WO2012115142A1 - 加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法 - Google Patents

加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012115142A1
WO2012115142A1 PCT/JP2012/054257 JP2012054257W WO2012115142A1 WO 2012115142 A1 WO2012115142 A1 WO 2012115142A1 JP 2012054257 W JP2012054257 W JP 2012054257W WO 2012115142 A1 WO2012115142 A1 WO 2012115142A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
processing
polymer compound
film
lubricant
molecular weight
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/054257
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
松井　宗久
広行 森
大森　俊英
遠山　護
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Central R&D Labs Inc
Original Assignee
Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Central R&D Labs Inc filed Critical Toyota Central R&D Labs Inc
Priority to JP2013501090A priority Critical patent/JP5776765B2/ja
Priority to CN201280010350.5A priority patent/CN103391990B/zh
Publication of WO2012115142A1 publication Critical patent/WO2012115142A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M169/00—Lubricating compositions characterised by containing as components a mixture of at least two types of ingredient selected from base-materials, thickeners or additives, covered by the preceding groups, each of these compounds being essential
    • C10M169/04—Mixtures of base-materials and additives
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2205/00—Organic macromolecular hydrocarbon compounds or fractions, whether or not modified by oxidation as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2205/02—Organic macromolecular hydrocarbon compounds or fractions, whether or not modified by oxidation as ingredients in lubricant compositions containing acyclic monomers
    • C10M2205/028—Organic macromolecular hydrocarbon compounds or fractions, whether or not modified by oxidation as ingredients in lubricant compositions containing acyclic monomers containing aliphatic monomers having more than four carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2209/02—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2209/04—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to an alcohol or ester thereof; bound to an aldehyde, ketonic, ether, ketal or acetal radical
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2209/02—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2209/08—Macromolecular compounds obtained by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds containing monomers having an unsaturated radical bound to a carboxyl radical, e.g. acrylate type
    • C10M2209/084—Acrylate; Methacrylate
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10M—LUBRICATING COMPOSITIONS; USE OF CHEMICAL SUBSTANCES EITHER ALONE OR AS LUBRICATING INGREDIENTS IN A LUBRICATING COMPOSITION
    • C10M2217/00—Organic macromolecular compounds containing nitrogen as ingredients in lubricant compositions
    • C10M2217/04—Macromolecular compounds from nitrogen-containing monomers obtained otherwise than by reactions only involving carbon-to-carbon unsaturated bonds
    • C10M2217/046—Polyamines, i.e. macromoleculars obtained by condensation of more than eleven amine monomers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2020/00—Specified physical or chemical properties or characteristics, i.e. function, of component of lubricating compositions
    • C10N2020/01—Physico-chemical properties
    • C10N2020/04—Molecular weight; Molecular weight distribution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10N—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS C10M RELATING TO LUBRICATING COMPOSITIONS
    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/244—Metal working of specific metals
    • C10N2040/245—Soft metals, e.g. aluminum

Definitions

  • the present invention relates to a processing lubricant that enables strong processing of an aluminum-based metal without causing seizure or the like, a processing additive used therefor, and a processing method using them.
  • High workability is required to produce high-quality parts at low cost.
  • cold plastic processing such as forging, ironing, drawing, etc.
  • the quality of the processed surface is maintained while increasing productivity by increasing the amount of deformation per operation, etc. It is required to extend the life.
  • aluminum alloy including aluminum as appropriate
  • a lubrication method tends to cause seizure, and it has been difficult to ensure the processing quality and the tool life. This is presumably because aluminum alloys have lower strength and lower ductility than steel materials and the like.
  • a solid lubricant film (bonded film) has been often formed in advance on the surface of an aluminum alloy.
  • formation of a solid lubricating film requires a chemical conversion treatment (see Patent Document 1 below), a heat drying step of metal soap, and the like, and is expensive.
  • the solid lubricating coating often contains environmentally hazardous elements such as P and Zn, and its use is desired to be suppressed due to recent environmental problems.
  • Patent Documents 2 to 5 below describe these.
  • Patent Document 2 proposes a lubricant for cold forging of an aluminum alloy obtained by adding a fatty acid to mineral oil.
  • a lubricant to which a fatty acid having a molecular weight of at most several hundreds is added can cause seizure when the aluminum alloy is strongly processed cold.
  • Patent Document 3 provides a lubricating oil suitable for plastic working of an aluminum alloy DI can. Similar to the lubricant disclosed in Patent Document 2, this lubricant also has insufficient seizure resistance. Further, this lubricating oil uses an extreme pressure agent containing sulfur (S) and phosphorus (P), which are environmentally harmful elements, and is not environmentally preferable.
  • S sulfur
  • P phosphorus
  • Patent Document 4 also provides a lubricating oil suitable for plastic working of an aluminum alloy DI can, but uses a water-soluble fatty acid having a molecular weight of 900 to 1300 as an additive. However, the seizure resistance is insufficient as in the case of Patent Document 3.
  • Patent Document 5 proposes to form a DLC film on the drawn portion of the jig and to apply lubricating oil to the drawn portion during cold drawing of the aluminum alloy.
  • the lubricating oil used here is obtained by adding a low molecular weight fatty acid ester, zinc phosphate or the like to mineral oil. This lubricating oil also contains environmentally hazardous elements P and Zn, which is not environmentally preferable.
  • Patent Document 6 is not a lubricant specialized for processing aluminum alloys, but is combined with a lubricant containing a fatty acid having a relatively low molecular weight and a die coated with a Si-containing amorphous carbon film. It is proposed to process.
  • the present invention has been made in view of the circumstances as described above. In other words, processing without causing seizure or the like even when performing cold plastic processing with a high degree of processing on a workpiece made of an aluminum alloy without using an extreme pressure agent or the like that is an environmentally hazardous substance. It is an object to provide a lubricant. Moreover, it aims at providing the processing additive used for preparation of the processing lubricant, and the processing method using them.
  • the processing lubricant of the present invention includes a coated surface of a processing tool coated with an amorphous carbon film and a processed surface of a workpiece made of aluminum or an aluminum alloy and processed in contact with the coated surface.
  • the processing lubricant of the present invention By using the processing lubricant of the present invention, even when the workpiece is made of an aluminum alloy (including aluminum), between the workpiece and the processing tool coated with the amorphous carbon film Thus, high-quality strong processing can be performed with low processing force without causing seizure. Moreover, such an excellent effect is obtained between the coated surface of the processing tool coated with the amorphous carbon film and the processed surface of the workpiece processed by the same (hereinafter, simply “between processed surfaces”). Is obtained by simply interposing the processing lubricant of the present invention, and unlike the case of the solid lubricant film, no chemical conversion treatment, heat drying treatment or the like is required.
  • the processing lubricant of the present invention even when an aluminum alloy is strongly processed, an extreme pressure agent containing an environmental load element that has been used so far is not required.
  • strong processing refers to a ball-through test using processing oil containing extreme pressure agent. This refers to processing with a surface area reduction rate of 8% (details are shown in the examples) that allow ironing of steel materials without seizure. Therefore, the processing lubricant of the present invention is excellent in environmental properties.
  • the mechanism by which the processing lubricant of the present invention exhibits such excellent characteristics is not necessarily clear, but at present, it is considered as follows.
  • the polymer compound contained in the processing lubricant of the present invention has a molecular weight far greater than that of the base oil and additives constituting the conventional processing lubricant.
  • the polymer compound according to the present invention has a large physical adsorption force per molecule adsorbed on the coated surface of the processing tool (specifically, on the amorphous carbon film) or the processed surface of the workpiece.
  • the viscosity is high. For this reason, it is considered that an oil film breakage hardly occurs between the processed surfaces even when the aluminum alloy is strongly processed.
  • the conventional solid lubricating film and the like required a film thickness of about several ⁇ m.
  • the polymer compound of the present invention has a large molecular weight, another polymer compound is entangled with the polymer compound adsorbed on the surface. The solid contact between the processed surfaces can be suppressed.
  • the polymer compound is an adsorption film (liquid film) to the last unlike the solid lubricating film, it is easy to follow plastic deformation during processing, and it is considered that solid contact between the processed surfaces is also easily suppressed in this respect.
  • the adsorption film (liquid film) by the polymer compound according to the present invention causes local micro-breakage, there is a non-excellence in seizure resistance, abrasion resistance, sliding resistance, etc. between the processed surfaces.
  • the polymer compound is not only physically adsorbed mainly on the coated surface of the processing tool or the work surface of the work material, but also by being chemically adsorbed on the amorphous carbon film. It is thought that it exhibits a large adsorptivity. Thereby, it is considered that the oil film breakage hardly occurs between the processed surfaces.
  • the chemical adsorption occurs because the polymer compound according to the present invention has a surface functional group composed of at least one of a carbonyl group, an amino group, a carboxyl group, and a hydroxyl group.
  • the amorphous carbon film is a Si-containing amorphous carbon film (DLC-Si film)
  • the chemical adsorption is caused by the Si-OH (silanol) and polymer surface of Si on the DLC-Si film. It is thought to occur between functional groups.
  • the processing lubricant of the present invention even when a large shearing force is applied between the processed surfaces due to the strong processing of the aluminum alloy, the lubricating film (boundary) composed of a stable polymer compound between the processed surfaces. Film) is maintained, and seizure is prevented and processing force is reduced.
  • the present invention can be grasped not only as a processing lubricant but also as a processing additive comprising the above-described polymer compound used for the preparation thereof.
  • the present invention can be grasped not only as a processing lubricant and processing additive but also as a processing method using them. That is, the present invention relates to the processing of a workpiece made of the above-described processing lubricant, which is made of a coating surface of a processing tool coated with an amorphous carbon film and made of aluminum or an aluminum alloy in contact with the coating surface. There may be a processing method characterized in that the workpiece is processed by the processing tool with the processing tool interposed between the processing surface and the surface.
  • x to y in the present specification includes the lower limit value x and the upper limit value y.
  • a numerical range such as “a to b” can be set as a new lower limit value or upper limit value for the numerical values described in the present specification or any numerical value within the numerical range described in the present specification.
  • the polymer compound according to the present invention has a molecular weight of 8,000 to 1,000,000. If the molecular weight is too small, the above-described effect of the present invention is poor. On the other hand, the molecular weight may be large, but it is not easy to obtain a polymer compound having an excessive molecular weight. Therefore, the molecular weight of the polymer compound is preferably about 10,000 to 900,000, more preferably about 30,000 to 850,000.
  • Such a polymer compound can be obtained by a known method.
  • a polymer is synthesized by a chemical reaction starting from a so-called monomer.
  • the synthesis is generally carried out by polymerization by chain reaction or polycondensation by sequential reaction, polyaddition or addition condensation.
  • the molecular weight of the polymer compound can be arbitrarily adjusted by, for example, selection or control of monomer selection, polymerization temperature, amount of catalyst, amount of chain transfer agent, number of chains, and the like. By such a method, a polymer compound having an arbitrary molecular weight can be obtained.
  • the polymer compound according to the present invention is commercially available as an industrial product for other uses such as a structural material (solid) and a viscosity modifier (liquid). Therefore, it is easy to procure a high molecular weight compound according to the present invention.
  • the polymer compound according to the present invention has a surface functional group composed of at least one of a carbonyl group, an amino group, a carboxyl group and a hydroxyl group.
  • the polymer compound can be oil-soluble or water-soluble. Therefore, the polymer compound according to the present invention may be an oil-soluble polymer compound having a carbonyl group and / or an amino group, or a water-soluble polymer compound having a carboxyl group and / or a hydroxyl group.
  • Typical examples of the oil-soluble polymer compound include polymethacrylate (PMA), olefin copolymer (OCP), polyisobutylene (PIB) and the like as shown in FIG.
  • PMA polymethacrylate
  • OCP olefin copolymer
  • PIB polyisobutylene
  • SDC styrene / isoprene block polymer hydride
  • the polymer is a polymer of a monomer, and the hydrocarbon constituting the monomer may be any of alkane, alkene, alkyne, cycloalkane, aromatic hydrocarbon and the like.
  • the alkyl group bonded to the terminal may be linear (normal), branched (iso), or cyclic.
  • Such a polymer has not been used for processing lubricants until now, but is known as a high viscosity viscosity index improver, and various types are commercially available.
  • a polymer not commercially available or a polymer originally developed may be used as the polymer compound of the present invention.
  • the oil-soluble polymer compound has such a polymer as a main part, and a carbonyl group (—C ( ⁇ O) —), an amino group (—NH 2 , —NHR, —NRR ′: R and R ′ are hydrocarbons. ), A carboxyl group (—C ( ⁇ O) —OH), or a hydroxyl group (—OH).
  • a carbonyl group (—C ( ⁇ O) —), an amino group (—NH 2 , —NHR, —NRR ′: R and R ′ are hydrocarbons. ), A carboxyl group (—C ( ⁇ O) —OH), or a hydroxyl group (—OH).
  • the carbonyl group may be in any form such as aldehyde, ketone, carboxylic acid, ester and amide. As described above, such a surface functional group is considered to enhance the
  • the molecular weight is preferably 60,000 to 1,000,000, 80,000 to 800,000, or 100,000 to 600,000.
  • the molecular weight is preferably 30,000 to 1,000,000, 50,000 to 500,000, or even 80,000 to 350,000. is there.
  • polyacrylic acid PA
  • sodium polyacrylate sodium polyacrylate
  • polyvinyl alcohol (PVA) and the like as shown in FIG. 2 are representative. These polymers may be used alone or as a mixture of plural kinds.
  • the monomer constituting the polymer may be any of alkane, alkene, alkyne, cycloalkane, aromatic hydrocarbon and the like.
  • the alkyl group bonded to the terminal may be linear (normal), branched (iso), or cyclic.
  • water-soluble polymer compounds are commercially available, and desired water-soluble polymer compounds having various molecular weights can be obtained at a relatively low cost.
  • a polymer not commercially available or a polymer originally developed may be used as the water-soluble polymer compound of the present invention.
  • the water-soluble polymer compound also has a surface functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a carbonyl group or an amino group as described above, with such a polymer as a main part.
  • a surface functional group such as a carboxyl group, a hydroxyl group, a carbonyl group or an amino group as described above, with such a polymer as a main part.
  • the molecular compound according to the present invention is a water-soluble polymer compound having a carboxyl group and / or a hydroxyl group
  • the molecular weight is preferably 8,000 to 1,000,000, 20,000 to 900,000, or even 100,000 to 850,000.
  • the polymer compound according to the present invention does not contain an environmental load element (Cl, P, S, etc.). That is, the polymer compound according to the present invention is composed of only elements such as carbon (C), hydrogen (H), oxygen (O), nitrogen (N), and preferably does not include other elements. Any of the polymer compounds (polymers) according to the present invention already exemplified are composed of C, H, O, N, etc. and do not contain an environmental load element.
  • an environmental load element Cl, P, S, etc.
  • the processing lubricant of the present invention may be composed of only the above-described polymer compound.
  • a polymer compound having a large molecular weight usually has high viscosity and is difficult to handle as it is as a processing lubricant. . Therefore, it is preferable to use a base oil or water having an appropriate viscosity to which a polymer compound is added as a processing lubricant.
  • base oil should be used as a solvent
  • water-soluble polymer compounds water should be used as a solvent.
  • the amount of polymer compound added to the solvent includes the processing lubricant supply method between processing surfaces, the type and characteristics of the solvent and polymer compound, as well as the processing conditions (deformation amount, processing force, temperature). Depending on the processing atmosphere, the type and characteristics of the processing tool or workpiece, the properties of the amorphous carbon film and the surface to be processed, etc.).
  • the polymer compound is contained in an amount of 8 to 50% by mass, 15 to 45% by mass, or 25 to 40% by mass when the entire processing lubricant is 100% by mass.
  • the amount of the polymer compound is too small, the effect is poor.
  • the amount is too large, the viscosity of the processing lubricant is increased and the handling property is lowered.
  • the processing lubricant may be supplied between the processing surfaces by spraying or pouring the processing lubricant, immersing the processing tool or workpiece in the processing lubricant, or the like.
  • the base oil in the oil-soluble polymer compound processing lubricant added so that the kinematic viscosity at 40 ° C. is a 5 ⁇ 300mm 2 / s, 10 ⁇ 250mm 2 / s and even more about 15 ⁇ 200mm 2 / s It is preferable to adjust to.
  • the base oil used for the processing lubricant is not particularly limited, and mineral oils, synthetic oils, fats and the like can be used alone or in combination.
  • Mineral oil includes, for example, paraffinic and naphthenic.
  • Synthetic oils include, for example, poly- ⁇ -olefin, poly- ⁇ -olefin hydride, isobutene oligomer, hydride of isobutene oligomer, isoparaffin, alkylbenzene, alkylnaphthalene, diester, polyol ester, polyoxyalkylene glycol, dialkyldiphenyl ether And polyphenyl ether.
  • a base oil obtained by appropriately mixing different kinds of mineral oil or synthetic oil may be used.
  • the base oil itself is so preferable that it does not contain an environmental load element. That is, it is preferable that the base oil is composed of C and H in the main part and only O or N in the remaining part.
  • the processing lubricant of the present invention is composed of only a solvent and a polymer compound, since the cost can be reduced.
  • additives other than the polymer compound may optionally be included for the purpose of further improving the workability and the specific function.
  • Such additives include, for example, an extreme pressure agent and an antiwear agent, and any of them does not contain an environmental load element such as Cl, S, P, and Mo.
  • the processing tool is formed by forming an amorphous carbon film on the surface of a base material.
  • the base material of a processing tool selects the material, shape, etc. suitable for the kind of process.
  • the material may be made of metal such as carbon steel, alloy steel, cast iron, aluminum alloy, or ceramics such as alumina, silicon nitride, silicon carbide, cemented carbide. But you can.
  • the amorphous carbon film formed on the substrate of the processing tool is a so-called diamond-like carbon film (hereinafter referred to as “DLC film”).
  • DLC film diamond-like carbon film
  • the composition, film formation method, and characteristics (hardness, Young's modulus, peel resistance, etc.) of the DLC film formed on the surface of the processing tool are not questioned. It is preferable to provide.
  • the characteristics of the DLC film are affected by the composition and manufacturing method.
  • the content of C, H and Si, and the C atom hereinafter referred to as “Csp 2 ”) whose electron orbit takes a sp 2 hybrid orbital and the C atom whose electron orbit takes a sp 3 hybrid orbit (hereinafter “Csp 3 ”).
  • the characteristics of the DLC film can change depending on the abundance ratio.
  • the DLC film is preferably a Si-containing amorphous carbon film containing Si (hereinafter referred to as “DLC-Si film”).
  • the DLC-Si film is a hard film and has excellent frictional sliding characteristics. Therefore, it is preferable that the surface of the processing tool is covered with the DLC-Si film because it can improve seizure resistance, reduce the processing force, extend the life of the processing tool, and the like.
  • composition of a DLC film (hereinafter, including a DLC-Si film) is as follows.
  • H 0 to 40 atomic%, 5 to 35 atomic%, or 10 to 30 It is preferable that it contains atomic% and the balance is C.
  • Si 2 to 30 atomic%, further 4 to 20 atomic%.
  • H can increase the toughness of the DLC film and improve the adhesion to the substrate. However, if H is too small, the effect is poor, and if H is excessive, the DLC film softens on the contrary, and the life and frictional sliding characteristics of the processing tool may be reduced.
  • Si is effective for hardening a DLC film and for forming silanol (—Si—OH) which enhances the adsorptivity of a polymer compound. If the amount of Si is too small, the effect is poor. If the amount of Si is excessive, the DLC film is hardened too much, and conversely, the frictional sliding characteristics can be lowered.
  • the ratio of Csp 2 to Csp 3 in C is preferably 20 to 90%, more preferably 60 to 75% when Csp 2 is 100% of the total number of C atoms in the DLC film.
  • the presence of Csp 2 can increase the toughness of the DLC film and improve the frictional sliding characteristics. However, if Csp 2 is too small, the effect is poor, and if it is excessive, the DLC film softens, which is not preferable.
  • the amount of C and Si in the DLC film can be quantified by electron beam microanalyzer (EPMA), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), Rutherford backscattering method (RBS) or the like.
  • the amount of H can be quantified by elastic recoil detection method (ERDA).
  • ERDA is a method of measuring the hydrogen concentration in the film by irradiating the surface of the film with a 2 MeV helium ion beam, detecting hydrogen ions ejected from the film with a semiconductor detector.
  • the amount of Csp 2 and the amount of Csp 3 can be quantified by a high-power decoupling method (HD-MAS) in which magic angle spinning with quantitativeness in solid-state NMR is performed.
  • HD-MAS high-power decoupling method
  • a method for forming the DLC film for example, a CVD method or a PVD method such as a plasma CVD method, an ion plating method, or a sputtering method can be used.
  • a reaction gas and a carrier gas are introduced into a vacuum furnace in which a processing tool (base material) is arranged.
  • plasma is generated by discharging in the vacuum furnace.
  • plasma ionized C, CH, Si, etc. are made to adhere to the covering surface of a processing tool. Thereby, a hard DLC film is formed.
  • reaction gas used at this time examples include hydrocarbon gases such as methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), and benzene (C 6 H 6 ).
  • hydrocarbon gases such as methane (CH 4 ), acetylene (C 2 H 2 ), and benzene (C 6 H 6 ).
  • a silicon compound gas such as Si (CH 3 ) 4 [TMS], SiH 4 , SiCl 4 , SiH 2 F 4 and hydrogen gas may be used.
  • An inert gas such as argon gas may be used as the carrier gas.
  • the amorphous carbon film is a Si-containing amorphous carbon film
  • a silanol layer is formed on the surface of the amorphous carbon film, so that the polymer compound having the above-described polar surface functional group becomes a Si-containing amorphous film.
  • the surface of the carbonaceous film becomes more strongly bonded or adsorbed.
  • the polymer compound is not limited to a water-soluble polymer compound but may be an oil-soluble polymer compound. In the case of the oil-soluble polymer compound having a surface functional group described above, if a slight amount of moisture is contained in the processing lubricant, a silanol layer is easily formed on the Si-containing amorphous carbon film.
  • moisture content in a process lubricant is 10 ppm or more when the whole is 100 mass%.
  • the film thickness of the DLC film (including the DLC-Si film) is preferably 0.1 to 6 ⁇ m, more preferably 0.3 to 3 ⁇ m. If the film thickness is too small, the durability of the DLC film is lowered, and if the film thickness is too large, the adhesion to the substrate and the peel resistance are lowered.
  • the hardness of the DLC film is preferably 10 GPa or more, 15 GPa or more, and further 20 GPa or more. If the hardness is too small, the durability of the DLC film is lowered, which is not preferable.
  • the processing referred to in the present invention is preferably plastic processing such as forging, ironing, drawing, pressing, rolling, extrusion, drawing, and rolling.
  • plastic processing such as forging, ironing, drawing, forging, etc.
  • the processing referred to in the present invention may be processing such as cutting, shearing or drilling.
  • the processing tool should just respond
  • the processing referred to in the present invention may be cold or warm.
  • the processing temperature is not limited as long as the DLC film and the processing lubricant do not change so much (for example, room temperature to 200 ° C.).
  • the material to be processed may be a raw material, an intermediate material, or a final product regardless of its form.
  • additive-free mineral oil (Thamper 110 / manufactured by Nippon Sun Oil Co., Ltd.) was used.
  • the kinematic viscosity of this base oil was 20.2 mm 2 / sec at 40 ° C.
  • the structure (main part and functional group) and molecular weight (Mw) of the oil-soluble polymer compound of each sample are shown together in Table 1.
  • the chemical structure of the polymethacrylate or olefin copolymer which is the main part of the oil-soluble polymer compound is as shown in FIG.
  • the amount of oil-soluble polymer compound added to the base oil is also shown in Table 1 with the processing lubricant as a whole being 100% by mass.
  • sample No. A00 and sample no. A01 is the same processing lubricant.
  • A60 and sample no. A61 is the same processing lubricant.
  • the type, number and molecular weight of the functional group of the oil-soluble polymer compound were adjusted and specified as follows. First, the molecular weight of the oil-soluble polymer compound was measured by the weight average molecular weight by gel permeation chromatography (GPC). The equipment used and measurement conditions at this time are as follows.
  • processing lubricants 00 to A111 contains an environmental load substance. That is, these processing lubricants are substantially composed only of C, H, O, or N, and do not include metals (such as Zn), heavy metals (such as Mo), S, P, and Cl that are environmentally hazardous elements.
  • the amount of the water-soluble polymer compound added to distilled water is also shown in Table 2 with the entire processing lubricant as 100% by mass.
  • sample No. B20 and sample no. B21 is the same processing lubricant.
  • processing lubricants B11 to B51 contains an environmentally hazardous substance. That is, these processing lubricants are substantially composed only of C, H, O, or Na, and do not include metals (such as Zn), heavy metals (such as Mo), S, P, and Cl that are environmentally hazardous elements.
  • Sample No. C11 to C21 and Sample No. D10 ⁇ 20 Conventional lubricating oils with relatively low molecular weight and commercially available processing lubricating oils were also prepared. These are shown in Table 3.
  • Sample No. C20 and sample no. C21 is the same lubricating oil for processing.
  • Sample No. The commercial oil indicated by D10 is a lubricating oil for cold forging (product name: FW439A, manufacturer: Nippon Oil Corporation).
  • Sample No. The commercial oil shown in D20 is a lubricating oil for cold forging (product name: Titan Homer CCD220, manufacturer: Toyota Chemical Engineering Co., Ltd.).
  • the solid lubricant film is not a fluid film (liquid film) formed by a processing lubricant applied to a mold (processing tool) or the like, but a non-fluid film fixed to the surface of the workpiece. This is also shown in Table 3.
  • This solid lubricating film was formed as follows. First, a chemical conversion treatment film made of aluminum fluoride is formed on the outermost surface (inner peripheral surface) of a workpiece (base material) made of an aluminum alloy by using a silicofluorination method. On top of this, a zinc phosphate metal soap film and a sodium stearate metal soap film were sequentially formed while heating and drying. In this way, a solid lubricating film having a three-layer structure was formed on the surface of the workpiece. Incidentally, this solid lubricating coating is well known as a lubricating method capable of cold forging an aluminum alloy even under severe conditions difficult to cope with with conventional lubricating oils.
  • FIG. 3 shows an outline of the test apparatus 10 used for this ball-through test.
  • the test apparatus 10 includes a container 1, a punch 2, a knockout punch 3 and a ball 5.
  • the container 1 is a steel (JIS SKH51) female die (die) provided with a through hole 1a having a diameter of 30 mm.
  • a cylindrical workpiece 4 to be ironed can be inserted or inserted into the through hole 1a.
  • the punch 2 pushes the male ball 5 into the inner cylinder portion 4 a of the workpiece 4 set in the container 1.
  • the workpiece 4 is ironed by the balls 5.
  • the knockout punch 3 supports the workpiece 4 pushed by the punch 2 from below and holds the workpiece 4 in a predetermined position.
  • a load meter (not shown) for measuring the pushing force (working force) applied to the punch 2 is installed. Further, a displacement meter (not shown) for measuring the amount of movement is installed above the punch 2. In this way, the processing force and the displacement when the workpiece 5 is ironed by pushing the ball 5 are simultaneously measured via the punch 2.
  • a non-treated ball formed with a DLC-Si film (hereinafter referred to as “DLC-Si film ball”) was also prepared.
  • DLC-Si film having a thickness of 2 ⁇ m was obtained.
  • the composition of this DLC-Si film was C: 66 atomic%, H: 30 atomic%, and Si: 4 atomic%.
  • the Si content in the film was quantified by an electron probe microanalysis method (EPMA).
  • H content was quantified by the elastic recoil detection method (ERDA).
  • the processing lubricant was supplied as follows (the same applies to all tests using the processing lubricant). First, the balls 5 and the workpiece 4 were ultrasonically cleaned in a mixed solution of 50% acetone and 50% hexane and degreased and dried. Thereafter, a processing lubricant was dropped from the upper part of the inner peripheral surface of the workpiece 4. This workpiece 4 was inserted into the container 1. Next, the processing lubricant was dropped on the ball 5 from the top with a dropper. The ball 5 was placed on the inner peripheral surface of the workpiece 4. Thus, the processing lubricant was supplied between the processing surfaces.
  • the indentation length (squeezing length) of the ball 5 was 38 mm
  • the indentation speed (test speed) of the ball 5 was 200 mm / s at the initial speed.
  • the indentation speed was reduced to a final speed of 180 mm / s due to deformation resistance generated when the ball 5 passed through the workpiece 4 (the same applies to all tests).
  • Tables 1 to 3 also show the results obtained by performing the above-described ball threading test on each sample in which a processing lubricant or a solid lubricating coating is combined with a DLC-Si film ball or an untreated ball.
  • Maximum load in the table is the maximum ball indentation load acting on the punch 2. In either case, the ball as the processing tool passed without stopping on the way. However, when the balls or workpieces after the ball pass test were observed, there were some seizures. The cases where seizure was not observed were shown in Tables 1 to 3 by ⁇ (no seizure) and x (when seizure was observed) when seizure was observed. Even if seizure occurred during the test, the ball penetrated because a part of the work piece was sheared while adhering to the ball.
  • E11 when a solid lubricant film was formed on the surface of the workpiece, none of the seizures occurred at a maximum load of about 40 kN. This was true even when the DLC-Si film was present on the surface of the processing tool (ball 5) as well as when the surface was untreated. This is because the solid lubricating film is firmly bonded to the surface of the work piece and has ductility, unlike the conventional lubricating layer made of a processing lubricant (liquid), it is difficult for the lubricating film to break. This is probably because solid contact between the material and the processing tool was effectively suppressed.
  • an amorphous carbon film (DLC-Si film) is formed on the surface of the processing tool, and the processing lubricant has an oil-soluble polymer having a surface functional group and a molecular weight of 30,000 or more. This was the case where the compound contained 8% by mass or more.
  • the surface functional group of the oil-soluble polymer compound is a carbonyl group
  • the maximum load is remarkably reduced and seizure does not occur.
  • the surface functional groups of the oil-soluble polymer compound were a carbonyl group and an amino group
  • the molecular weight was 30,000 or more, further 50,000 or more, the maximum load was remarkably reduced and no seizure occurred.
  • FIG. 4 shows a pyrogram (decomposition temperature: 550 ° C.) by pyrolysis GC / MS of the polymer used for sample A81. Two types of carbonyl groups (I and IV in the figure) and two amino groups (II and III in the figure) were observed, indicating that there are many adsorption points in the polymer. The presence of many type III amino groups in the two types of amino groups is considered to be a factor that strengthens the boundary membrane.
  • Sample No. B11 and sample no. As can be seen from comparison with B51, when the molecular weight of the polymer compound is increased, the maximum load can be reduced even if the addition amount is decreased. In other words, even with a polymer compound having a relatively small molecular weight, increasing the addition amount can reduce the maximum load and avoid the occurrence of seizure. However, from a comparison between the two, it is considered that an increase in the molecular weight of the polymer compound is particularly effective for efficiently reducing the maximum load and avoiding seizure.
  • the maximum loads of A82 were 80 kN and 29 kN. These are respectively sample Nos. A01 and Sample No. It was almost the same as the maximum load of A81. From this, it was confirmed that substantially the same lubricating performance could be obtained even when the surface of the processing tool was changed from the DLC-Si film to the DLC film.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Lubricants (AREA)

Abstract

　耐焼付性等に優れたアルミニウム合金等の加工用潤滑剤を提供する。本発明の加工用潤滑剤は、非晶質炭素膜で被覆された加工具の被覆面とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり被覆面に接触して加工される被加工材の被加工面との間に介在する加工用潤滑剤であって、カルボニル基、アミノ基、カルボキシル基またはヒドロキシル基の少なくとも一つ以上からなる表面官能基を有し、分子量が８０００～１００万である高分子化合物を、全体を１００質量％としたときに８～５０質量％含むことを特徴とする。このように分子量の大きな高分子化合物は、加工具の非晶質炭素膜等へ強固に吸着する。このため、焼付き等の生じ易いアルミニウム合金を強加工する場合であっても、加工面間に潤滑膜が安定的に存在し、それらの固体接触ひいては焼付きが抑止される。

Description

加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法
　本発明は、焼付き等を生じさせることなくアルミニウム系金属の強加工を可能とする加工用潤滑剤、それに用いる加工用添加剤およびそれらを用いた加工方法に関する。
　高品質の部材を低コストで生産するためには高い加工性が必要となる。例えば、鍛造、しごき加工、絞り加工などの冷間塑性加工を行う場合、一回当たりの変形量等を大きくして生産性を上げつつ、加工面の品質を維持し、かつ高価な加工具の寿命を延ばすことが求められる。このためには、加工具と被加工材との間の摩擦係数の低減を図り、耐焼付性を向上させることが重要となる。そこで従来から、金型などの加工具の表面に摩擦係数の低減等に効果がある硬質膜を設けたり、種々の加工用潤滑剤（潤滑油）を用いたり、それらを組合わせたりして加工がされてきた。
　もっとも、アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下、適宜、アルミニウムを含めて単に「アルミニウム合金」という。）からなる被加工材を冷間で強加工（例えば、表面積拡大率の大きな塑性加工）する場合、上記のような潤滑方法では焼付きが生じ易く、加工品質や加工具の寿命を確保することが困難であった。これはアルミニウム合金は、鉄鋼材料等と比較して、低強度、低延性であるためと考えられる。
　従来、そのような焼付きを防止するために、アルミニウム合金の表面に予め強固な固体潤滑被膜（ボンデ皮膜）を形成することが多くなされてきた。しかし、固体潤滑被膜の形成は、化成処理（下記の特許文献１参照）や金属石鹸の加熱乾燥工程等が必要となり、高コストである。また固体潤滑被膜は、環境負荷元素であるＰやＺｎなどを含むことが多く、昨今の環境問題上、その使用抑制が望まれている。
　このような事情の下、固体潤滑被膜に替わるアルミニウム合金の加工用潤滑剤が提案されている。これらに関する記載が例えば下記のような特許文献２～５にある。
特開平１０－２３７６６７号公報 特公平６－５１８７５号公報 特許３８１２８４９号公報 特開平１０－１８３１５１号公報 特開２００４－３５８４９５号公報 特開２０１０－９５７９２号公報
　特許文献２は、鉱油に脂肪酸を添加したアルミニウム合金の冷間鍛造用潤滑剤を提案している。しかし、分子量が高々数百程度の脂肪酸を添加した潤滑剤では、アルミニウム合金を冷間で強加工した際に焼付きを生じ得る。
　特許文献３は、アルミニウム合金ＤＩ缶の塑性加工に適した潤滑油を提供している。この潤滑油も特許文献２の潤滑剤と同様に耐焼付性等が不十分である。またこの潤滑油は、環境負荷元素である硫黄（Ｓ）やリン（Ｐ）を含む極圧剤を使用しており、環境上好ましくない。
　特許文献４もアルミニウム合金ＤＩ缶の塑性加工に適した潤滑油を提供しているが、添加剤に分子量が９００～１３００の水溶性脂肪酸を用いている。しかし、その耐焼付性は特許文献３の場合と同様に不十分である。
　特許文献５は、アルミニウム合金の冷間引抜き加工に際して、治具の絞り部にＤＬＣ被膜を形成し、その絞り部に潤滑油を注油することを提案している。ここで用いている潤滑油は、鉱油に低分子量の脂肪酸エステルやリン酸亜鉛等を添加したものである。この潤滑油も環境負荷元素であるＰやＺｎを含有しており、環境上好ましくない。
　なお、上記の特許文献６はアルミニウム合金の加工に特化した潤滑剤ではないが、分子量が比較的低い脂肪酸等を含む潤滑剤とＳｉ含有非晶質炭素膜で被覆された金型等と組み合わせて加工することを提案している。
　本発明は、上述したような事情に鑑みて為されたものではある。すなわち、環境負荷物質である極圧剤等を使用することなく、アルミニウム合金からなる被加工材に対して加工度の大きな冷間塑性加工を行う場合でも、焼付き等を生じさせることのない加工用潤滑剤を提供することを目的とする。またその加工用潤滑剤の調製に用いる加工用添加剤およびそれらを用いた加工方法を提供することを目的とする。
　本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、従来、加工用潤滑剤には用いられていなかった非常に大きな分子量をもつ高分子化合物を用いることにより、環境負荷元素を含む極圧剤等を用いるまでもなく、アルミニウム合金を焼付きを生じさせることなく低い加工力で強加工できることを新たに見出した。そしてこの成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
《加工用潤滑剤》
（１）本発明の加工用潤滑剤は、非晶質炭素膜で被覆された加工具の被覆面とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり該被覆面に接触して加工される被加工材の被加工面との間に介在する加工用潤滑剤であって、カルボニル基、アミノ基、カルボキシル基またはヒドロキシル基の少なくとも一つ以上からなる表面官能基を有し分子量が８０００～１００万である高分子化合物を、全体を１００質量％としたときに８～５０質量％含むことを特徴とする。
（２）本発明の加工用潤滑剤を用いることにより、被加工材がアルミニウム合金（アルミニウムを含む）からなる場合でも、この被加工材と非晶質炭素膜で被覆された加工具との間で焼付きを生じさせることなく、低い加工力で、高品質な強加工を行うことが可能となる。しかも、このような優れた効果が、非晶質炭素膜で被覆された加工具の被覆面とそれにより加工される被加工材の被加工面との間（以下適宜、単に「加工面間」という。）に本発明の加工用潤滑剤を介在させるだけで得られ、固体潤滑被膜の場合と異なり化成処理や加熱乾燥処理等は不要である。
　従って、アルミニウム合金を大きな加工率で冷間加工する場合でも、加工プロセスの簡略化、省エネルギー化および金型等の加工具の高寿命化を図れ、ひいてはアルミニウム合金製品の生産性向上や低コスト化を図れ得る。
　また本発明の加工用潤滑剤によれば、アルミニウム合金を強加工する場合でも、これまで使用されてきた環境負荷元素を含む極圧剤等を必要としない。ここでいう強加工とは、株式会社豊田中央研究所Ｒ＆Ｄレビュー，Vol.28，No.3，P12-13（1993.9）の記載によれば、極圧剤含有加工油を用いたボール通し試験で、焼付なく鋼材のしごき加工が可能な減面率８％（詳細を実施例に示す）の加工をいう。従って本発明の加工用潤滑剤は環境性にも優れる。
（３）ところで、本発明の加工用潤滑剤がそのような優れた特性を発現するメカニズムは必ずしも定かではないが、現状では次のように考えられる。本発明の加工用潤滑剤に含まれる高分子化合物は、その分子量が従来の加工用潤滑剤を構成する基油や添加剤よりも遙かに大きい。このため、本発明に係る高分子化合物は、加工具の被覆面（具体的には非晶質炭素膜上）または被加工材の被加工面に吸着する１分子あたりの物理的吸着力が大きく、粘性も高い。このためアルミニウム合金に対して強加工を行う場合でも、加工面間で油膜切れが生じ難いと考えられる。また、従来の固体潤滑被膜などは膜厚が数μｍ程度必要であったが、本発明の高分子化合物は分子量が大きいため、表面吸着した高分子化合物に他の高分子化合物が絡み重なることから、加工面間の固体接触を抑止し得る。さらに高分子化合物は、固体潤滑被膜とは異なりあくまでも吸着膜（液膜）であるから、加工時の塑性変形に追従し易く、この点でも加工面間における固体接触が抑止され易いと考えられる。
　さらに本発明に係る高分子化合物による吸着膜（液膜）が仮に局所的に微小な破断を生じたとしても、加工面間には耐焼付性、耐摩耗性、耐摺動性等に優れる非晶質炭素膜が存在する。この非晶質炭素膜が、いわば加工用潤滑剤または高分子化合物のバックアップとして機能し、金属間の固体接触による焼付き（または巨視的な凝着の発生）や摩擦係数の増大を有効に抑止していると考えられる。
　ここで高分子化合物は、加工具の被覆面または被加工材の被加工面に、主に物理的に吸着しているのみならず、非晶質炭素膜上に化学的吸着することにより、非常に大きな吸着性を発揮していると考えられる。これにより、加工面間において油膜切れが一層生じ難くなっていると考えられる。なお、その化学的吸着が生じるのは、本発明に係る高分子化合物がカルボニル基、アミノ基、カルボキシル基またはヒドロキシル基の少なくとも一つ以上からなる表面官能基を有するためと考えられる。特に、非晶質炭素膜がＳｉ含有非晶質炭素膜（ＤＬＣ－Ｓｉ膜）である場合、その化学的吸着はＤＬＣ－Ｓｉ膜上のＳｉによるＳｉ－ＯＨ（シラノール）と高分子化合物の表面官能基との間で生じると考えられる。
　いずれにしても、本発明の加工用潤滑剤によれば、アルミニウム合金の強加工により加工面間に大きな剪断力が作用する場合でも、加工面間に安定した高分子化合物からなる潤滑膜（境界膜）が維持され、焼付きの防止や加工力の低減が図られる。
《加工用添加剤》
　本発明は加工用潤滑剤としてのみならず、その調製に用いる上述した高分子化合物からなる加工用添加剤として把握できる。
《加工方法》
　さらに本発明は、加工用潤滑剤や加工用添加剤としてのみならず、それらを用いた加工方法としても把握できる。すなわち本発明は、上述した加工用潤滑剤を、非晶質炭素膜で被覆された加工具の被覆面とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり該被覆面に接触して加工される被加工材の被加工面との間に介在させて、該加工具により該被加工材を加工することを特徴とする加工方法あってもよい。
《その他》
　特に断らない限り本明細書でいう「ｘ～ｙ」は、下限値ｘおよび上限値ｙを含む。また、本明細書に記載した数値や本明細書に記載した数値範囲内の任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ～ｂ」のような数値範囲を設定し得る。
本発明に係る油溶性高分子化合物とその化学構造式を例示した図表である。 本発明に係る水溶性高分子化合物とその化学構造式を例示した図表である。 ボール通し試験装置の概略図である。 試料Ｎｏ．Ａ８１に係る熱分解ＧＣ／ＭＳによるパイログラムである。
　発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。本明細書で説明する内容は、本発明に係る加工用潤滑剤または加工用添加剤のみならず、それらを用いた加工方法等にも適用され得る。本明細書中から任意に選択した一つまたは二つ以上の構成を上述した本発明の構成に付加し得る。また加工方法に関する構成は、プロダクトバイプロセスとして理解すれば物（加工物）に関する構成ともなり得る。なお、いずれの実施形態が最良であるか否かは使用対象や要求性能等によって異なる。
《高分子化合物》
（１）本発明に係る高分子化合物は、分子量が８０００～１００万である。この分子量が過小では上述した本発明の効果が乏しい。一方、分子量は大きくてもよいが、過大な分子量の高分子化合物を得ることは容易ではない。そこで高分子化合物の分子量は１万～９０万さらには３万～８５万程度であると好ましい。
　このような高分子化合物は公知の方法により得ることができる。例えば、高分子化合物はいわゆるモノマーを出発点として化学反応によりポリマーが合成される。この合成方法として、一般的に連鎖反応による重合や逐次反応によるポリ縮合、ポリ付加、付加縮合により合成されることが広く知られている。そして高分子化合物の分子量は、例えばモノマーの選択、重合時の温度、触媒量、連鎖移動剤量、連鎖回数などの選択または制御により、任意に調整可能である。このような方法により、任意の分子量の高分子化合物を得ることができる。しかも本発明に係る高分子化合物の少なくとも一部は、構造材料（固体）や粘度調整剤（液体）など、他用途向けの工業製品として市販されている。従って、本発明に係る分子量の大きい高分子化合物を調達することは容易である。
　ところで本発明に係る高分子化合物は、カルボニル基、アミノ基、カルボキシル基またはヒドロキシル基の少なくとも一つ以上からなる表面官能基を有する。表面官能基の種類によって、その高分子化合物は油溶性または水溶性となり得る。従って、本発明に係る高分子化合物は、カルボニル基および／またはアミノ基を有する油溶性高分子化合物でも良いし、またカルボキシル基および／またはヒドロキシル基を有する水溶性高分子化合物でもよい。
（２）油溶性高分子化合物（主部）の一例として、図１に示すようなポリメタクリレート（ＰＭＡ）、オレフィンコポリマー（ＯＣＰ）、ポリイソブチレン（ＰＩＢ）などが代表的である。この他、スチレン・イソプレンブロックポリマー水素化物（ＳＤＣ）などもある。これらのポリマーを単独で用いてもよいし、複数種のものを混合して用いてもよい。ポリマーはモノマーの重合体であるが、そのモノマーを構成する炭化水素は、アルカン、アルケン、アルキン、シクロアルカン、芳香族炭化水素などいずれでもよい。末端に結合するアルキル基なども、直鎖状（ノルマル）、分岐状（イソ）、環状のいずれでもよい。
　このようなポリマーは、これまで加工用潤滑剤に用いられることはなかったが、高粘度の粘度指数向上剤等として知られており、種々のものが市販されている。勿論、市販されていないポリマーや独自に開発したポリマーを本発明の高分子化合物として用いても良いことはいうまでもない。
　油溶性高分子化合物は、そのようなポリマーを主部としつつ、カルボニル基（－Ｃ（＝Ｏ）－）、アミノ基（－ＮＨ２、－ＮＨＲ、－ＮＲＲ’：Ｒ、Ｒ’は炭化水素）、カルボキシル基（－Ｃ（＝Ｏ）－ＯＨ）、またはヒドロキシル基（－ＯＨ）等の表面官能基をさらに有する。このような表面官能基は少なくとも一つ以上あればよいが、複数あってもまたは複数種あってもよい。カルボニル基は、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステル、アミドなどいずれの形態でもよい。既述したように、このような表面官能基は油溶性高分子化合物の吸着性、特に化学的吸着性を高めると考えられる。
　ここで本発明に係る高分子化合物がカルボニル基を有する油溶性高分子化合物の場合、その分子量は６万～１００万、８万～８０万さらには１０万～６０万であると好適である。また本発明に係る高分子化合物がカルボニル基およびアミノ基を有する油溶性高分子化合物の場合なら、分子量が３万～１００万、５万～５０万さらには８万～３５万であると好適である。
（３）水溶性高分子化合物（主部）の一例として、図２に示すようなポリアクリル酸（ＰＡ）、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などが代表的である。これらのポリマーは単独で用いられてもよいし、複数種のものを混合して用いられてもよい。この場合も、ポリマーを構成するモノマーは、アルカン、アルケン、アルキン、シクロアルカン、芳香族炭化水素などいずれでもよい。また末端に結合するアルキル基なども、直鎖状（ノルマル）、分岐状（イソ）、環状のいずれでもよい。
　水溶性高分子化合物も油溶性高分子化合物と同様に、種々のものが市販されており、種々の分子量をもつ所望の水溶性高分子化合物を比較的低コストで入手できる。勿論、市販されていないポリマーや独自に開発したポリマーを本発明の水溶性高分子化合物として用いても良い。
　水溶性高分子化合物も、そのようなポリマーを主部としつつ、前述したカルボキシル基、ヒドロキシル基、カルボニル基またはアミノ基等の表面官能基をさらに有する。このような表面官能基は少なくとも一つ以上あればよいが、複数あってもまたは複数種あってもよい。
　本発明に係る分子化合物がカルボキシル基および／またはヒドロキシル基を有する水溶性高分子化合物の場合、分子量が８０００～１００万、２万～９０万さらには１０万～８５万であると好ましい。
（４）本発明に係る高分子化合物には種々のポリマーを利用でき、その構成元素までは問わない。もっとも高分子化合物は、環境負荷元素（Ｃｌ、Ｐ、Ｓ等）を含有していないと好適である。すなわち、本発明に係る高分子化合物は、炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）などの元素のみで構成されており、それら以外の元素を含まないと好ましい。既に例示した本発明に係る高分子化合物（ポリマー）はいずれも、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｎ等からなり環境負荷元素を含まない。
《加工用潤滑剤》
（１）本発明の加工用潤滑剤は、上述した高分子化合物のみからなってもよいが、分子量の大きな高分子化合物は、通常、高粘度であって、そのままでは加工用潤滑剤として取り扱い難い。そこで適当な粘度の基油や水等に高分子化合物を添加したものを加工用潤滑剤として用いると好適である。油溶性高分子化合物なら基油を溶媒とし、水溶性高分子化合物なら水を溶媒とするとよい。
　高分子化合物の溶媒への添加量（配合量）は、加工用潤滑剤の加工面間への供給方法、溶媒や高分子化合物の種類・特性の他、加工条件（変形量、加工力、温度などの加工雰囲気、加工具または被加工材の種類・特性、非晶質炭素膜や被加工面の性状等）などにより異なる。
　もっとも高分子化合物は、加工用潤滑剤全体を１００質量％としたときに８～５０質量％、１５～４５質量％さらには２５～４０質量％含まれると好ましい。高分子化合物が過少では効果が乏しく、過多では加工用潤滑剤の粘度が上昇して取扱性が低下する。なお、加工用潤滑剤の加工面間への供給は、加工用潤滑剤の噴霧または流込み、加工用潤滑剤への加工具または被加工材の浸漬等いずれでもよい。
　ちなみに基油に油溶性高分子化合物を添加した加工用潤滑剤なら、４０℃における動粘度が５～３００ｍｍ２／ｓ、１０～２５０ｍｍ２／ｓさらには１５～２００ｍｍ２／ｓ程度とになるように調整されると好適である。
（２）加工用潤滑剤に用いる基油は、特に限定されず、鉱油、合成油、油脂などを単独または組み合わせて使用できる。鉱油には、例えば、パラフィン系、ナフテン系等がある。合成油には、例えば、ポリ－α－オレフィン、ポリ－α－オレフィンの水素化物、イソブテンオリゴマー、イソブテンオリゴマーの水素化物、イソパラフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、ジエステル、ポリオールエステル、ポリオキシアルキレングリコール、ジアルキルジフェニルエーテル、ポリフェニルエーテル等がある。鉱油中または合成油中で、種類の異なるものを適当に混合した基油を用いてもよい。なお、基油自体も、環境負荷元素を含まないほど好ましい。つまり基油も、主部がＣおよびＨで構成され、残部がＯまたはＮのいずれかのみから構成されると好適である。
（３）本発明の加工用潤滑剤は、溶媒と高分子化合物とのみで構成されると、低コスト化を図れるので好ましい。もっとも、さらなる加工性の向上や特定機能の向上を狙って、高分子化合物以外の添加剤を任意に含んでもよい。このような添加剤には、例えば、極圧剤や耐摩耗剤等があるが、いずれにもＣｌ、Ｓ、Ｐ、Ｍｏ等の環境負荷元素を含まないものが好ましい。
《加工具》
　加工具は、基材の表面に非晶質炭素膜が成膜されてなる。
（１）基材
　加工具の基材は、加工の種類に適した材質、形状等が選択される。例えば、その材質は表面に非晶質炭素膜が形成可能である限り、炭素鋼、合金鋼、鋳鉄、アルミニウム合金などの金属製でも、アルミナ、窒化ケイ素、炭化ケイ素、超硬合金などのセラミックス製でもよい。
（２）非晶質炭素膜
　加工具の基材上に形成される非晶質炭素膜は、いわゆるダイヤモンドライクカーボン膜（以下「ＤＬＣ膜」という。）である。加工具の表面に成膜されるＤＬＣ膜の組成、成膜方法、特性（硬度、ヤング率、耐剥離性等）などは問わないが、当然ながら、加工具の用途に応じた適切な特性を備えるのが好ましい。
　ここでＤＬＣ膜の特性は、その組成や製造方法により影響を受ける。例えば、Ｃ、ＨさらにはＳｉなどの含有量、電子軌道がｓｐ２混成軌道をとるＣ原子（以下「Ｃｓｐ２」という。）と電子軌道がｓｐ３混成軌道をとるＣ原子（以下「Ｃｓｐ３」という。）の存在割合などによってＤＬＣ膜の特性が変化し得る。
　このＤＬＣ膜は、Ｓｉを含むＳｉ含有非晶質炭素膜（以下「ＤＬＣ－Ｓｉ膜」という）であると好適である。ＤＬＣ－Ｓｉ膜は硬質被膜であると共に摩擦摺動特性にも優れる。従って、加工具の表面がＤＬＣ－Ｓｉ膜で被覆されると、耐焼付性の向上、加工力の低減、加工具の高寿命化等を図れて好ましい。
　ＤＬＣ膜（以下、ＤＬＣ－Ｓｉ膜を含む。）の組成の一例を挙げると、膜全体を１００原子％としたときに、Ｈ：０～４０原子％、５～３５原子％さらには１０～３０原子％含み、残部がＣであると好適である。ＤＬＣ－Ｓｉ膜なら、さらにＳｉ：２～３０原子％さらには４～２０原子％含むと好ましい。
　Ｈは、ＤＬＣ膜の靱性を高め、基材との密着性を向上させ得る。もっとも、Ｈが過少ではその効果が乏しく、Ｈが過多になるとＤＬＣ膜が逆に軟化して加工具の寿命や摩擦摺動特性が低下し得る。ＳｉはＤＬＣ膜の硬質化や高分子化合物の吸着性を高めるシラノール（－Ｓｉ－ＯＨ）の形成に有効である。Ｓｉが過少ではその効果が乏しく、Ｓｉが過多になるとＤＬＣ膜が硬化し過ぎて逆に摩擦摺動特性が低下し得る。
　Ｃ中のＣｓｐ２とＣｓｐ３との割合は、ＤＬＣ膜中の全Ｃ原子数を１００％としたときに、Ｃｓｐ２が２０～９０％さらには６０～７５％であると好ましい。Ｃｓｐ２が存在することにより、ＤＬＣ膜の靱性が高まり、摩擦摺動特性が向上し得る。もっともＣｓｐ２が過少ではその効果が乏しく、過多になるとＤＬＣ膜は軟化して好ましくない。
　ちなみに、ＤＬＣ膜中のＣ量およびＳｉ量は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、Ｘ線光電子分光分析（ＸＰＳ）、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ）等より定量できる。またＨ量は、弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）により定量できる。ＥＲＤＡは、２ＭｅＶのヘリウムイオンビームを膜表面に照射して、膜からはじき出される水素イオンを半導体検出器により検出し、膜中の水素濃度を測定する方法である。さらにＣｓｐ２量、Ｃｓｐ３量は、固体ＮＭＲで定量性のあるマジックアングルスピニングを行う高出力デカップリング法（ＨＤ－ＭＡＳ）により定量できる。
　ＤＬＣ膜の成膜方法には、例えば、プラズマＣＶＤ法、イオンプレーティング法、スパッタリング法など、ＣＶＤ法やＰＶＤ法を用いることができる。その一例として直流プラズマＣＶＤ法を用いる場合について説明すると、先ず、加工具（基材）を配置した真空炉内へ反応ガスおよびキャリアガスを導入する。次に、その真空炉内で放電させてプラズマを生成させる。そしてプラズマイオン化されたＣ、ＣＨ、Ｓｉ等を加工具の被覆面へ付着させる。これにより、硬質なＤＬＣ膜が形成される。このとき用いる反応ガスとして、メタン（ＣＨ４）、アセチレン（Ｃ２Ｈ２）、ベンゼン（Ｃ６Ｈ６）等の炭化水素ガスがある。またＤＬＣ－Ｓｉ膜を成膜する場合であれば、さらに、Ｓｉ（ＣＨ３）４［ＴＭＳ］、ＳｉＨ４ 、ＳｉＣｌ４ 、ＳｉＨ２Ｆ４等のケイ素化合物ガスと水素ガスを用いても良い。キャリアガスにはアルゴンガスなどの不活性ガスを用いるとよい。
　ところで、非晶質炭素膜がＳｉ含有非晶質炭素膜である場合、その表面上にシラノール層が形成されることにより、上述した極性をもつ表面官能基を有する高分子化合物がＳｉ含有非晶質炭素膜の表面により強固に結合または吸着するようになる。なお、この高分子化合物は水溶性高分子化合物には限らず油溶性高分子化合物でもよい。前述した表面官能基を有する油溶性高分子化合物の場合、加工用潤滑剤中に僅かな水分を含むとシラノール層がＳｉ含有非晶質炭素膜上に生成され易くなり好適である。なお、加工用潤滑剤中の水分は、全体を１００質量％としたときに１０ｐｐｍ以上あると好ましい。
　ＤＬＣ膜（ＤＬＣ－Ｓｉ膜を含む）の膜厚は、０．１～６μｍさらには０．３～３μｍであると好適である。この膜厚が過小ではＤＬＣ膜の耐久性が低下し、膜厚が過大では基材との密着性や耐剥離性が低下する。またＤＬＣ膜の硬さは、１０ＧＰａ以上、１５ＧＰａ以上さらには２０ＧＰａ以上であると好適である。この硬さが過小ではＤＬＣ膜の耐久性が低下して好ましくない。
《加工方法》
　本発明でいう加工は、鍛造、しごき、絞り、プレス、転造、押出し、引抜き、圧延などの塑性加工が好適である。特に加工率や面積拡大率が大きい（例えば、減面率：５～１５％）しごき加工、絞り加工、鍛造等の塑性加工に本発明を用いると好ましい。この他、本発明でいう加工は切削、剪断、穴あけ等の加工でもよい。なお、加工具は加工の種類に応じたものであればよく、各種の金型（パンチ、ダイス等を含む）でも切削工具等でもよい。
　また本発明でいう加工は、冷間でも温間でも良い。ＤＬＣ膜および加工用潤滑剤があまり変質しない範囲（例えば室温～２００℃）であれば加工温度は問わない。なお、被加工材はその形態等を問わず、素材でも中間材でも最終製品でもよい。
　実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《加工用潤滑剤の調製》
（１）試料Ｎｏ．Ａ００～Ａ１１１（油系加工用潤滑剤）
　表１に示すように、基油（試料Ｎｏ．Ａ００）に種々の油溶性高分子化合物（添加剤）を添加して、アルミニウム合金を対象とした複数の加工用潤滑剤を調製した。
　基油には無添加鉱油（サンパー１１０／日本サン石油株式会社製）を用いた。この基油の動粘度は４０℃で２０．２ｍｍ２／秒であった。各試料の油溶性高分子化合物の構造（主部および官能基）および分子量（Ｍｗ）は表１に併せて示した。なお、油溶性高分子化合物の主部であるポリメタクリレートまたはオレフィンコポリマーの化学構造は図１に示した通りである。
　油溶性高分子化合物の基油に対する添加量も、加工用潤滑剤全体を１００質量％として表１に併せて示した。なお、表１中、試料Ｎｏ．Ａ００と試料Ｎｏ．Ａ０１は同じ加工用潤滑剤であり、試料Ｎｏ．Ａ６０と試料Ｎｏ．Ａ６１は同じ加工用潤滑剤である。
　油溶性高分子化合物の官能基の種類や数および分子量は次のように調整、特定した。先ず油溶性高分子化合物の分子量はゲル浸透クロマトグラフィー（ＧＰＣ）による重量平均分子量を測定した。この際の使用装置および測定条件は次の通りである。
　　装置：ＬＣ－２０ＡＤ（株式会社島津製作所製）
　　カラム：Ｓｈｏｄｅｘ　ＫＦ－８０６×２本、　ＫＦ－８０２×１本
　　　　　　またはＫ－８０６×２本　Ｋ－８０２×１本
　　測定温度：室温～４０℃
　　試料溶液：０．２質量％のＴＨＦ溶液または０．３質量％のクロロホルム
　　溶液注入量：１５０μｌ
　　検出装置：屈折率検出器
　　標準：ポリスチレン
　次に油溶性高分子化合物の官能基（カルボニル基、アミノ基、ヒドロキシル基）については赤外分光分析および核磁気共鳴（ＮＭＲ）により特定した。
　なお、試料Ｎｏ．００～Ａ１１１の加工用潤滑剤はいずれも環境負荷物質を含まない。すなわち、それら加工用潤滑剤は、実質的にＣ、Ｈ、ＯまたはＮのみからなり、環境負荷元素である金属（Ｚｎ等）、重金属（Ｍｏ等）、Ｓ、Ｐ、Ｃｌ等を含まない。
（２）試料Ｎｏ．Ｂ１１～Ｂ５１（水系加工用潤滑剤）
　表２に示すように、蒸留水に種々の水溶性高分子化合物（添加剤）を添加して、アルミニウム合金を対象とした複数の加工用潤滑剤を調製した。
　それぞれの水溶性高分子化合物の構造（主部および官能基）と分子量（Ｍｗ）は表２に併せて示した。水溶性高分子化合物の主部であるポリアクリル酸、ポリアクリル酸ナトリウムまたはポリビニルアルコールの化学構造は図２に示した通りである。
　水溶性高分子化合物の蒸留水に対する添加量も、加工用潤滑剤全体を１００質量％として、表２に併せて示した。なお、表２中、試料Ｎｏ．Ｂ２０と試料Ｎｏ．Ｂ２１は同じ加工用潤滑剤である。
　水溶性高分子化合物の官能基の種類や数および分子量も、前述した方法と同様に調整、特定した。但し、ＧＰＣによる水溶性高分子化合物の重量平均分子量の測定では、カラム：Ｓｈｏｄｅｘ Ｏ Ｈｐａｋ（ＳＢ－Ｇ＋ＳＢ－８０３ＨＱ＋ＳＢ－８０２ＨＱ）、試料溶液：０．２質量％ＮａＣｌ水溶液、溶液注入量：１００μｌとした。
　なお、試料Ｎｏ．Ｂ１１～Ｂ５１の加工用潤滑剤はいずれも環境負荷物質を含まない。すなわち、それら加工用潤滑剤は、実質的にＣ、Ｈ、ＯまたはＮａのみからなり、環境負荷元素である金属（Ｚｎ等）、重金属（Ｍｏ等）、Ｓ、Ｐ、Ｃｌ等を含まない。
（３）試料Ｎｏ．Ｃ１１～Ｃ２１および試料Ｎｏ．Ｄ１０～２０
　分子量が比較的小さい従来の潤滑油および市販されている加工用潤滑油も用意した。これらを表３に示した。なお、試料Ｎｏ．Ｃ２０と試料Ｎｏ．Ｃ２１は同じ加工用潤滑油である。また試料Ｎｏ．Ｄ１０に示した市販油は、冷間鍛造用潤滑油（製品名：ＦＷ４３９Ａ、メーカー：新日本石油株式会社） である。試料Ｎｏ．Ｄ２０に示した市販油は、冷間鍛造用潤滑油（製品名：タイタンホーマーＣＣＤ２２０、メーカー：豊田ケミカルエンジニアリング株式会社）である。
（４）試料Ｎｏ．Ｅ１０およびＥ１１
　固体潤滑被膜に関する試料も用意した。固体潤滑被膜は、金型（加工具）等に塗布された加工用潤滑剤により形成される流動性被膜（液膜）ではなく、被加工材の表面に固着した非流動性被膜である。これも表３に併せて示した。
　この固体潤滑被膜は次のようにして形成した。アルミニウム合金からなる被加工材（基材）の最表面（内周面）に、先ず、ケイフッ化法を用いてフッ化アルミニウムからなる化成処理被膜を形成する。この上に、リン酸亜鉛の金属石鹸被膜さらにステアリン酸ナトリウムの金属石鹸被膜を、加熱乾燥を行いつつ順次形成した。こうして被加工材の表面に３層構造の固体潤滑被膜が形成された。ちなみに、この固体潤滑被膜は、従来の潤滑油等で対応困難な厳しい条件下でも、アルミニウム合金を冷間鍛造等できる潤滑方法として周知である。
《加工性の評価方法》
（１）ボール通し試験
　本実施例では、しごき加工等を行う際の金型と被加工材との間の摩擦抵抗（加工力）や耐焼付性などを代替的に評価できるボール通し試験により、各加工用潤滑剤の潤滑性（加工性）を評価した。このボール通し試験に用いた試験装置１０の概要を図３に示す。試験装置１０は、コンテナ１、パンチ２、ノックアウトパンチ３およびボール５から構成される。コンテナ１は、φ３０ｍｍの貫通穴１ａが中央に設けられた鋼製（ＪＩＳ　ＳＫＨ５１）の雌型（ダイス）である。この貫通穴１ａに、しごき加工の対象となる円筒状の被加工材４が嵌挿または挿入され得る。パンチ２は、コンテナ１にセットされた被加工材４の内筒部４ａへ、雄型であるボール５を押し込む。このパンチ２が移動すると、被加工材４はボール５によってしごき加工がなされる。ノックアウトパンチ３は、そのパンチ２によって押込まれる被加工材４を下方から支持し、被加工材４を所定位置に保持する。
　ところで、パンチ２の上方には、パンチ２に付与する押込力（加工力）を計測する荷重計（図略）が設置してある。さらに、パンチ２の上方には、その移動量を計測する変位計（図略）も設置してある。こうして、ボール５を押し込んで被加工材４をしごき加工する際の加工力および変位量が、パンチ２を介して同時に計測される。
（２）被加工材（ワーク）
　被加工材４として、外径：φ２９．９ｍｍ、内径：φ１５．０ｍｍ、高さ５０ｍｍ（その内、しごき長さ３８ｍｍ）のアルミニウム合金（ＪＩＳ　Ａ６０６１）の円筒材を用意した。試験に供した被加工材には、Ａｒ雰囲気中で４１０℃×２時間加熱した焼鈍し処理を施した。
（３）ボール（加工具）
　上述のボール５として、φ１６．６７ｍｍの鋼球（高速度工具鋼：ＡＩＳＩ　Ｍ５０）を用意した。以下、これを「未処理ボール」という。この未処理ボールにＤＬＣ－Ｓｉ膜を成膜したもの（以下「ＤＬＣ－Ｓｉ膜ボール」という。）も用意した。このＤＬＣ－Ｓｉ膜の成膜は、直流プラズマＣＶＤ装置を用いて、メタン（ＣＨ４）とテトラメチルシラン（ＴＭＳ）の混合ガス（原料ガス）中でプラズマ放電をさせて行った。その際の流量比は、ＣＨ４：ＴＭＳ＝１：１００（全圧：５００Ｐａ）とした。こうして膜厚が２μｍのＤＬＣ－Ｓｉ膜を得た。このＤＬＣ－Ｓｉ膜の組成は、Ｃ：６６原子％、Ｈ：３０原子％、Ｓｉ：４原子％であった。なお、この膜中のＳｉ含有量は電子プローブ微小部分析法（ＥＰＭＡ）により定量した。またＨ含有量は弾性反跳粒子検出法（ＥＲＤＡ）により定量した。
（４）試験条件
　上述した種々の加工用潤滑剤を加工具（ボール５）に塗布してボール通し試験を行った。また固体潤滑被膜を形成した被加工材についても同様にボール通し試験を行った。この際、被加工材４の減面率は８％である。減面率：８％の加工は、通常なら焼き付きを生じる厳しい加工である。具体的には、前述した固体潤滑被膜を被加工材４の内周面に形成していないと、従来なら焼き付きを生じるほど厳しい強加工である。ちなみに減面率（Ｒ）は加工にともない被加工材４の横断面積が減少する割合であり次のようにして求まる（図３参照）。
　減面率Ｒ＝（Ｄｂ２－Ｄｉ２）×１００／（Ｄｃ２－Ｄｉ２）
　　　　　　　Ｄｂ：ボール５の外径
　　　　　　　Ｄｃ：コンテナ１の内径
　　　　　　　Ｄｉ：被加工材４の内径（加工前）
　ボール通し試験における加工用潤滑剤の供給は次のようにして行った（加工用潤滑剤を用いた全ての試験について同様である）。先ずボール５および被加工材４をアセトン５０％、ヘキサン５０％の混合液中で超音波洗浄して脱脂乾燥した。その後、被加工材４の内周面上部から加工用潤滑剤を滴下した。この被加工材４をコンテナ１内へ挿入した。次にボール５にも、その頂部からスポイトにより加工用潤滑剤を滴下した。このボール５を被加工材４の内周面上部に置いた。こうして加工面間に加工用潤滑剤を供給した。
　上記の試験に際して、ボール５の押込み長さ（しごき長さ）は３８ｍｍ、ボール５の押込み速度（試験速度）は初速２００ｍｍ／ｓとした。なお、この押込み速度は、ボール５が被加工材４を通過する際に生じる変形抵抗により終速１８０ｍｍ／ｓまで減速した（全ての試験について同様である）。
《試験》
　加工用潤滑剤または固体潤滑被膜と、ＤＬＣ－Ｓｉ膜ボールまたは未処理ボールとを組合わせた各試料について上述したボール通し試験を行うことにより得られた結果を表１～３に併せて示した。表中の「最大荷重」は、パンチ２に作用する最大ボール押込み荷重を測定したものである。いずれの場合も、加工具であるボールは途中で止まることなく通過した。但し、ボール通し試験後のボールまたは被加工材を観察したところ、焼付きが生じているものがあった。焼付きが観察されなかった場合を○（焼付き無し）、焼付きが観察された場合を×（焼付き有り）で表１～３に併せて示した。なお、試験途中で焼付きが生じても、ボールが貫通したのは、被加工材の一部がボールに付着したまません断されていたためである。
《評価》
（１）従来の加工用潤滑剤等
　先ず、表３の試料Ｎｏ．Ｃ１１～Ｄ２０に示すように、従来の加工用潤滑剤を用いた場合、いずれもボール押込み時の最大荷重が５０ｋＮ以上となって焼付きが生じた。これは加工具（ボール５）の表面が未処理の場合は勿論、その表面にＤＬＣ－Ｓｉ膜がある場合でも同様であった。
　一方、表３の試料Ｎｏ．Ｅ１０および試料Ｎｏ．Ｅ１１に示すように、被加工材の表面に固体潤滑被膜を形成した場合、いずれも最大荷重が４０ｋＮ程度で焼付きが生じなかった。これは、加工具（ボール５）の表面にＤＬＣ－Ｓｉ膜がある場合は勿論、その表面が未処理の場合でも同様であった。この理由は、固体潤滑被膜が被加工材の表面に強固に結合していると共に延性を有し、従来の加工用潤滑剤（液体）からなる潤滑層と異なり潤滑膜切れを生じ難く、被加工材と加工具の固体接触が有効に抑止されたためと考えられる。
　このようにアルミニウム合金を冷間で強加工する場合、従来の加工用潤滑剤では焼付きを生じることがわかる。これは、加工具の表面に耐焼付きや摩擦低減等に効果があるＤＬＣ－Ｓｉ膜を形成した場合でも、また加工用潤滑剤がその加工具の表面に吸着し易い官能基を有する場合でも同様であった。従ってこれまでは、被加工材の表面に固体潤滑被膜を形成して、アルミニウム合金を強加工するしかなかったことがわかる。
（２）油系加工用潤滑剤の場合
　次に、表１に示す結果から、分子量の大きな油溶性高分子化合物を基油に添加した加工用潤滑剤を用いた場合、ボール押込み時の最大荷重を、上記の固体潤滑被膜の場合よりもさらに低くでき、焼付きの発生を回避し得ることが明らかとなった（試料Ｎｏ．Ａ４１、試料Ｎｏ．Ａ５１、Ａ６１およびＡ８１～Ａ１０１）。
　これらはいずれも、加工具の表面に非晶質炭素膜（ＤＬＣ－Ｓｉ膜）が形成されている場合であって、加工用潤滑剤が表面官能基を有する分子量３万以上の油溶性高分子化合物を８質量％以上含む場合であった。特に、油溶性高分子化合物の表面官能基がカルボニル基である場合、その分子量が６万以上さらには１０万以上のときに、最大荷重が著しく低減して焼付きが発生しなかった。また油溶性高分子化合物の表面官能基がカルボニル基およびアミノ基である場合、その分子量が３万以上さらには５万以上のときに、最大荷重が著しく低減して焼付きが発生しなかった。
　試料Ｎｏ．Ａ１１～Ａ６２と試料Ｎｏ．Ａ７１～Ａ１０１とを比較すると、分子量が同じ程度なら、カルボニル基に加えてアミノ基を有する油溶性高分子化合物を用いた方が最大荷重をより低減し得る。試料Ａ８１に用いた高分子の熱分解ＧＣ／ＭＳによるパイログラム（分解温度：５５０℃）を図４に示す。２種のカルボニル基（図中Ｉ，IV）と２種のアミノ基（図中II，III）が認められたことから、高分子中の吸着点が多数存在していることがわかる。２種のアミノ基の中でIIIタイプ型のアミノ基が多く存在していることが、境界膜を強固にしている要因と考えられる。これは、カルボニル基単体またはアミノ基単体よりも、両者が併存することにより、油溶性高分子化合物の加工具（特にＤＬＣ－Ｓｉ膜）への吸着性が向上したためと考えられる。従ってアルミ基がない場合には、吸着点が減少して潤滑性能が低下し得る。
（３）水系加工用潤滑剤の場合
　さらに、表２に示す結果から、分子量の大きな水溶性高分子化合物を蒸留水に添加した加工用潤滑剤を用いた場合も、ボール押込み時の最大荷重を上記の固体潤滑被膜の場合よりもさらに低くでき、焼付きの発生を回避し得ることが明らかとなった（試料Ｎｏ．Ｂ１１およびＢ２１～Ｂ５１）。これらの場合も同様に、加工具の表面に非晶質炭素膜（ＤＬＣ－Ｓｉ膜）が形成されており、加工用潤滑剤がカルボキシル基またはヒドロキシル基を有する分子量８０００以上さらには１万以上の水溶性高分子化合物を８質量％以上含む場合であった。
（４）試料Ｎｏ．Ａ６０と試料Ｎｏ．Ａ６１または試料Ｎｏ．Ｂ２０と試料Ｎｏ．Ｂ２１を比較するとわかるように、同じ加工用潤滑剤を用いて加工をする場合でも、加工具の表面にＤＬＣ－Ｓｉ膜が存在するか否かにより、焼付きの発生や最大荷重が大きく変化した。これは次のように考えられる。ＤＬＣ－Ｓｉ膜が加工具の表面に存在すると、ＤＬＣ－Ｓｉ膜と高分子化合物の表面官能基との間に強力な結合力が生じ、高分子化合物がＤＬＣ－Ｓｉ膜上に強固に吸着して、加工中も膜切れしない安定した潤滑膜が加工面間に形成される。そして、仮に潤滑膜が局所的に途切れるようなことがあっても、耐焼付性等に優れるＤＬＣ－Ｓｉ膜がバックアップしたと考えられる。
　また試料Ｎｏ．Ｂ１１と試料Ｎｏ．Ｂ５１とを比較するとわかるように、高分子化合物の分子量を大きくすると、その添加量を減少させても最大荷重を低減し得る。逆にいえば、分子量が相対的に小さい高分子化合物でも添加量を増加させると最大荷重を低減して焼付きの発生を回避できる。ただし両者の比較から、最大荷重の低減や焼付きの回避を効率的に図るには、高分子化合物の分子量の増加が特に有効であると考えられる。
（５）試料Ｎｏ．Ａ０１と試料Ｎｏ．Ａ８１に係る加工用潤滑剤と、表面被膜をＤＬＣ－Ｓｉ膜からＤＬＣ膜に変えた加工具（ボール５）とを用いて、同様にボール通し試験を行い、加工性の評価を行った。この結果を表４に示した。なお、表４では、試料Ｎｏ．Ａ０１および試料Ｎｏ．Ａ８１に対応させて、それぞれ試料Ｎｏ．Ａ０２および試料Ｎｏ．Ａ８２とした。また、上記のＤＬＣ膜は、市販のＤＬＣ被覆処理（日本アイ・ティ・エフ株式会社、ジアスコートＨＴ）により形成された水素含有ＤＬＣ膜（Ｈ量：２６％）である。
　試料Ｎｏ．Ａ０２と試料Ｎｏ．Ａ８２の最大荷重は、８０ｋＮと２９ｋＮであった。これらはそれぞれ、試料Ｎｏ．Ａ０１と試料Ｎｏ．Ａ８１の最大荷重とほぼ同様であった。このことから、加工具の表面がＤＬＣ－Ｓｉ膜からＤＬＣ膜に変更されても、ほぼ同様な潤滑性能が得られることが確認された。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　１　　コンテナ１
　２　　パンチ２
　３　　ノックアウトパンチ
　４　　被加工材
　５　　ボール

Claims (10)

  1. 　非晶質炭素膜で被覆された加工具の被覆面とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり該被覆面に接触して加工される被加工材の被加工面との間に介在する加工用潤滑剤であって、
    　カルボニル基、アミノ基、カルボキシル基またはヒドロキシル基の少なくとも一つ以上からなる表面官能基を有し分子量が８０００～１００万である高分子化合物を、全体を１００質量％としたときに８～５０質量％含むことを特徴とする加工用潤滑剤。
  2. 　塩素（Ｃｌ）、リン（Ｐ）または硫黄（Ｓ）の一種以上を有する環境負荷物質を、含まない請求項１に記載の加工用潤滑剤。
  3. 　炭素（Ｃ）、水素（Ｈ）、酸素（Ｏ）または窒素（Ｎ）の一種以上のみからなる請求項１または２に記載の加工用潤滑剤。
  4. 　前記非晶質炭素膜は、ケイ素（Ｓｉ）を含み残部がＣおよびＨからなるＳｉ含有非晶質炭素膜である請求項１に記載の加工用潤滑剤。
  5. 　前記高分子化合物は、カルボキシル基および／またはヒドロキシル基を有する水溶性高分子化合物であり、
    　分子量が８０００～１００万である請求項１または４に記載の加工用潤滑剤。
  6. 　前記高分子化合物は、カルボニル基を有する油溶性高分子化合物であり、
    　分子量が６万～１００万である請求項１または４に記載の加工用潤滑剤。
  7. 　前記高分子化合物は、カルボニル基およびアミノ基を有する油溶性高分子化合物であり、
    　分子量が３万～１００万である請求項１または４に記載の加工用潤滑剤。
  8. 　請求項１～７のいずれかに記載の加工用潤滑剤に用いられる高分子化合物からなることを特徴とする加工用添加剤。
  9. 　請求項１～７のいずれかに記載の加工用潤滑剤を、非晶質炭素膜で被覆された加工具の被覆面とアルミニウムまたはアルミニウム合金からなり該被覆面に接触して加工される被加工材の被加工面との間に介在させて、該加工具により該被加工材を加工することを特徴とする加工方法。
  10. 　前記加工は、冷間塑性加工である請求項９に記載の加工方法。
PCT/JP2012/054257 2011-02-24 2012-02-22 加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法 Ceased WO2012115142A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013501090A JP5776765B2 (ja) 2011-02-24 2012-02-22 加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法
CN201280010350.5A CN103391990B (zh) 2011-02-24 2012-02-22 加工用润滑剂、加工用添加剂及加工方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011038664 2011-02-24
JP2011-038664 2011-02-24

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012115142A1 true WO2012115142A1 (ja) 2012-08-30

Family

ID=46720918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/054257 Ceased WO2012115142A1 (ja) 2011-02-24 2012-02-22 加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP5776765B2 (ja)
CN (1) CN103391990B (ja)
WO (1) WO2012115142A1 (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016065175A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 Northwestern University Lubricant additives, lubricant compositions, and applications of same
JP2018192487A (ja) * 2017-05-15 2018-12-06 日産自動車株式会社 摺動機構
CN111088105A (zh) * 2019-11-12 2020-05-01 常州海纳金属助剂有限公司 一种提高润滑性的全合成金属加工液配方及制备方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105001949B (zh) * 2015-06-05 2018-04-24 上海贝能环保科技有限公司 一种生物降解环保准干切削液及其制备方法
CN106635303A (zh) * 2016-09-21 2017-05-10 广西大学 一种625合金管材冷挤压润滑剂组合物

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1036872A (ja) * 1996-07-19 1998-02-10 Nippon Oil Co Ltd 圧延油組成物
JPH1150083A (ja) * 1997-07-30 1999-02-23 Sugimura Kagaku Kogyo Kk 金属塑性加工用潤滑剤
JP2004359813A (ja) * 2003-06-04 2004-12-24 Honda Motor Co Ltd 水溶性潤滑皮膜剤及び成形加工方法
JP2004358495A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Nissan Motor Co Ltd 冷間引抜き加工用治具及びこれに用いる潤滑油組成物
JP2007136511A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 冷間加工方法
JP2010095792A (ja) * 2008-09-19 2010-04-30 Toyota Central R&D Labs Inc 非晶質炭素被覆部材および金属材料の加工方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5436751B2 (ja) * 2006-10-13 2014-03-05 株式会社Ｕａｃｊ 金属管の拡管方法、それに用いる拡管冶具、及びそれに用いる潤滑油
WO2010113678A1 (ja) * 2009-03-31 2010-10-07 出光興産株式会社 脆性材料用加工液及び硬質材料用加工液
JP5482691B2 (ja) * 2010-03-19 2014-05-07 株式会社豊田中央研究所 加工油、加工油用添加剤および加工方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1036872A (ja) * 1996-07-19 1998-02-10 Nippon Oil Co Ltd 圧延油組成物
JPH1150083A (ja) * 1997-07-30 1999-02-23 Sugimura Kagaku Kogyo Kk 金属塑性加工用潤滑剤
JP2004358495A (ja) * 2003-06-03 2004-12-24 Nissan Motor Co Ltd 冷間引抜き加工用治具及びこれに用いる潤滑油組成物
JP2004359813A (ja) * 2003-06-04 2004-12-24 Honda Motor Co Ltd 水溶性潤滑皮膜剤及び成形加工方法
JP2007136511A (ja) * 2005-11-18 2007-06-07 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 冷間加工方法
JP2010095792A (ja) * 2008-09-19 2010-04-30 Toyota Central R&D Labs Inc 非晶質炭素被覆部材および金属材料の加工方法

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016065175A1 (en) * 2014-10-23 2016-04-28 Northwestern University Lubricant additives, lubricant compositions, and applications of same
US10414997B2 (en) 2014-10-23 2019-09-17 Northwestern University Lubricant additives, lubricant compositions, and applications of same
JP2018192487A (ja) * 2017-05-15 2018-12-06 日産自動車株式会社 摺動機構
JP7033399B2 (ja) 2017-05-15 2022-03-10 日産自動車株式会社 摺動機構
CN111088105A (zh) * 2019-11-12 2020-05-01 常州海纳金属助剂有限公司 一种提高润滑性的全合成金属加工液配方及制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP5776765B2 (ja) 2015-09-09
JPWO2012115142A1 (ja) 2014-07-07
CN103391990B (zh) 2016-02-17
CN103391990A (zh) 2013-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5776765B2 (ja) 加工用潤滑剤、加工用添加剤および加工方法
Kataoka et al. Tribology of dry deep-drawing of various metal sheets with use of ceramics tools
CN1260310C (zh) 保护涂膜处理剂,具有保护涂膜的金属材料和保护涂膜的形成方法
EP2077318B1 (en) Grease composition
US20070292711A1 (en) Low Friction Sliding Mechanism
EP2670879A1 (en) Hot metal sheet forming or stamping tools with cr-si-n coatings
JP7702864B2 (ja) 潤滑油剤組成物及び潤滑油剤用添加剤
JP4784092B2 (ja) 潤滑グリース組成物
Konishi et al. Wear characteristics of aluminum-silicon alloy under lubricated sliding conditions
JP5482691B2 (ja) 加工油、加工油用添加剤および加工方法
Matsumoto et al. Lubrication and friction of magnesium alloys in warm forging
JP4054539B2 (ja) 傾斜型２層潤滑皮膜を有する塑性加工用金属材料の製造方法
JP5703951B2 (ja) 加工油剤およびそれを用いた冷間塑性加工方法
WO2023191002A1 (ja) グリース組成物
WO2005095563A1 (ja) 塑性加工用潤滑剤組成物
Murakawa et al. Tribological behavior of amorphous hard carbon films against zinc-plated steel sheets
CN113039026B (zh) 冲压加工用模具及冲压加工方法
CN118879388A (zh) 一种不锈钢专用切削液及其制备方法
JP3744392B2 (ja) 金属線材およびその製造方法
JP2010095792A (ja) 非晶質炭素被覆部材および金属材料の加工方法
JP3975358B2 (ja) シールリング及びシール装置
JP3753324B2 (ja) 冷間引抜き加工用治具及びこれに用いる潤滑油組成物
CN104450078A (zh) 一种碳钢温锻造润滑剂组合物
CN114874827B (zh) 一种回转支承轴承润滑脂及其制备方法
JP2004052072A (ja) 強加工用の潤滑処理鋼帯

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 201280010350.5

Country of ref document: CN

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12750174

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013501090

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12750174

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1