WO2015118602A1

WO2015118602A1 - 金属塑性加工用潤滑皮膜剤及び金属塑性加工用金属材料

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Publication number: WO2015118602A1
Application number: PCT/JP2014/052492
Authority: WO
Inventors: 俊彦塚本
Original assignee: 株式会社シダーブライト
Priority date: 2014-02-04
Filing date: 2014-02-04
Publication date: 2015-08-13
Also published as: JP6255424B2; JPWO2015118602A1

Abstract

【課題】潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する潤滑皮膜を形成でき、環境への負荷を低減した金属塑性加工用潤滑皮膜剤の提供。当該金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料の提供。【解決手段】下記（Ａ）成分、（Ｂ１）成分、（Ｂ２）成分、及び（Ｃ）成分を含有する金属塑性加工用潤滑皮膜剤。（Ａ）滑剤から選ばれる１種又は２種以上。（Ｂ１）リン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）から選ばれる１種又は２種以上。（Ｂ２）無機化合物リチウム塩から選ばれる１種又は２種以上。（Ｃ）水。

Description

金属塑性加工用潤滑皮膜剤及び金属塑性加工用金属材料

　本願が開示する発明は、金属塑性加工用潤滑皮膜剤及び金属塑性加工用金属材料に関する。詳しくは、潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する潤滑皮膜を形成できる金属塑性加工用潤滑皮膜剤、並びに、当該金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料に関する。

　金属材料の塑性加工において、金属材料の表面に形成させる潤滑皮膜は、大別して反応型潤滑皮膜と塗布型潤滑皮膜が存在する。

　前記反応型潤滑皮膜については、一般に、化学反応により金属材料の表面に化成処理皮膜を生成させた後に潤滑剤を付与して潤滑皮膜を得る。反応型潤滑皮膜の形成には、リン酸亜鉛のようなリン酸塩やシュウ酸塩が使用されることが多い。反応型潤滑皮膜は潤滑性に優れるが、一方で反応型潤滑皮膜の形成には複雑な処理液管理や多くの工程を必要とし、膜厚の制御が難しく、更に薄膜化が困難である。また、反応型潤滑皮膜の形成には多くの工程が必要で、多量の廃水及び廃棄物の発生、エネルギー使用量の増大等による環境負荷が大きいという問題もある。

　前記塗布型潤滑皮膜については、金属材料表面に金属塑性加工用潤滑皮膜剤を塗布等により接触させ乾燥することで潤滑皮膜を得る。潤滑皮膜の形成工程が簡便であり、環境負荷を抑制できる。また、金属塑性加工用潤滑皮膜剤を１剤式にすることができるという利点がある。更に、薄膜化が容易であるという利点がある。一方で、塑性加工後の切削工程を除いている精密鍛造加工では、塗布型潤滑皮膜が十分な性能を発揮しないという問題があった。また、加工後の金型内に金属材料から欠落した皮膜残渣が堆積して、成形不良が発生する、機械稼働ができなくなる等の問題があった。

　塗布型潤滑皮膜として、下記特許文献１及び特許文献２に記載のもの等が知られている。下記特許文献１は、水溶性無機塩と、スメクタイト系粘土鉱物とを含有し、これらの質量比が一定の範囲内にある塗布型潤滑皮膜形成用の水性組成物を開示する。下記特許文献２は、水溶性無機塩と、Ｎε－モノアシル塩基性アミノ酸塩類とを含有し、これらの質量比が一定の範囲内にある塗布型潤滑皮膜形成用の水性組成物を開示する。

　なお、下記非特許文献１は様々な潤滑皮膜の試験方法をレビューしている。下記非特許文献１では、試験方法の一つとして、スパイク高さと成形荷重との関係を確認するスパイク試験が紹介されている。非特許文献１Ｆｉｇ．９（ａ）には一般的なスパイク試験のイラストが記載されている。Ｆｉｇ．９（ａ）左側は加工前の状態（テストピースがセットされた状態）を図示しており、Ｆｉｇ．９（ａ）右側は加工後の状態を図示している。

国際公開　ＷＯ２００２／０１４４５８号公報国際公開　ＷＯ２０１１／０４０２６１号公報

電気製鋼　第７８巻３号　２００７年７月　第２４９頁～第２５８頁、「最近の鍛造用皮膜・潤滑剤の評価方法について」

　上記特許文献２に開示されているように、近年、切削工程を必要とせず複雑形状部品を完成品に鍛造加工する精密鍛造加工を目指す流れが進んでいる。

　精密鍛造加工では反応型潤滑皮膜が採用されることが多いが、上述の通り環境負荷の問題があり、また、処理が複雑でコスト高となる問題もあった。

　そこで、精密鍛造加工において塗布型潤滑皮膜の採用が検討されているものの、従来知られている塗布型潤滑皮膜はその性能が十分ではなかった。

　「スパイク高さと最大押込み荷重との関係を確認するスパイク試験（以下、単にスパイク試験とも称する。）ではリン酸塩を使用する反応型潤滑皮膜と同等程度の良好な結果が得られるものの、実際の塑性加工現場では（ａ）金属材料の塑性変形が不十分になる、及び／又は、（ｂ）皮膜の追随性が低いために金型と金属材料との直接接触によるかじりや焼き付きが発生する」という不具合が、従来知られている塗布型潤滑皮膜では起こっていた。

　以上のような背景から、反応型潤滑皮膜から１剤式にできる塗布型潤滑皮膜への転換が進んでいなかった。よって、塗布型潤滑皮膜の利点を生かし、その上で反応型潤滑皮膜と同等程度の性能を備えた塗布型潤滑皮膜の実現が要望されていた。

　しかし、同等程度の性能といっても、それを実現するための要素は無数に存在すると考えられる。本願発明者は、リン酸塩を使用する反応型潤滑皮膜と従来の塗布型潤滑皮膜のスパイク試験での挙動の違いを注意深く調べたところ、潤滑皮膜の追随性において著しい差があることを見出した。従来の塗布型潤滑皮膜の多くは、潤滑性は良好な結果が得られるが潤滑皮膜の追随性は不十分となった（即ち、試験後のテストピースにおける新生面へ潤滑皮膜が追随しにくかった）。結果として良好な潤滑性及び良好な潤滑皮膜の追随性を両立する塗布型潤滑皮膜は見当たらなかった。

　また、上記特許文献１ではスパイク高さと最大押込み荷重との関係に着目したスパイク試験が行われていない。一方、上記特許文献２ではスパイク試験における潤滑皮膜の追随性が確認されていない。以上より、スパイク試験で確認される、潤滑性と潤滑皮膜の追随性との関連性は、従来は重視されていなかったと考えられる。

　本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、（Ａ）滑剤から選ばれる１種又は２種以上、（Ｂ１）リン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）から選ばれる１種又は２種以上、（Ｂ２）無機化合物リチウム塩から選ばれる１種又は２種以上、及び（Ｃ）水を併用することで、リン酸塩を使用する反応型潤滑皮膜と同等程度又はそれを超える性能を有する塗布型潤滑皮膜を形成できることをスパイク試験において見出した。

　よって、潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する潤滑皮膜を形成でき、環境への負荷を低減した金属塑性加工用潤滑皮膜剤を提供することを、本願が解決すべき課題とする。また、当該金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料を提供することを、本願が解決すべき課題とする。

　（Ｂ１）成分と（Ｂ２）成分とはイオン交換反応が可能であると考えられ、これが優れた潤滑性及び高皮膜追随性の発揮に重要であると本願発明者は推測している。

　なお、上述のとおり、本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する潤滑皮膜を形成できる。よって、従来知られている塗布型潤滑皮膜より膜厚を薄くしても、良好に金属材料を加工できる。即ち、合理的に潤滑皮膜を薄くでき、これにより加工後の金型内の皮膜残渣を低減できる。

　（第１発明）
　上記課題を解決するための本願第１発明は、
　下記（Ａ）成分、（Ｂ１）成分、（Ｂ２）成分、及び（Ｃ）成分を含有する金属塑性加工用潤滑皮膜剤である。
（Ａ）滑剤から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｂ１）リン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｂ２）無機化合物リチウム塩から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｃ）水。

　本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤は水を必須成分として含有する。よって、本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤はいわゆる水系である。また、塗布型潤滑皮膜を形成するために使用される。

　（第２発明）
　上記課題を解決するための本願第２発明は、
　前記金属塑性加工用潤滑皮膜剤が、更に下記（Ｄ）成分を含有する第１発明に記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤である。
（Ｄ）水溶性樹脂及び水分散性樹脂から選ばれる１種又は２種以上。

　（第３発明）
　上記課題を解決するための本願第３発明は、
　前記金属塑性加工用潤滑皮膜剤が、更に下記（Ｅ）成分を含有する第１発明又は第２発明に記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤である。
（Ｅ）シランカップリング剤から選ばれる１種又は２種以上。

　（第４発明）
　上記課題を解決するための本願第４発明は、
　前記（Ａ）成分が、ワックス、金属石鹸、脂肪酸アマイド、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、及び黒鉛から選ばれる１種又は２種以上である第１発明～第３発明のいずれかに記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤である。

　（第５発明）
　上記課題を解決するための本願第５発明は、
　前記（Ｂ１）成分が、リン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ペンタポリリン酸、及びヘキサメタリン酸のアルカリ金属塩から選ばれる１種又は２種以上である第１発明～第４発明のいずれかに記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤である。

　（第６発明）
　上記課題を解決するための本願第６発明は、
　前記（Ｂ２）成分が、塩化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、及び水酸化リチウムから選ばれる１種又は２種以上である第１発明～第５発明のいずれかに記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤である。

　（第７発明）
　上記課題を解決するための本願第７発明は、
　第１発明～第６発明のいずれかに記載した金属塑性加工用潤滑皮膜剤を金属材料の表面に接触させ、次いで乾燥して当該金属材料の表面に潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料である。

　本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する潤滑皮膜を形成できる。よって、金属材料の表面に形成させる潤滑皮膜を合理的に薄くでき、これにより加工後の金型内の皮膜残渣を低減できる。更に、いわゆる塗布型潤滑皮膜剤であることから、潤滑皮膜の形成工程が簡便であり、環境負荷を抑制できる。

　本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、リン酸塩やシュウ酸塩等を使用する反応型潤滑皮膜と同等程度又はそれを超える加工性を有する潤滑皮膜を形成可能と考えられる。

　本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤を表面にコーティングさせた金属塑性加工用金属材料は、精密鍛造加工、引抜加工、伸線加工、プレス加工等の塑性加工に好適である。

　以下、本願が開示する発明の実施形態をその最良の形態も含めて説明する。

　本願は、下記（Ａ）成分、（Ｂ１）成分、（Ｂ２）成分、及び（Ｃ）成分を含有する金属塑性加工用潤滑皮膜剤を開示する。
（Ａ）滑剤から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｂ１）リン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｂ２）無機化合物リチウム塩から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｃ）水。

　当該金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、そのまま金属材料に接触させてもよいし、更に水で希釈してから金属材料に接触させてもよい。一般的には、濃縮状態の金属塑性加工用潤滑皮膜剤で保存・流通させ、接触前に水で希釈し、その後金属材料表面に接触させることが多い。

　以下の各成分の説明において、金属材料表面への接触時は「使用時」として説明する。

　〔（Ａ）成分〕
　（Ａ）成分は、滑剤から選ばれる１種又は２種以上である。

　当該滑剤は、金属塑性加工分野で使用可能のものであれば特に限定されない。滑剤の具体例として、例えば、ワックス、金属石鹸、脂肪酸アマイド、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、二硫化モリブデン、黒鉛、メラミンシアヌール酸（ＭＣＡ）、窒化ホウ素、雲母、植物油、鉱物油、合成油等がある。

　好ましくは、ワックス、金属石鹸、脂肪酸アマイド、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、及び黒鉛から選ばれる１種又は２種以上である。

　上記ワックスとして、例えば、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス等の合成ワックス、カルナバワックス等の植物系ワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス等の鉱物系ワックス、ミツロウ、シェラックワックス等の動物系ワックス等がある。上記ワックスとして、潤滑性の観点から好ましくは、合成ワックス、鉱物系ワックスであり、より好ましくは、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、モンタンワックスである。

　上記金属石鹸として、例えば、脂肪酸のナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、カルシウム塩、リチウム塩等がある。好ましくは、脂肪酸のナトリウム塩である。上記脂肪酸として、例えば、ステアリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、モンタン酸等がある。

　上記脂肪酸アマイドとして、例えばラウリン酸アマイド、パルミチン酸アマイド、ステアリン酸アマイド、ベヘン酸アマイド、ヒドロキシステアリン酸アマイド、オレイン酸アマイド、エルカ酸アマイド、Ｎ－オレイルパルミチン酸アマイド、Ｎ－ステアリルステアリン酸アマイド、Ｎ－ステアリルオレイン酸アマイド、Ｎ－オレイルステアリン酸アマイド、Ｎ－ステアリルエルカ酸アマイド、メチロールステアリン酸アマイド、メチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスステアリン酸アマイド、エチレンビスオレイン酸アマイド、エチレンビスエルカ酸アマイド、Ｎ，Ｎ’－システアリルイソフタル酸アマイド、ステアロアマイドエチルステアレート等がある。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における（Ａ）成分の含有量は特に限定されない。あえて例を挙げると、０．２～４０質量％として良く、１～３０質量％として良く、１～１５質量％としてよい。

　また、（Ａ）成分の使用時の含有量は金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。あえて例を挙げると、０．５～３０質量％としてよく、１～１５質量％としてよい。

　〔（Ｂ１）成分〕
　（Ｂ１）成分は、リン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）から選ばれる１種又は２種以上である。

　本願において、当該「リン酸」はリン酸及び縮合リン酸である。リン酸として、皮膜追随性の観点から好ましくは、リン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ペンタポリリン酸、ヘキサメタリン酸であり、より好ましくはピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ペンタポリリン酸、ヘキサメタリン酸である。優れた皮膜追随性を確保しつつより優れた潤滑性を得る観点から、更に好ましくはトリポリリン酸、テトラポリリン酸、ペンタポリリン酸、ヘキサメタリン酸である。

　上記リン酸と塩を形成するアルカリ金属として、皮膜追随性の観点から好ましくは、ナトリウムイオン、カリウムイオンであり、より好ましくはナトリウムイオンである。

　なお（Ｂ１）成分において、上記リン酸における全てのマイナス電荷部位がアルカリ金属と塩を形成しているものを使用してもよいし（例えば、ピロリン酸ナトリウム：Ｎａ_４Ｐ_２Ｏ_７等）、マイナス電荷部位の一部がアルカリ金属と塩を形成しているもの（例えば、酸性ピロリン酸二水素ナトリウム：Ｎａ_２Ｈ_２Ｐ_２Ｏ_７等）を使用してもよい。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における（Ｂ１）成分の含有量は特に限定されない。あえて例を挙げると、０．３～１５質量％として良く、１～１０質量％としてよい。

　また、（Ｂ１）成分の使用時の含有量は金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。あえて例を挙げると、０．２～１２質量％としてよく、０．５～１０質量％としてよい。

　〔（Ｂ２）成分〕
　（Ｂ２）成分は、無機化合物リチウム塩から選ばれる１種又は２種以上である。

　（Ｂ２）成分の具体例として、例えば、塩化リチウム、硝酸リチウム、亜硝酸リチウム、硫酸リチウム、水酸化リチウム、臭化リチウム、モリブデン酸リチウム、珪酸リチウム、フッ化リチウム、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウム、チタン酸リチウム等がある。潤滑性及び皮膜追随性をバランスよく向上する観点から、塩化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム、水酸化リチウムが好ましく、硝酸リチウム、硫酸リチウム、水酸化リチウムがより好ましく、硫酸リチウム、水酸化リチウムが更に好ましく、硫酸リチウムが特に好ましい。

　なお、（Ｂ２）成分を含有することにより、形成した潤滑皮膜の吸湿を抑制できる。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における（Ｂ２）成分の含有量は特に限定されない。あえて例を挙げると、０．３～１５質量％として良く、１～１０質量％としてよい。

　また、（Ｂ２）成分の使用時の含有量は金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。あえて例を挙げると、０．２～１２質量％としてよく、０．５～１０質量％としてよい。

　〔（Ｂ１）成分と（Ｂ２）成分の相互作用の推測〕
　本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤の効果が発揮される化学的な要因は必ずしも明らかではない。しかし、（Ｂ１）成分と（Ｂ２）成分とはイオン交換反応が可能であると考えられ、これが優れた潤滑性及び高皮膜追随性の発揮に重要であると本願発明者は推測している。

　金属塑性加工時に摺動面に加わる鍛造圧力及び塑性変形熱により上記イオン交換反応が機能することで、潤滑性の向上が発揮されるとともに、潤滑皮膜の追随性が高まると本願発明者は考えている。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分の両者を含有することが重要である。

　〔（Ａ）成分と、（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分の合計との含有比〕
　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における、（Ａ）成分と、（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分の合計との質量基準の含有比は特に限定されないが、〔（Ａ）成分／（Ｂ１＋Ｂ２）成分〕＝０．０１～１０が好ましい。優れた潤滑性及び皮膜追随性を得る観点から、当該比率は０．０６～３が好ましく、０．２～２．５がより好ましく、０．５～２．５が更に好ましい。使用時においても、当該比率の好ましい範囲は同様である。

　本願発明者の知見によれば、（Ａ）成分、（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分の合計の両者の質量基準の含有比を好ましい範囲内とすることで、より優れた潤滑性及び皮膜追随性が実現する。

　〔（Ｃ）成分〕
　（Ｃ）成分は水である。水として、例えば、水道水、蒸留水、イオン交換水、純水、工業用水等を適宜使用可能である。金属塑性加工用潤滑皮膜剤はいわゆる水系である。金属材料の表面に良好な均一性を有する潤滑皮膜を形成するために、水は必要である。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における（Ｃ）成分の含有量は特に限定されない。あえて例を挙げると、５０質量％以上として良く、５０～９８質量％としてよい。（Ｃ）成分の含有量を、他の成分の含有量との関係で比較的少なく抑えると、流通段階の容積を小さくできて有利である。

　（Ｃ）成分の使用時の含有量は金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。あえて例を挙げると、７０質量％以上としてよく、８０～９５質量％としてよい。

　〔（Ｄ）成分〕
　（Ｄ）成分は、水溶性樹脂及び水分散性樹脂から選ばれる１種又は２種以上である。当該「水分散性」とは、水中に良好に分散できることの他、エマルジョン、コロイド状となれることを含む概念である。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、上記（Ａ）成分～（Ｃ）成分に加え、更に（Ｄ）成分を含有することが好ましい。形成した潤滑皮膜の潤滑性がより優れる。また、潤滑皮膜の吸湿を抑制できる。

　上記水溶性樹脂及び水分散性樹脂は、金属塑性加工分野で使用可能のものであれば特に限定されない。水溶性樹脂及び水分散性樹脂の具体例として、例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、イソブチレン－無水マレイン酸共重合体に代表されるα－オレフィンとカルボキシル基を有するエチレン性単量体からなる共重合体等がある。水溶性樹脂及び水分散性樹脂として、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、α－オレフィンとカルボキシル基を有するエチレン性単量体からなる共重合体が好ましく、アクリル樹脂、ウレタン樹脂がより好ましく、アクリル樹脂が更に好ましい。水溶性樹脂及び水分散性樹脂の選択においては、例えば、特開２０００－６３８８０号公報等を参照することもできる。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における（Ｄ）成分の含有量は特に限定されない。あえて例を挙げると、０．１～１０質量％として良く、０．２～５質量％としてよい。

　また、（Ｄ）成分の使用時の含有量は金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。あえて例を挙げると、０．０５～１０質量％としてよく、０．１～５質量％としてよい。

　〔（Ｅ）成分〕
　（Ｅ）成分は、シランカップリング剤から選ばれる１種又は２種以上である。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、上記（Ａ）成分～（Ｃ）成分に加え、更に（Ｅ）成分を含有することが好ましい。形成した潤滑皮膜の潤滑性がより優れる。また、金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、上記（Ａ）成分～（Ｄ）成分に加え、更に（Ｅ）成分を含有することも好ましい。形成した潤滑皮膜について、更に優れた潤滑性を得ることができる。

　上記シランカップリング剤は、金属塑性加工分野で使用可能のものであれば特に限定されない。シランカップリング剤の具体例として、例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、２－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、ｐ－スリチルトリメトキシシラン、３－メタクリロキシプロピルトリエトキシシラン、３－アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルトリエトキシシラン、３－アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－フェニル－３－アミノプロピルトリメトキシシラン、３－ウレイドプロピルトリエトキシシラン、３－メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン等がある。シランカップリング剤として、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルメチルジメトキシシラン、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ－フェニル－３－アミノプロピルトリメトキシシランが好ましく、Ｎ－２－（アミノエチル）－３－アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－フェニル－３－アミノプロピルトリメトキシシランがより好ましい。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤における（Ｅ）成分の含有量は特に限定されない。あえて例を挙げると、０．１～５質量％として良く、０．５～３質量％としてよい。

　また、（Ｅ）成分の使用時の含有量は金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。あえて例を挙げると、０．０３～５質量％としてよく、０．０５～１質量％としてよい。

　〔その他の任意成分〕
　金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、上記（Ａ）成分～（Ｅ）成分の他に、任意の成分を適宜含有してよい。当該任意成分として、例えば、上記（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分に該当しない無機塩、セルロース等の多糖類、カルボキシメチルセルロース等の多糖類誘導体、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリエチレングリコール－ポリプロピレングリコールコポリマー、ソルビン酸塩等の防腐剤、染料、顔料、香料、界面活性剤、消泡剤、ｐＨ調整剤、防錆剤、極圧添加剤、レベリング剤等がある。

　〔製造方法、使用方法等〕
　金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、周知の方法により製造可能である。金属塑性加工用潤滑皮膜剤の剤型は特に限定されない。金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、通常、２５℃で液状である。金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、１剤式でも２剤式以上の多剤式でもよい。好ましくは、金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、１剤式である。

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤は塗布型潤滑皮膜を形成するために使用される。金属塑性加工用潤滑皮膜剤は周知の方法により使用できる。通常、脱脂、酸洗、ショットブラスト、ウェットブラスト等常法によって前処理された金属材料に対して塗布等により金属塑性加工用潤滑皮膜剤を接触させる。その後、乾燥させて金属材料表面に潤滑皮膜を形成させる。

　好ましくは、上記のような前処理を行った後、温水に金属材料を浸漬させる等あらかじめ金属材料自体の加熱を行い、その後、金属塑性加工用潤滑皮膜剤を接触させ、乾燥させて金属材料表面に潤滑皮膜を形成させる。金属塑性加工用潤滑皮膜剤に含まれる水分の蒸発を早くすることで、生産効率を向上可能となる。

　また、金属塑性加工用潤滑皮膜剤自体をあらかじめ３０～８０℃程度に適宜加温し、その後金属材料に接触させることで、水分の蒸発を早くすることもできる。

　また、状況に応じて、複数工程による金属塑性加工を行う場合には、例えば一度鍛造等を行った金属材料に対し、さらに金属塑性加工用潤滑皮膜剤を重ね塗りして使用してもよい。また、本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤以外の潤滑剤が付着した金属材料に対して、本願が開示する金属塑性加工用潤滑皮膜剤を重ね塗りして使用してもよい。

　金属材料は金属塑性加工分野で使用可能のものであれば特に限定されない。鉄、ステンレス、チタン、マグネシウム、アルミニウム、銅及び／又は黄銅を基材とする金属材料が好ましい。

　金属材料に金属塑性加工用潤滑皮膜剤を接触させる方法は特に限定されず、周知の方法を適宜採用可能である。あえて例を挙げると、浸漬、流しかけ、スプレー塗布、刷毛による塗布等がある。

　金属材料に金属塑性加工用潤滑皮膜剤を接触させた後は、乾燥工程が必要である。当該乾燥工程は、水を除去する目的で行う。良好な効果を発揮する潤滑皮膜（乾燥皮膜）が得られるように水が除去されれば十分である。

　上記乾燥の方法は適宜選択可能である。常温下での放置により乾燥させてもよく、温風を当てることや、乾燥炉に投入する等して乾燥させてもよい。なお、金属材料を予め３０～１００℃に加温しておき、その後金属塑性加工用潤滑皮膜剤を接触させると、乾燥効率がよい。形成された潤滑皮膜の膜厚や重量は、金属塑性加工の条件等を考慮して適宜決定可能である。

　以上のとおり、本願は、金属塑性加工用潤滑皮膜剤を金属材料の表面に接触させ、次いで乾燥して当該金属材料の表面に潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料を開示する。

　なお、本願において「コーティング」は、金属材料の表面に潤滑皮膜が形成されれば足りる。潤滑皮膜は、金属材料の表面全体に形成されてもよい。また、潤滑皮膜は、金属材料の表面の一部に形成されてもよい。

　本願は、また、上記金属塑性加工用潤滑皮膜剤を金属材料の表面に接触させる工程、及び、乾燥して当該金属材料の表面に潤滑皮膜をコーティングさせる工程を含む金属塑性加工用金属材料の製造方法を開示する。当該金属塑性加工用金属材料の製造方法では、上記実施形態の記載を参照できる。

　金属塑性加工用金属材料は、冷間鍛造又は温間鍛造で使用される。但し、被加工材である金属材料の加工直前の温度は４００℃以下とし、好ましくは３００℃以下である。金型の温度は０～３００℃とすることが好ましい。

　上記金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して得た塗布型潤滑皮膜は潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する。よって、金属塑性加工用金属材料は、精密鍛造加工、引抜加工、伸線加工、プレス加工にも好適である。

　以下、本願が開示する発明の実施例を記載する。本願が開示する発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。

　まず、後掲の表の説明をする。各成分の含有量を示す数値の単位は質量％である。（Ａ）成分、（Ｂ１）成分、（Ｂ２）成分、（Ｄ）成分及び（Ｅ）成分に該当する成分については、符号してその種別を示した。「（Ａ）／（Ｂ）」欄には、（Ａ）成分と、（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分の合計との質量基準の含有比を記載した。

　なお、比較例で使用した「四ホウ酸Ｋ」は（Ｂ１）成分に対する比較成分である。また、「硫酸Ｎａ」及び「硫酸Ｋ」は（Ｂ２）成分に対する比較成分である。

　〔金属塑性加工用潤滑皮膜剤の調製〕
　実施例１～３３及び比較例１～７に係る１剤式の金属塑性加工用潤滑皮膜剤を常法により調製した。各例に係る金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、塗布型潤滑皮膜を形成するために使用され、２５℃で液状である。

　〔塗布型潤滑皮膜の形成〕
　テストピース（塑性加工される金属材料）は、材質がＳ４５Ｃ（サイズ：φ２５×２０ｍｍ）である。テストピースはあらかじめアルカリ脱脂を行い、その後湯洗を行った。そのテストピースを適宜水で希釈した実施例１～３３及び比較例１～７に係る各金属塑性加工用潤滑皮膜剤に浸漬させ、すばやく引き上げ、温風乾燥することによりテストピース表面に潤滑皮膜を形成させた。なお、塗布型潤滑皮膜の重量は４（ｇ／ｍ^２）とした。

　〔反応型潤滑皮膜を使用した比較例〕
　比較例８は、塗布型潤滑皮膜ではなく、反応型潤滑皮膜を使用した。実施例と潤滑皮膜の型が異なるので、比較例８は参考例としての意義を有している。

　テストピース（材質はＳ４５Ｃ、サイズはφ２５×２０ｍｍ）を湯洗し、アルカリ脱脂を行い、リン酸亜鉛化成処理（パルーブ１８１Ｘ、日本パーカライジング社製、９０ｇ／Ｌ、液温８０℃、浸漬１０分）を行い、反応石鹸処理（パルーブ２３５、日本パーカライジング社製、７０ｇ／ｍ^２、液温８５℃、浸漬３分）を行い、テストピース表面に潤滑皮膜を形成させた。

　〔スパイク試験、潤滑性評価〕
　－使用機器等－
　プレス機は、２００ｔクランクプレス機（コマツ産機製）を使用した。ストローク長は２５０ｍｍ、ストローク数は２５ｓｐｍ、ダイギャップは２．５ｍｍとした。
　金型は、材質がＳＫＤ６１であり、スパイク試験前に♯１０００のサンドペーパーで研磨した。
　なお、上記テストピース及び金型の材質は「ＪＩＳハンドブック２００５」に記載された組成に従っている。

　－試験及び評価基準－
　テストピースを３０℃、金型温度を１５０℃に加温してスパイク試験を行った。
　押込荷重測定用のロードセルで、テストピース加工時の最大押込荷重（ｔｏｎｆ）を測定した。また、加工後のテストピースのスパイク高さ（ｍｍ）も測定した。上記非特許文献１Ｆｉｇ．９（ａ）右側に、「Ｓｐｉｋｅ　ｈｅｉｇｈｔ　Ｈ」としてスパイク高さが図示されている。各実施例及び各比較例について、試験は５連行った。

　各実施例及び各比較例について、「スパイク高さ（ｍｍ）」の平均値及び「最大押込荷重（ｔｏｎｆ）」の平均値から、「スパイク高さ／最大押込荷重（ｍｍ／ｔｏｎｆ）」を求めた。当該比率の数値は表中の「スパイク試験」欄に記載した。

　表中の「潤滑性評価」欄には、当該比率が０．０９５０未満の場合を「×」０．０９５０～０．０９８０の場合を「○」、０．０９８０を超える場合を「◎」として評価を記載した。比較例８はリン酸亜鉛を使用した反応型潤滑皮膜を使用している。反応型潤滑皮膜と同等程度又はそれを超える潤滑性を示す場合は「○」又は「◎」と評価される。

　〔皮膜の追随性評価〕
　上記スパイク試験による加工後のテストピースのスパイク部（新生面）を目視で観察し、最大の皮膜追随を示した箇所を確認して、皮膜の追随性を評価した。各実施例及び比較例について、最も多かった評価結果を各例の評価結果として採用した。最も多い評価結果が複数となった場合は、低い方の評価を採用することとした。各例の評価結果は表中に記載した。

　－評価基準－
　スパイク高さ方向に沿って、スパイク部（新生面）の基底部～スパイク部の先端までにおいて、
　　スパイク部先端まで皮膜が伸びている場合を「◎」、
　　１／２を超えスパイク部先端未満の位置まで皮膜が伸びている場合を「○」、
　　１／４を超え１／２以下の位置まで皮膜が伸びている場合を「△」、
　　皮膜の伸びがない、又は１／４以下の位置まで皮膜が伸びている場合を「×」、と評価した。

　〔表１〕

　〔表２〕

　〔表３〕

　〔表４〕

　上記各実施例は、いずれも潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する塗布型潤滑皮膜を得た。よって、各実施例に係る金属塑性加工用潤滑皮膜剤は金属材料の表面に形成させる潤滑皮膜を合理的に薄くでき、これにより加工後の金型内の皮膜残渣を低減できる。なお、反応型潤滑皮膜を使用した比較例８に対して、塗布型潤滑皮膜の形成工程は簡便であり、環境負荷の抑制もできた。各実施例に係る金属塑性加工用潤滑皮膜剤は、リン酸塩を使用する反応型潤滑皮膜と同等程度又はそれを超える加工性を有する潤滑皮膜を形成可能と考えられる。よって、各実施例に係る金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して製造した金属塑性加工用金属材料は、精密鍛造加工、引抜加工、伸線加工、プレス加工にも好適であると考えられた。

　一方、（Ａ）成分、（Ｂ１）成分、及び（Ｂ２）成分のいずれかを含まない比較例１～７は、不十分な評価結果となった。特に、いずれの比較例も皮膜の追随性評価が不十分であった。（Ｂ２）成分にかえて「硫酸Ｎａ」又は「硫酸Ｋ」を含む比較例５～６並びに、（Ｂ１）成分にかえて「四ホウ酸Ｋ」を含む比較例７は、従来知られていた塗布型潤滑皮膜を使用した例であり、潤滑性評価は優れていたものの皮膜の追随性評価が不十分であった。

　実施例１～９より、（Ａ）成分として様々な滑剤が使用可能と考えられた。更に、潤滑性の観点から、好ましい特定の滑剤があると考えられた。

　実施例１、１３～１９及び３２より、（Ｂ１）成分としてリン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）が使用可能と考えられた。皮膜追随性の観点及び潤滑性の観点から、好ましい特定のリン酸アルカリ金属塩があると考えられた。

　実施例１、２０～２２及び３３より、（Ｂ２）成分として無機化合物リチウム塩が使用可能と考えられた。潤滑性及び皮膜追随性をバランスよく向上する観点から、好ましい特定の無機化合物リチウム塩があると考えられた。

　実施例１０～１２及び２３より、（Ａ）成分～（Ｃ）成分に加え、更に（Ｄ）成分及び／又は（Ｅ）成分を含有することで、金属塑性加工用潤滑皮膜剤の効果がより向上すると考えられた。

　実施例２４～３１より、（Ａ）成分と、（Ｂ１）成分及び（Ｂ２）成分の合計との含有比について、好ましい範囲があると考えられた。

　〔潤滑皮膜の吸湿性の検討〕
　実施例１、比較例１、比較例３、比較例４、比較例５、及び比較例７に係る各金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して潤滑皮膜を形成させたテストピースについて、形成した潤滑皮膜の吸湿性を検討した。

　－試験－
　材質がＳＰＣＣ、サイズが１５０×７０ｍｍ（厚さ０．８ｍｍ）の板状のテストピースを使用した。テストピースはあらかじめアルカリ脱脂を行い、その後湯洗を行った。そのテストピースを適宜水で希釈した各例に係る金属塑性加工用潤滑皮膜剤に浸漬させ、すばやく引き上げ、温風乾燥することによりテストピース表面に潤滑皮膜を形成させた。なお、潤滑皮膜の重量は４（ｇ／ｍ^２）とした。

　潤滑皮膜を形成後、テストピースを２５℃、７５％ＲＨの恒温恒湿槽内に６０分間入れて強制的に吸湿させた。各例について、試験は５連行った。なお、上記テストピースの材質は「ＪＩＳハンドブック２００５」に記載された組成に従っている。

　－評価基準－
　吸湿前後のテストピースの重量差と、テストピースに形成された潤滑皮膜の重量から、下記式により吸湿率を算出した。

吸湿率（％）＝
〔（吸湿後の潤滑皮膜が形成されたテストピース重量（ｇ）－吸湿前の潤滑皮膜が形成されたテストピース重量（ｇ））／潤滑皮膜の重量〕×１００

　各例について吸湿率の平均値を求め、当該平均値が１５％未満の場合を「○」、１５％以上の場合を「×」と評価し、評価結果を表５に記載した。なお、表５には、各例の吸湿率（％）の平均値も併記した。

　〔表５〕

　金属塑性加工用潤滑皮膜剤が（Ｂ２）成分を含むと、形成された潤滑皮膜の吸湿を抑制できると考えられた。

　吸湿を抑制することで、潤滑皮膜の吸湿による潤滑性及び皮膜追随性の低下を抑制でき、実際の塑性加工現場における生産ラインの一時停止等が起こった場合にも安定した生産が可能となる。また、金属塑性加工用潤滑皮膜剤の塗布から鍛造までを連続的に行うインライン形式で使用する以外にも、一定数量の材料を一度にまとめて単位操作ごとに区切り処理を行うバッチ処理が可能となる。また、加工後の防錆性にも優れる。

　本願により、潤滑性に優れ、高皮膜追随性を有する潤滑皮膜を形成でき、環境への負荷を低減した金属塑性加工用潤滑皮膜剤が提供される。また、本願により、当該金属塑性加工用潤滑皮膜剤を使用して潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料が提供される。

Claims

下記（Ａ）成分、（Ｂ１）成分、（Ｂ２）成分、及び（Ｃ）成分を含有する金属塑性加工用潤滑皮膜剤。
（Ａ）滑剤から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｂ１）リン酸アルカリ金属塩（但し、リン酸リチウム塩を除く。）から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｂ２）無機化合物リチウム塩から選ばれる１種又は２種以上。
（Ｃ）水。
前記金属塑性加工用潤滑皮膜剤が、更に下記（Ｄ）成分を含有する請求項１に記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤。
（Ｄ）水溶性樹脂及び水分散性樹脂から選ばれる１種又は２種以上。
前記金属塑性加工用潤滑皮膜剤が、更に下記（Ｅ）成分を含有する請求項１又は請求項２に記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤。
（Ｅ）シランカップリング剤から選ばれる１種又は２種以上。
前記（Ａ）成分が、ワックス、金属石鹸、脂肪酸アマイド、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデン、及び黒鉛から選ばれる１種又は２種以上である請求項１～請求項３のいずれかに記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤。
前記（Ｂ１）成分が、リン酸、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、ペンタポリリン酸、及びヘキサメタリン酸のアルカリ金属塩から選ばれる１種又は２種以上である請求項１～請求項４のいずれかに記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤。
前記（Ｂ２）成分が、塩化リチウム、硝酸リチウム、硫酸リチウム塩、及び水酸化リチウムから選ばれる１種又は２種以上である請求項１～請求項５のいずれかに記載の金属塑性加工用潤滑皮膜剤。
請求項１～請求項６のいずれかに記載した金属塑性加工用潤滑皮膜剤を金属材料の表面に接触させ、次いで乾燥して当該金属材料の表面に潤滑皮膜をコーティングさせた金属塑性加工用金属材料。