TWI576379B - Heat treatment oil composition - Google Patents

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Description

熱處理油組成物 發明領域
本發明係關於使用於金屬材料淬火等的熱處理油組成物。
發明背景
淬火等熱處理加工通常係使用熱處理油以對金屬材料賦予所冀望之硬度而實施。所以，熱處理油必須具有能提高金屬材料硬度的優異冷卻性能。熱處理油區分為依低油溫使用的冷油、可依高油溫使用的熱油。
其中，冷油因為通常係使用低黏度基油，因而冷卻速度快、具有高冷卻性。但是，因為蒸氣膜階段較久，因而容易產生燒斑，易導致淬火應變。所以，多數情況，在冷油中摻合蒸氣膜斷裂劑俾縮短蒸氣膜階段。蒸氣膜斷裂劑一般係使用瀝青(asphalt)或聚合物(參照文獻1：日本特開2010-229479號公報)。
但是，使用瀝青作為蒸氣膜斷裂劑的熱處理油，雖有蒸氣膜斷裂效果安定的特徵，但會有被加工物的光輝性降低、油槽周圍髒污等作業環境惡化的問題。
再者，使用聚合物作為蒸氣膜斷裂劑的熱處理油，雖不會有光輝性降低、作業環境惡化等問題，但蒸氣膜斷裂效果的持續力差。
發明概要
緣是，本發明目的在於提供一種熱處理油組成物，係在金屬材料淬火等熱處理時具有高蒸氣膜斷裂效果，同時可持續該蒸氣膜斷裂效果，且可對被加工物賦予優異光輝性。
為解決前述課題，本發明提供如下述熱處理油組成物。
(1)一種熱處理油組成物，其特徵在於係摻合(A)聚合度在2以上的羥縮合脂肪酸、及該羥縮合脂肪酸衍生物中之至少任1種而成。
(2)一種熱處理油組成物，係在上述所記載的熱處理油組成物中，更進一步摻合(B)礦物油及合成油之至少任1種而成。
(3)一種熱處理油組成物，係在上述所記載的熱處理油組成物中，以該熱處理油組成物全量基準計，前述各成分的摻合量係如下述：前述(A)成分：1質量%以上、且10質量%以下
前述(B)成分：90質量%以上、且99質量%以下
(4)一種熱處理油組成物，係在上述所記載的熱處理油組成物中，前述羥縮合脂肪酸衍生物包含前述羥縮 合脂肪酸的酯化物、醯胺化物及氫化物中之至少任1種。
(5)一種熱處理油組成物，係在上述所記載的熱處理油組成物中，前述(A)成分的羥縮合脂肪酸聚合度在2以上且10以下。
(6)一種熱處理油組成物，係在上述所記載的熱處理油組成物中，前述(A)成分的羥縮合脂肪酸係以蓖麻油酸為主成分的羥脂肪酸之縮合物。
(7)一種熱處理油組成物，係在上述所記載的熱處理油組成物中，其在冷卻性試驗(JISK 2242)中的特性秒數在3秒以下。
根據本發明的熱處理油組成物，在金屬材料淬火等熱處理時，具有高蒸氣膜斷裂效果，同時可持續該蒸氣膜斷裂效果，且可對被加工物賦予優異的光輝性。
發明之實施形態
本發明的熱處理油組成物係摻合有(A)聚合度在2以上的羥縮合脂肪酸、及該羥縮合脂肪酸衍生物中之至少任1種。以下，針對本發明進行詳細說明。
前述(A)成分係藉由使用為熱處理油組成物，而發揮使金屬材料(被加工物)之冷卻性能格外提升的功用，且可持續該冷卻效果。又，對被加工物賦予優異的光輝性。
羥縮合脂肪酸係使羥脂肪酸縮合者。羥縮合脂肪 酸衍生物係可舉例如羥縮合脂肪酸的酯化物、醯胺化物及氫化物中之至少任1種。羥縮合脂肪酸的酯化、醯胺化、氫化，可為了前述(A)成分與基油的親和性、前述(A)成分的化學安定性、消泡性提升、冷卻性能之調整而適當進行。
例如羥縮合脂肪酸的酯化物係可舉例如：已利用脂肪酸將羥縮合脂肪酸的羥基酯化者、已利用醇將羥縮合脂肪酸的羧基酯化者、以及已利用脂肪酸與醇將羥縮合脂肪酸的羥基與羧基酯化者等。羥縮合脂肪酸的醯胺化物係可舉例如已利用胺將前述羥縮合脂肪酸的羧基醯胺化者等。羥縮合脂肪酸的氫化物係可舉例如前述羥縮合脂肪酸及前述羥縮合脂肪酸的酯化物中之部分或全部不飽和鍵已氫化處理者等。
上述(A)成分中，作為與羥縮合脂肪酸構成酯的脂肪酸係可舉例如單羧酸、多元羧酸。該等羧酸的種類並無特別的限定，不過較佳係碳數1以上且20以下者，單羧酸特佳係油酸、癸二酸等。作為與羥縮合脂肪酸構成酯的醇較佳係單醇或多元醇。單醇或多元醇係可舉例如：乙二醇、丙二醇、二乙二醇、新戊二醇、甘油、赤藻糖醇、新戊四醇、山梨糖醇(山梨糖醇酐)、木糖醇、三羥甲基丙烷等。又，作為與多元醇或多元羧酸的酯化物係可舉例如部分酯化物及完全酯化物。
羥縮合脂肪酸的醯胺化物形態係可舉例如：一級醯胺、二級醯胺、三級醯胺或醯亞胺等。又，構成該等的胺較佳係使用各種單胺、多元胺等。
再者，上述(A)成分的羥縮合脂肪酸聚合度係在2以上，較佳係2以上且10以下。又，羥縮合脂肪酸較佳係以蓖麻油酸為主成分的羥脂肪酸縮合物。前述(A)成分中之羥縮合脂肪酸與該羥縮合脂肪酸衍生物的摻合比率、或該羥縮合脂肪酸衍生物中之酯化物、醯胺化物、氫化物等的摻合比率，可因應對熱處理油組成物所要求性能而適當決定。
再者，本發明的熱處理油組成物較佳係更進一步摻合(B)礦物油及合成油中之至少任1種。
上述(B)成分的礦物油係可舉例如：石蠟基系礦油、中間基系礦油、環烷基系礦油等。又，合成油係可使用例如：α-烯烴寡聚物(已將碳數6~16之α-烯烴寡聚化者、及已將之氫化者)、碳數2~16之烯烴的(共)聚合物、烷基苯、烷基萘、聚苯基系烴、各種酯類；例如新戊二醇、三羥甲基丙烷、新戊四醇等多元醇的脂肪酸酯；聚氧伸烷基二醇衍生物等。
本發明的熱處理油組成物係當分別摻合上述(A)成分及上述(B)成分時，依該熱處理油組成物全量基準，各成分的摻合量較佳係如下述。
(A)成分：1質量%以上、且10質量%以下
(B)成分：90質量%以上、且99質量%以下
依組成物全量基準，上述(A)成分的摻合量較佳係1質量%以上、且10質量%以下，更佳係1質量%以上且5質量%以下，特佳係1質量%以上且3質量%以下。又，依組成物全量基準，上述(B)成分的摻合量較佳係90質量%以上 且99質量%以下，更佳係95質量%以上且99質量%以下，特佳係97質量%以上且99質量%以下。
若(A)成分的摻合量未滿1質量%，會有無法充分發揮冷卻性能之虞。且，會有無法賦予優異光輝性之虞。另一方面，即便(A)成分的摻合量超過10質量%，但對於提升冷卻性能並不會有太大的助益，反而會有因黏度上升而導致冷卻性能降低的可能。
本發明的熱處理油組成物基本上係將上述(B)成分當作基油，藉由在該基油中摻合(A)成分而調製。在這種摻合的情況下，(A)成分可發揮作為蒸氣膜斷裂劑的功能。藉由摻合上述(A)成分作為蒸氣膜斷裂劑，便可縮短蒸氣膜階段，且可抑制沸騰階段的冷卻性能增加，因而可降低因冷卻不均而造成的淬火應變。又，能擴大沸騰階段的溫度範圍，可確保處理物的硬度。
再者，本發明的熱處理油組成物亦可將上述(A)成分作為基油使用。這種摻合的情況下，(A)成分係兼具作為基油的功能、以及作為蒸氣膜斷裂劑的功能。
本發明的熱處理油組成物較佳係在冷卻性試驗(JIS K 2242)中的特性秒數在3秒以下。藉由縮短蒸氣膜長度，便可減少蒸氣膜斷裂斑，不受進行淬火的材料‧零件形狀之影響，均可更加減輕應變變異與硬度變異。
本發明的熱處理油組成物中，視需要亦可摻合熱處理油所通用的添加劑，例如抗氧化劑及清潔分散劑等。
抗氧化劑係可使用習知公知的酚系抗氧化劑或 胺系抗氧化劑。
酚系抗氧化劑係可舉例如：2,6-二第三丁基-4-甲基酚、2,6-二第三丁基-4-乙基酚、2,4,6-三第三丁基酚、2,6-二第三丁基-4-羥甲基酚、2,6-二第三丁基酚、2,4-二甲基-6-第三丁基酚、2,6-二第三丁基-4-(N,N-二甲基胺基甲基)酚、2,6-二第三戊基-4-甲基酚、丙酸正十八烷基-3-(4-羥-3,5-二第三丁基苯基)酯等單環酚類；4,4'-亞甲基雙(2,6-二第三丁基酚)、4,4'-異亞丙基雙(2,6-二第三丁基酚)、2,2'-亞甲基雙(4-甲基-6-第三丁基酚)、4,4'-雙(2,6-二第三丁基酚)、4,4'-雙(2-甲基-6-第三丁基酚)、2,2'-亞甲基雙(4-乙基-6-第三丁基酚)、4,4'-亞丁基雙(3-甲基-6-第三丁基酚)、2,2'-硫代雙(4-甲基-6-第三丁基酚)、4,4'-硫代雙(3-甲基-6-第三丁基酚)等多環酚類等。
胺系抗氧化劑係例如二苯胺系物，具體係可舉例如：二苯胺、單辛基二苯胺、單壬基二苯胺、4,4'-二丁基二苯胺、4,4'-二己基二苯胺、4,4'-二辛基二苯胺、4,4'-二壬基二苯胺、四丁基二苯胺、四己基二苯胺、四辛基二苯胺、四壬基二苯胺等具有碳數3~20之烷基的烷基化二苯胺等；以及萘胺系物，具體係可舉例如：α-萘胺、苯基-α-萘胺、以及丁基苯基-α-萘胺、己基苯基-α-萘胺、辛基苯基-α-萘胺、壬基苯基-α-萘胺等碳數3~20之烷基取代苯基-α-萘胺等。該等之中，就效果的觀點，二苯胺系物優於萘胺系物，特別較佳係具有碳數3~20之烷基的烷基化二苯胺，更佳係4,4'-二(C3~C20烷基)二苯胺。
本發明中，抗氧化劑係可使用選自於前述酚系抗氧化劑及胺系抗氧化劑中之1種或2種以上。又，就抗氧化效果及經濟性均衡等層面而言，其摻合量依組成物全量基準係0.01~5質量%程度。
清潔分散劑係可使用無灰系分散劑或金屬系潔淨劑。其中，無灰系分散劑係可舉例如：烯基琥珀酸醯亞胺類、含硼之烯基琥珀酸醯亞胺類、苄胺類、含硼之苄胺類、琥珀酸酯類、脂肪酸或以琥珀酸為代表的一元或二元羧酸醯胺類等；金屬系潔淨劑係可舉例如：中性金屬磺酸鹽、中性金屬酚鹽、中性金屬水楊酸鹽、中性金屬膦酸鹽、鹼性磺酸鹽、鹼性酚鹽、鹼性水楊酸鹽、過鹼性磺酸鹽、過鹼性水楊酸鹽、過鹼性膦酸鹽等。
該等清潔分散劑係可單獨使用1種，亦可組合使用2種以上。前述清潔分散劑具有使重複使用熱處理油組成物時所產生之礦泥分散的效果，而金屬系潔淨劑更亦具有當作劣化酸之中和劑的作用。又，就效果及經濟性均衡等層面而言，清潔分散劑的摻合量依組成物全量基準係0.01~5質量%程度。
本發明的熱處理油組成物因為在金屬材料的熱處理時能賦予優異的光輝性，因而頗適合作為當對例如碳鋼、鎳-錳鋼、鉻-鉬鋼、錳鋼等各種合金鋼施行淬火、退火、回火等熱處理時使用的熱處理油，較佳係使用作為當施行淬火時的熱處理油。
再者，當使用本發明的熱處理油組成物，對鋼材 等金屬材料施行淬火處理時，屬於熱處理油的組成物溫度亦可設定為通常淬火處理時的溫度(60~150℃程度)，亦可設定為170~250℃的高溫。
實施例
其次，利用實施例、比較例，針對本發明進行更詳細說明，惟本發明並不因該等例子而受任何限制。具體係依以下方法評價熱處理油組成物的性能。
[實施例1~7、比較例1~4] [試料油]
表1、2所示係各實施例及各比較例所使用試料油的摻合組成及性狀。
1)基油1：礦油(40℃動黏度：17mm2/s)
2)羥縮合脂肪酸酯(MINERASOL LB-703、伊藤製油公司製)
3)瀝青烯(PAS)
4)聚丁烯(出光聚丁烯2000H、出光興產公司製)
5)基油2：礦油(40℃動黏度：26mm2/s)
2)羥縮合脂肪酸酯(MINERASOL LB-703、伊藤製油公司製)
6)羥縮合脂肪酸(MINERASOL PCF-30、伊藤製油公司製)
7)羥縮合脂肪酸酯(MINERASOL LB-601、伊藤製油公司製)
※1)130℃下的冷卻性
[評價方法]
依照以下所示方法，針對上述各試料油，就冷卻性能、光輝性、熱分解特性施行評價。結果如表1、2所示。
(1)冷卻性評價
根據JIS K2242所規定的冷卻性能試驗，將經加熱至810℃的規定銀試片投入試料油中，測定銀試片的冷卻曲線，求取以下的特性秒數與H值。
(1.1)特性秒數
測定到達上述冷卻曲線中特性溫度(蒸氣膜階段結束的溫度)為止的時間(秒數)。
(1.2)H值(淬火強烈度)
由上述冷卻曲線中從800℃起至300℃為止的冷卻時間導出。
(2)淬火試驗及光輝性之評價
參考「熱處理油槽內的氧所致對光輝性的影響」(Idemitsu tribo review,No.31,pp.1963~1966、平成20年9月30日出版)實施。具體係如下述。
首先，組合啞鈴形金屬材料(16mm S45C)、與圓柱形金屬材料(10mm SUJ2)形成試驗片。其次，在氮與氫的混合氣體環境中加熱試驗片至850℃。然後，將已成為該溫度的試驗片投入80℃試料油中施行淬火。
其次，針對淬火後試驗片的「明度」施行評價。具體係如下述。
(2.1)明度
將淬火後試驗片色澤、與光輝性明度標準色進行比較評價。明度的評分係依以下所示數值表示。
0：明度85%以上
1：明度60%以上、未滿85%
2：明度未滿60%
(3)熱分解特性之評價
首先，施行上述(1)的冷卻性評價，將其視為感應加熱劣化試驗前的結果。其次，依照以下所示條件施行感應加 熱劣化試驗。然後，在該項劣化試驗後，再度施行上述(1)之冷卻性評價，將其視為感應加熱劣化試驗後的結果。
試驗條件
測試片：SUS304(25×50mm)
淬火溫度：850℃(25kHz感應加熱)
油量：400ml
油溫：130℃
攪拌：200rpm
氮吹入：200ml/min
淬火時間：3min
淬火次數：100次
[評價結果]
如表1所示，在熱分解特性評價方面，實施例1與比較例1、2係呈現由感應加熱試驗所致動黏度變化、特性秒數延長少的結果。又，光輝性評價方面，實施例1與比較例3呈現優異的光輝性。
如表2所示，由實施例2~6及比較例4所示結果，可確認到藉由以(B)成分為基油，並在其中依1質量%以上且10質量%以下的比例摻合(A)成分，便可獲得蒸氣膜斷裂效果。
再者，實施例7雖屬於(A)成分單體的結果，但確認到蒸氣膜斷裂效果高。

Claims (7)

  1. 一種熱處理油組成物，其特徵在於係摻合(A)聚合度在2以上的羥縮合脂肪酸、及該羥縮合脂肪酸衍生物中之至少任1種而成。
  2. 如請求項1之熱處理油組成物，其係進一步摻合(B)礦物油及合成油之至少任1種而成。
  3. 如請求項2之熱處理油組成物，其中以該熱處理油組成物全量基準計，前述各成分的摻合量係如下述：前述(A)成分：1質量%以上、且10質量%以下，前述(B)成分：90質量%以上、且99質量%以下。
  4. 如請求項1至3中任一項之熱處理油組成物，其中前述羥縮合脂肪酸衍生物包含前述羥縮合脂肪酸的酯化物、醯胺化物及氫化物中之至少任1種。
  5. 如請求項1至3中任一項之熱處理油組成物，其中前述(A)成分的羥縮合脂肪酸聚合度在2以上且10以下。
  6. 如請求項1至3中任一項之熱處理油組成物，其中前述(A)成分的羥縮合脂肪酸係以蓖麻油酸為主成分的羥脂肪酸之縮合物。
  7. 如請求項1至3中任一項之熱處理油組成物，其在冷卻性試驗(JISK 2242)中的特性秒數係在3秒以下。
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