한 수성 금속 가공용 윤활제 조성물이 제안되고 있다(특허문헌 2 참조).

이 윤활제는 수성이기 때문에 피막제거가 용이하다는 이점이 있다. 그러나, 이 윤활제 조성물에는 윤활성, 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance), 방청성(antirust) 등이 나쁜 결점이 있다. 그 때문에, 가공 조건이 가혹한 강철이나 스테인리스의 단조 가공 등의 소성가공에 있어서는 이 윤활제 조성물에서는 통상, 윤활성, 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance) 등의 부족을 보충하기 위해서 단조 가공 등의 전에 미리 가공 재료표면에 인산아연철과 같은 화성 처리 피막을 생성시켜서, 그 피막상을 윤활제로 처리해서 단조 가공 등을 할 필요가 있다.

또한, 합성 수지, 수용성 무기염, 윤활제 및 물을 함유하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물이 제안되고 있다(특허문헌 3 참조). 이 윤활제 조성물에 의하면, 강인하고 윤활성이 좋은 피막을 얻을 수 있다는 이점이 있다. 그러나, 이 윤활제 조성물에 의해서 가공 조건이 가혹한 강철이나 스테인리스의 소성가공에 있어서는 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance)이 부족하여, 가공이 곤란한 경우가 있다는 결점이 있다. 그 때문에, 가공 조건이 가혹한 강철이나 스테인리스의 단조 가공 등의 소성가공에 있어서는 통상, 화성 처리 피막을 생성 후에 단조 가공 등의 소성가공이 되고 있다.

이와 같이, 종래의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 의하면 화성 처리 피막이 필요할 경우가 많았다. 화성 처리 피막은 윤활성, 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance)에는 좋지만 고체피막이기 때문에 가공하면 공구와 가공 재료의 계면에서 고압의 미끄러짐에 의해 분진이 발생하고, 직장을 오염하거나, 화성 처리 피막의 박리물이 공구 안에 남아 결육의 원인이 되는 문제가 있다. 게다가, 화성 처리 피막을 재료표면에 생성하기 위해서는 관리된 많은 처리액과 처리 공정이 필요하게 되고, 또 화성 처리액의 폐액처리에는 많은 경비를 필요로 한다.

따라서, 별도 공정인 이 사전 처리로서의 화성 처리 피막을 생성시키지 않고, 직접 윤활제 조성물만으로 금속재료의 소성가공이 가능하게 되면, 공정을 생략할 수 있고 가공 비용을 대폭으로 저하할 수 있어, 자원 절약, 에너지 절약에 크게 기여하는 것이 가능해진다. 또한, 동시에 가공 라인을 일체화할 수 있기 때문에, 리드타임 단축 등의 큰 생산 라인의 개선이 가능해진다.

특허문헌 1: 특개평 5-65493호 공보 특허문헌 2: 특개소 59-227990호 공보 특허문헌 3: 특개 2000-63880호 공보

본 발명의 목적은 윤활성, 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance) 등의 가공 윤활성능이나 방청성(antirust)이 뛰어나, 강철이나 스테인리스의 단조 가공과 같은 가혹한 소성가공에 있어서도 화성 처리 피막없이 가공이 가능하고, 게다가 윤활피막이 수성이어서 그 피막제거는 물만으로 충분히 가능한 뛰어난 피막 제거성을 가지는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물을 제공하는 것에 있다.

본 발명자는 종래의 소성가공용 윤활제가 소유하는 결점을 해소하기 위해서 연구를 거듭했다. 그 결과, 수용성 고분자화합물 바람직하게는 특정한 성질을 소유하는 수용성 고분자화합물과 무기금속염과 필요에 따라 왁스를 유효성분으로 해서, 이들을 물에 용해 또는 분산되어서 되는 수성 윤활제 조성물이 종래의 소성가공용 윤활제에 비해서 지극히 뛰어난 가공 윤활성능, 방청성(antirust) 및 피막 제거성을 소유하고, 금속재료 특히 강철 또는 스테인리스의 소성 가공용 윤활제로서 매우 적합하고, 상기목적을 달성할 수 있는 것을 알아내고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 이하의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물을 제공하는 것이다.

1. (a) 수용성 고분자화합물과, (b) 무기금속염과, 물을 함유하고, (a) 성분 및 (b) 성분이 물에 용해 또는 분산되고 있으며, 또한 (a) 성분과 (b) 성분의 고형분 중량비 (b)/(a)가 0.1?5의 범위 내에 있는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

2. 또한, (c) 왁스를 함유하고, 이것이 물에 분산되고 있으며, (a) 성분과 (c) 성분의 고형분 중량비 (c)/(a)가 5 이하의 범위 내에 있는 상기 항 1에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

3. 수용성 고분자화합물(a)이 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물 및 수용성 폴리에스테르 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물이고, 그 피막강도가 1?30 MPa이며, 또한 그 피막신도(elongation)가 600?1000%인 상기 항 1에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

4. 수용성 고분자화합물(a)의 중량평균 분자량이 0.5만?100만인 상기 항 1에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

5. 무기금속염(b)이 인산염, 바나듐산염, 붕산염, 규산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속염인 상기 항 1에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

6. 왁스(c)가 융점 50?160 ℃의 천연 왁스 및 융점 50?160 ℃의 합성 왁스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 왁스인 상기 항 2에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

7. 또한, 인산아연, 산화아연, 운모, 탄산칼슘, 이황화몰리브덴, 흑연 및 질화붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 고체 윤활제를 1?20 중량% 함유하는 상기 항 1에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

8. 또한, 유황계 극압 첨가제, 유기 몰리브덴계 극압 첨가제, 인계 극압 첨가제 및 염소계 극압 첨가제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 극압 첨가제를 0.5?5 중량% 함유하는 상기 항 1에 기재된 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 의하면, 수용성 고분자화합물 바람직하게는 특정한 성질을 소유하는 수용성 고분자화합물과 무기금속염과 필요에 따라 왁스를 유효성분으로서 함유함으로써, 이하와 같은 각별히 현저한 효과를 얻을 수 있다.

(1) 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 윤활성, 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance) 등의 가공 윤활성능이나 방청성(antirust)에 뛰어나므로, 철강, 스테인리스, 티탄, 알루미늄, 동합금, 마그네슘 합금 등의 금속재료를 단조, 신선(wire drawing), 신관(pipe drawing), 프레스 등과 같은 냉간 소성가공을 하는 것에 대하여, 해당 재료표면에 윤활피막을 형성시켜서 사용함으로써, 화성 처리 피막없이 매우 적합하게 소성가공을 할 수 있다. 특히, 강철이나 스테인리스의 단조 가공과 같은 가혹한 소성가공에 있어서도 화성 처리 피막없이 가공이 가능하다.

(2) 또한, 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 이것을 이용해서 형성된 윤활피막이 수성이기 때문에, 그 피막제거가 물만으로 충분히 가능한 뛰어난 피막 제거성을 소유한다.

(3) 나아가, 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물을 사용하면, 단시간에 간단하게 뛰어난 가공성을 가지는 윤활피막을 형성시킬 수 있을 뿐만 아니라, 가공 후의 해당 피막 제거성도 대단히 양호하기 때문에 후속 공정에서의 도금성이나 도장성에도 유리하다. 또한, 사용상의 폐기물이나 에너지 소비량도 적고, 작업 환경도 양호하므로, 사업상의 이용 가치도 대단히 크다.

이하, 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물의 내용에 대해서 보다 상세하게 설명한다.

(a) 수용성 고분자화합물

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 사용되는 수용성 고분자화합물(a)은 윤활피막에 유연성이나 추종성을 부여하기 위한 것이다.

그 때문에 선택되는 수용성 고분자화합물은 해당 조성물 중으로 균일하게 용해하고, 건조시에 강인하고 유연한 피막을 형성하는 성질을 가지는 것이 필요하다.

그러한 성질의 수용성 고분자화합물로서는 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물 및 수용성 폴리에스테르 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 단독의 화합물 또는 2종 이상의 화합물의 혼합물이며, 그 피막강도가 1?30 MPa정도, 그 피막신도가 600?1000%정도인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 피막강도(MPa)와 피막신도(%)는 JIS K6251 또는 JIS K7312에 규정되고 있는 인장시험에 의해 측정된다. 또한, 피막강도(MPa)와 피막신도(%)는 상기 각 JIS에 있어서의 인장시험의 인장 힘과 절단시 늘어남에 대응한다.

수용성 고분자화합물(a)로서는 특히 한정되지는 않지만, 통상 0.5만?100만 정도의 중량평균 분자량을 가지고 있는 것이 바람직하다.

수용성 고분자화합물(a)의 구체적인 예로 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물로서는 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에테르폴리올 등을 들 수 있고, 수용성 폴리에스테르 화합물로는 예를 들면, 폴리에스테르계 폴리올 등을 들 수 있다. 이 수용성 고분자화합물은 1종 단독으로 이용 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.

(b) 무기금속염

본 발명 조성물로 사용하는 무기금속염(b)은 윤활피막에 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance)이나 밀착성을 부여하기 위한 것이다. 그 때문에, 선택되는 무기금속염은 조성물 중으로 균일하게 용해 또는 분산되고, 건조시에 강고한 피막을 형성하는 성질을 가지는 것이 필요하다. 그러한 성질의 무기금속염으로서는 인산염, 바나듐산염, 붕산염, 규산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 단독의 금속염 또는 2종 이상의 금속염의 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다.

무기금속염(b)의 구체적인 예로 예를 들면, 인산 나트륨, 인산 칼륨, 바나듐산 나트륨, 바나듐산 칼륨, 붕산 나트륨, 붕산 칼륨, 규산 나트륨, 텅스텐산 나트륨 등을 들 수 있다. 이 무기금속염은 1종 단독으로 이용 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다.

수용성 고분자화합물(a)과 무기금속염(b)과의 배합 비율에 대해서는 고형분 중량비로 (b)/(a)를 0.1?5 정도로 하는 것이 바람직하다. 고형분 중량비 (b)/(a)가 0.1 미만이면 피막의 타서 눌러 붙음 견딤 성능(seize resistance)이 부족할 우려가 있고, 고형분 중량비 (b)/(a)가 5를 넘으면 피막의 추종성이 부족할 우려가 있다.

(c)왁스

본 발명 조성물로 사용하는 왁스(c)로는 물에 분산된 천연 왁스 또는 물에 분산된 합성 왁스를 사용하는 것이 바람직하다. 왁스(c)는 소성가공시의 가공 열이 그 융점 이상이 되는 것에 의해 용융하고, 금속끼리의 마찰을 경감시키기 위해서 첨가한다. 그 때문에, 융점이 50?160 ℃ 정도의 천연 왁스 및 융점 50?160 ℃ 정도의 합성 왁스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 단독의 왁스 또는 2종 이상의 왁스를 조합하여 이용하는 것이 바람직하다.

왁스(c)의 구체 예로 예를 들면, 카르나우바 왁스(carnauba wax), 파라핀 왁스, 마이크로크리스탈린 왁스(Micro Crystalline Wax), 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스 등을 들 수 있다. 왁스(c)는 본 발명 조성물의 필수성분이 아니지만, 상기마찰 경감의 관점에서 물에 대하여 디스펄션(dispersion)이나 에멀젼(emulsion)의 상태로 분산되어진 것을 1종 단독 또는 2종 이상 조합시켜서 이용하고, 본 발명의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 함유시키는 것이 바람직하다.

수용성 고분자화합물(a)과 왁스(c)와의 배합 비율에 대해서는, 고형분 중량비 (c)/(a)가 0?5의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이 비가 5를 넘으면 피막의 유연성이나 추종성이 저하되는 우려가 있다.

기타의 성분

또한, 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 있어서, 가공 조건이 엄격할 경우나 윤활피막의 습기 흡수 대책을 실시하는 경우에는 고체 윤활제를 함유시키는 것이 바람직하다. 또, 가공 조건이 엄격한 소성가공에 있어서는 가공시에 공구와 금속과의 접촉면에서 극압효과를 발휘하는 극압 첨가제를 함유시키는 것이 바람직하다.

고체윤활제의 구체적인 예로 예를 들면, 인산아연, 산화아연, 운모, 탄산칼슘, 이황화 몰리브덴, 흑연, 질화붕소 등을 들 수 있다. 이 고체윤활제는 1종 단독으로 이용 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 고체윤활제를 함유시킬 경우, 그 함유량은 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물 중에 1?20 중량% 정도로 하는 것이 바람직하다.

극압 첨가제로는 예를 들면, 유황계 극압 첨가제, 유기 몰리브덴계 극압 첨가제, 인계 극압 첨가제, 염소계 극압 첨가제 등을 들 수 있다. 이 극압 첨가제는 1종 단독으로 이용 또는 2종 이상 조합하여 이용할 수 있다. 극압 첨가제를 함유시킬 경우, 그 함유량은 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물 중에 0.5?5 중량% 정도로 하는 것이 바람직하다.

무기금속염, 왁스, 고체윤활제 및 극압 첨가제를 물에 분산 또는 유화시키기 위해서 계면활성제가 필요할 경우에는 비이온성 계면활성제, 음이온성 계면활성제, 양성 계면활성제, 양이온성 계면활성제를 모두 이용할 수 있다. 이 계면활성제는 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

비이온 계면활성제로는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 폴리옥시에틸렌알킬에테르; 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르, 폴리옥시프로필렌알킬페닐에테르, 폴리옥시(에틸렌 및 프로필렌 혼합)알킬페닐에테르 등의 폴리옥시알킬렌알킬페닐에테르; 폴리에틸렌글리콜 또는 에틸렌옥사이드와 고급지방산으로부터 구성되는 폴리옥시에틸렌알킬에스테르; 소르비탄과 폴리에틸렌글리콜과 고급지방산으로부터 구성되는 폴리옥시에틸렌소르비탄알킬에스테르 등을 들 수 있다. 폴리옥시에틸렌알킬에스테르 및 폴리옥시에틸렌소르비탄알킬에스테르를 구성하는 고급지방산으로는 예를 들면, 탄소수 12?18의 지방산을 들 수 있다.

음이온성 계면활성제로는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 지방산염, 황산 에스테르염, 술폰산염, 인산 에스테르염, 디티오인산(dithiophosphoric acid) 에스테르염 등을 들 수 있다.

양성 계면활성제로는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 아미노산 형 및 베타인 형의 카르본산염, 황산에스테르염, 술폰산 염, 인산에스테르염 등을 들 수 있다.

양이온성 계면활성제로는 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 지방산 아민염, 제4급 암모늄염 등을 들 수 있다.

수성 소성가공용 윤활제 조성물의 제조 방법 및 사용 방법

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물의 제조 방법으로는 특히 제한되지 않고, 상법에 따라 제조할 수 있다. 예를 들면, 무기금속염의 수용액에 수용성 고분자화합물 및 왁스를 필요에 따라 계면활성제 및 물을 이용해서 분산액으로 한 후, 더 잘 교반한다. 더욱 임의성분으로서의 고체윤활제 및/또는 극압 첨가제를 필요에 따라 계면활성제 및 물을 이용해서 분산액 또는 유화액으로 한 후 첨가하고, 교반하는 것에 의해 제조할 수 있다.

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 철강, 스테인리스, 티탄, 알루미늄, 동합금, 마그네슘 합금 등의 냉간 소성가공을 할 때에 사용하는 윤활제로서, 매우 적합하게 이용할 수 있다. 이 냉간 소성가공으로는 예를 들면, 신선, 신관, 단조 등을 들 수 있다.

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물이 사용되는 금속재료의 형상이나 표면상태는 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 샤워, 침지, 스프레이 등의 방법에 의해 금속재료면에 도포된다. 도포는 가공 대상표면이 완전히 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물에 덮여지면 좋고, 도포시의 접촉 시간에 제한은 없다. 단, 도포된 본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 수분을 완전히 건조해서 건조 피막을 형성시킬 필요가 있다. 건조 방법에 대해서 특별히 제한은 없지만, 50?150 ℃ 정도의 온풍을 이용하고, 도포 대상금속재료표면이 40?80 ℃ 정도가 될 때까지 건조시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 수성 소성가공용 윤활제 조성물의 건조 피막형성 후의 평균 피막부착량은 0.5?20 g/m² 정도인 것이 바람직하다. 부착량의 조정은 본 발명의 수성 소성가공용 윤활제 조성물의 농도를 수분량으로 조정할 것인가, 한번 건조 피막을 형성시킨 후 다시 도포 건조를 하는 등, 덧칠에 의해 조정할 것인가, 스프레이 등으로 토출량이나 도포 시간을 조정함으로써 실시하는 것이 가능하다. 수분량에서의 조정시의 물로는 이온교환수, 수도물, 지하수 등을 사용할 수 있고, 특별히 제한은 없다.

[실시예]

이하, 실시예 및 비교예를 들어 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 이러한 각 예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실시예 1?6 및 비교예 1?2

하기 표 1에 나타낸 것과 같이, (a) 성분(수용성 고분자화합물), (b) 성분(무기금속염), (c) 성분(왁스) 및 물을 배합하고, 실시예 1?6의 본 발명 수성 소성가공용 윤활제 조성물 및 비교예 1?2의 비교 용수성 소성가공용 윤활제 조성물을 조제하였다. 표 중의 배합량의 수치는 성분 중량%를 나타낸다.

[표 1]

표 1에 있어서, 수용성 고분자화합물(1)은 메이세이 화학공업(주)의 「알콕스」(상품명, 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물), 수용성 고분자화합물(2)는 산요화성공업(주)의 「메르포르 F-220」(상품명, 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물), 수용성 고분자화합물(3)은 다이이치공업제약(주)의 「파오겐 PP-15」(상품명, 수용성 폴리에스테르 화합물), 수용성 고분자화합물(4)는 산요화성공업(주)의 「케미치렌 GA-500」(상품명, 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물)이다. 이러한 수용성 고분자화합물의 중량평균 분자량 및 JIS K6251 또는 JIS K7312에 규정되고 있는 인장시험에 의해 측정한 피막강도(인장힘)와 피막신도(절단시 늘어남)는 하기 표 2에 나타낸 바와 같다.

[표 2]

다음에, 실시예 1?6 및 비교예 1?2의 본 발명 및 비교용의 각 조성물에 대해서 아래와 같이 성능평가 시험을 실시하였다.

1. 바우덴식 부착 미끄럼 시험

실온의 각 조성물에 시험편을 침지한 후, 80 ℃의 항온조에 20분간 넣어 두어 윤활피막을 생성시킨 것을 이용하고, 아래와 같이 항목에 따라 피막의 밀착 강도를 조사하였다.

시험편재질: SCM440,

시험편형상: 100 mm×80 mm×5 mm,

마찰공: SUJ-2, 3/16인치Φ,

시험 온도: 100 ℃,

하중: 3 kg,

미끄럼 속도: 3.88 mm/sec,

평가: 평균 마찰 계수와 타서 눌러 붙음이 발생할 때까지의 미끄러짐 횟수를 측정하였다.

2. 링 압축 시험

실온의 각 조성물에 시험편을 침지한 후, 80 ℃의 항온조에 20분간 넣어 두어 윤활피막을 생성시킨 것을 이용하고, 아래와 같이 항목에 따라 시험하였다.

시험편재질: SCM440,

시험기: 110톤 크랭크 프레스기,

시험편형상: 외경 20 mmΦ, 내경 10 mmΦ, 두께 7 mm,

공구재질: SKD-12(합금공구강철),

시험 온도: 20 ℃,

평가: 가공 하중의 측정과 동시에, 압축율과 형상 변화보다 마찰 계수를 산출하였다.

3. 볼 안내 시험

「도요타 중앙연구소 R&D 리뷰」Vol. 28, No. 3, P.12-13(1993.9)의 기재에 따라, 실온의 각 조성물에 원통형 시험편을 침지한 후, 80 ℃의 항온조에 20분간 넣어 두어 윤활피막을 생성시킨 것을 이용하고, 아래와 같이 항목에 따라 시험을 하였다.

시험편재질: S10C(저탄소강, 원형화 소둔(annealing)품),

시험기: 110톤 크랭크 프레스기,

시험편형상: 전장 50 mm, 외경 29.9 mmΦ, 내경 14.5 mmΦ, 14.7 mmΦ, 15.0 mmΦ 또는 15.2 mmΦ,

볼 재질: SUJ-2(고탄소 크롬 베어링강철),

볼 지름: 15.08 mmΦ, 15.88 mmΦ, 16.67 mmΦ 또는 17.46 mmΦ,

공구재질: SKD-11(합금공구강철),

시험 온도: 20 ℃,

평가: 시험편의 내경 보다도 큰 지름의 볼을 원통 내에 밀어넣어 관통시켰을 때, 내경이 확대해 축방향으로 연장되는 변형을 받지만, 이때에 볼 지름과 시험편 내경과의 편성을 변화시키는 것에 따라서 시험편의 단면적이 감소하는 비율(감면율) 및 시험 후의 시험편 내면 상태를 조사하고, 모니터 잔상을 일으키는 일 없이 가공할 수 있는 최대의 감면율(%) 및 그때의 부하 하중(KN)을 측정하였다.

4. 후방 천공 시험

실온의 각 조성물에 원주상 시험편을 침지한 후, 80 ℃의 항온조에 20분간 넣어 두고, 윤활피막을 생성시킨 것을 이용하고, 아래와 같이 항목에 따라 시험을 실시하였다.

시험편재질: S10C(저탄소강, 원형화 소둔(annealing)품),

시험기: 110톤 크랭크 프레스기,

시험편형상: 전장 17.0 mm, 21.5 mm, 26.0 mm, 30.5 mm, 35.0 mm, 외경 20 mmΦ,

펀치 랜드(punch land)부 14 mmΦ,

설정 면적확대율: 492%, 744%, 996%, 1248%, 1501%,

펀치 재질: HAP72(합금공구강철),

시험 온도: 20 ℃,

평가: 미리 윤활피막을 생성시켜 둔 5 수준의 시험편을 전장이 작은 수준으로부터 차례로 측면과 바닥면을 구속한 금형에 넣고, 상부에서 펀치를 박아 설정의 면적확대율이 되도록 컵에 형성하고, 시험 후의 시험편 내면에 모니터 잔상이 발생하지 않는 최고 면적확대율(%)을 측정했다.

각 성능시험의 결과를 표 3에 나타내었다.

[표 3]

표 3의 결과보다 명확한 것 같이, 실시예 1?6의 본 발명의 각 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 모두 (a) 성분과 (b) 성분과의 고형분 중량비 (b)/(a)가 6.3으로 5를 넘고 있는 비교예 1의 윤활제 조성물 및 피막강도는 30 MPa이지만 피막신도가 550%와 600% 보다 낮은 수용성 고분자화합물(4)을 이용한 비교예 2의 윤활제 조성물과 비교하여, 모든 성능평가 시험에 있어서 뛰어난 성능을 나타내는 것을 확인하였다.

본 발명의 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물은 종래의 소성가공용 윤활제에 비해서 지극히 뛰어난 가공 윤활성능, 방청성 및 피막 제거성을 가지고 있어, 금속재료의 냉간 소성가공용 윤활제로서 매우 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

(a) 수용성 고분자화합물과 (b) 무기금속염과 물을 함유하고, (a) 성분 및 (b) 성분이 물에 용해 또는 분산되며, 또한 (a) 성분과 (b) 성분의 고형분 중량비 (b)/(a)가 0.1?5의 범위 내에 있는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,
(c)왁스를 더 함유하고, 이것이 물에 분산되고 있으며, (a) 성분과 (c) 성분의 고형분 중량비 (c)/(a)가 5 이하의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,
수용성 고분자화합물(a)이 수용성 폴리에틸렌에테르 화합물 및 수용성 폴리에스테르 화합물로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물이고, 그 피막강도가 1?30 MPa이며, 또한 그 피막신도가 600?1000%인 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,
수용성 고분자화합물(a)의 중량평균 분자량이 0.5만?100만인 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,
무기금속염(b)이 인산염, 바나듐산염, 붕산소금, 규산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 금속염인 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제2항에 있어서,
왁스(c)가 융점 50?160 ℃의 천연 왁스 및 융점 50?160 ℃의 합성 왁스로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 왁스인 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,
인산아연, 산화아연, 운모, 탄산칼슘, 이황화 몰리브덴, 흑연 및 질화붕소로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 고체윤활제를 1?20중량% 더 함유하는 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.
제1항에 있어서,
유황계 극압 첨가제, 유기 몰리브덴계 극압 첨가제, 인계 극압 첨가제 및 염소계 극압 첨가제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 극압 첨가제를 0.5?5 중량% 더 함유하는 것을 특징으로 하는 금속재료의 수성 소성가공용 윤활제 조성물.