JPH0368697A - 金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液 - Google Patents

金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液

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JPH0368697A
JPH0368697A JP1204585A JP20458589A JPH0368697A JP H0368697 A JPH0368697 A JP H0368697A JP 1204585 A JP1204585 A JP 1204585A JP 20458589 A JP20458589 A JP 20458589A JP H0368697 A JPH0368697 A JP H0368697A
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Noriyuki Fujii
敬之 藤井
Takanori Mizutani
水谷　高規
Tokuo Shirai
白井　徳雄
Yoshio Nagaei
永栄　義勇
Kouji Kanjiyou
冠城　孝二
Koji Totsugi
戸次　幸二
Yasuo Tanizawa
谷沢　康雄
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Denso Corp
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Nihon Parkerizing Co Ltd
NipponDenso Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄鋼、チタンおよびチタン合金、銅および銅
合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金などの金属
材料を冷間塑性加工（鍛造、伸管。
伸線など）するために適用される金属材料の冷間塑性加
工用水系潤滑処理液（以下、水系潤滑処理液と略記する
）に関するものである。
［従来の技術］ 水系潤滑処理液としては、例えば二硫化モリブデン又は
グラファイトなどの固体潤滑剤と、無機バインダーおよ
び有機バインダーから選ばれた１種または２種以上と、
界面活性剤とからなるものが公知である。
比較的加工度の小さい冷間塑性加工の際は、油気のない
金属材料の表面に直接水系潤滑処理液を接触させ、次い
で乾燥して固体潤滑皮膜を形成させる。また加工度の大
きい冷間塑性加工の際は、金属材料の表面に化成皮膜を
形成させた後、その表面を水系潤滑処理液に接触させて
乾燥するか、あるいはその表面に固体潤滑剤の粉末を付
着させるなどの手段により化成皮膜上に潤滑皮膜を形成
させる方法が取られている。しかし固体潤滑剤を粉末で
使用する場合はその粉塵により作業環境が悪くなる等の
問題がある６作業性を考えた場合は水系処理液として使
用するのが最も好ましい、しかし既存の水系固体潤滑処
理液は、潤滑性能が安定せず、かつ不十分であることが
多く、シばしば焼き付き、かじりなどの問題を起こし易
い、また鋼材などを潤滑処理後又は潤滑処理をし塑性加
工した状態で放置しておくと、被処理鋼材に錆が発生す
るという問題点もある。
［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、従来の水系固体潤滑処理液よりも潤滑性能が
優れかつ安定している水系固体潤滑処理液を、あるいは
更に鋼材などに用いても発錆し難い水系潤滑処理液を提
供することを課題としている。
［課題を解決するための手段および作用］本発明者等は
、金属石鹸と固体潤滑剤と界面活性剤とからなる水系潤
滑処理液を金属表面に適用することによって、金属表面
に対し従来の水系潤滑処理液では達成できなかった、潤
滑性能の優れた潤滑皮膜を形成できることを見いだした
。
また本発明者等はこの水系潤滑処理液にコロイダルチタ
ンを含有せしめると、更に優れた潤滑性能の潤滑皮膜が
形成され、更に鋼材などの冷間加工に用いた際に錆の発
生が防止できることを見いだした。
更に本発明者等は、前記の金属石鹸と固体潤滑剤と界面
活性剤とを含有する水系潤滑処理液や、金属石鹸と固体
潤滑剤と界面活性剤とコロイダルチタンとを含有する水
系潤滑処理液に、更にバインダーを添加することにより
、金属石鹸やコロイダルチタンとの相乗作用効果により
、その潤滑性能を更に高める事ができることを見いだし
た。
本発明者等はこれ等の知見をもとに、本発明をなすに至
った。
即ち本発明の請求項（１）の水系潤滑処理液は、金属石
鹸を４〜１６０ｇ／　Ｑと固体潤滑剤を５０〜４００ｇ
／ｌと界面活性剤を０．５〜４０ｇ／　ｆｉとを含有す
る。
金属石鹸は、脂肪酸と金属の塩である。脂肪酸としでは
、ラウリン酸、ミリスチン酸、バルミチン酸、ステアリ
ン酸、ベヘニン酸、ビトロキシステアリン酸等がある。
好ましいのはステアリン酸である。金属塩としては、カ
ルシウム塩、アルミニウム塩、マグネシウム塩、バリウ
ム塩、亜鉛塩などから選ばれる１種類あるいは２種類以
上である。
特公昭６０−４５６８０号公報に記載の、複分解法で得
られるウェット状ステアリン酸カルシウムは金属石鹸と
して極めて好ましい。
金属石鹸は、水系潤滑処理液に対し固形分として４〜１
６０ｇ／　Ｑ加えられる。金属石鹸の添加量が４ｇ／ａ
未満では満足な効果を発揮出来ず、また１６０ｇ／α超
を添加してもそれ以上の潤滑性の向上は期待し難く、む
しろ固体潤滑材の潤滑性能を阻害する。
固体潤滑剤は、二硫化モリブデン、グラファイト、二硫
化タングステン、ぶつ化黒鉛、ちっ化はう素、タルクな
どから選ばれる１種類又は２種類以上で、含有量は水系
潤滑処理液に対して５０〜４００ｇ／　Ｑの範囲である
。５０ｇＩＱ未満では金属材料への固体潤滑皮膜の形成
が不十分となり易く、また４００ｇ／　Ｑを超えて添加
しても潤滑効果が飽和して、それ以上の性能向上が期待
できないで水系潤滑処理液のコストが高くなる。１５０
ｇ／ｌ〜２５０ｇ／　ｎがより好ましい含有量である。
本発明で、金属石鹸と固体潤滑剤の配合量を金属石鹸：
固体潤滑剤が重量比で２＝５〜１：５０の範囲に選ぶと
、極めて優れた潤滑効果が得られる。
界面活性剤は固体潤滑剤を水に分散させるために加えら
れるもので、本発明はその種類を特定するものではない
。
非イオン系の界面活性剤としては、ポリオキシエチレン
アルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェ
ニルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステル
類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類
等が挙げられる。
陰イオン系界面活性剤としては、脂肪酸塩、アルキル硫
酸エステル塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルりん酸
エステル塩、アルキルジチオりん酸エステル塩等が挙げ
られる。
陽イオン系界面活性剤としては、脂肪族アミン塩、第４
級アンモニウム塩等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、アミノ酸型およびベタイン型
のカルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩および
りん酸エステル塩等が挙げられる。
本発明で界面活性剤の含有量は０．５ｇ／ｌ〜４０ｇ／
ａの範囲であって、この含有量は通常固体潤滑剤の含有
量に比例的に加えられる。　０．５ｇ／ｆｆｉ未満では
固体潤滑剤に対する湿潤効果が不十分となり易く、また
４０ｇ／αより多く加えてもその効果が向上するもので
はない、界面活性剤の水系潤滑処理液への含有量は、通
常約５〜１０ｇ／４１である。
本発明の水系潤滑処理液は、更に高分子分散剤や消泡剤
や防錆添加剤等の添加を拒むものではない。
請求項（２）の水系潤滑処理液は、請求項（１）の水系
潤滑処理液に更に、コロイダルチタンを含有せしめる。
コロイダルチタンは、例えば硫酸とチタンの化合物やり
ん酸とチタンの化合物を苛性ソーダや苛性カリ等で中和
して得られた白濁液である。
コロイダルチタンはチタン濃度として少なくとも１０ｐ
ｐｍ以上、より好ましくは５０ｐｐｍ以上を水系潤滑処
理液中に含有せしめる。　１０ｐｐｍ未満ではコロイダ
ルチタンの添加による潤滑性能の向上効果や防錆性能の
付与効果は判然と認められ難いが、コロイダルチタンを
チタン濃度として１０ｐｐ＋ｍ以上加えることにより潤
滑性能の向上や防錆性能が確認され、チタンの濃度の増
加と共にこれ等の性能が更に向上する０本発明において
はコロイダルチタンの濃度の上限は特定するものではな
く、水系潤滑処理液の調整上可能な最高濃度を上限とす
るものである。
請求項（３）の水系潤滑処理液は、請求項（１）や請求
項（２）の水系潤滑処理液に、更に無機バインダーや有
機バインダーから選ばれる１種または２種以上を含有せ
しめることを特徴とするものである。
無機バインダーとしては、その種類を限定するものでは
ないが下記のほう酸塩、りん酸塩、けい酸塩化合物から
１種または２種以上を選んで使用できる。
はう酸塩−ＨＢＯ，、Ｈ，ＢＯ，、Ｈ４Ｂ２Ｏ５，Ｈ，
Ｂ、Ｏ，、ＨＢ、ＯＩ　。
Ｈ，Ｂ、　Ｏ□。−ｏ、　Ｂａ　ｏ１３などのアルカリ
金属塩、アルカリ土類金属塩およびアンモニウム塩。
りん酸塩−）１．ＰＯ，、ｏｐｏａ　、　Ｈ，Ｐ、Ｏ，
、Ｈ３ＰＯ３，Ｈ４Ｆ、Ｏ，。
ＨＰＯ，、Ｈ，ＰＯ，、）１．Ｐ、ｏ！なとのアルカリ
金属塩、アルカリ土類金属塩およびアンモニウム塩、ポ
リりん酸１例えばＨ，Ｐ、Ｏ，、Ｈ，Ｐ、Ｏ□。、　Ｈ
，Ｐ２Ｏ３，などのアルカリ金属塩、アルカリ土類金属
塩、およびアンモニウム塩。
けい酸塩−一般式Ｍ、Ｏ・χＳｉｎ、、但しＭはアルカ
リ金属またはアルカリ土類金属、χは１〜５の正の整数
。
有機バインダーはその種類を特定するものではないが、
水溶性高分子化合物が好ましいもので、具体的には、デ
ンプン、海藻、植物粘質物、動物性タンパク、発酵粘質
等の天然高分子デンプン６セルローズ等の半合成高分子
、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコール、ポ
リビニルアルコール等の合成高分子を挙げることができ
る。
無機バインダーおよび有機バインダーから選ばれる１種
あるいは２種以上の含有量は、固形分換算で５〜１５０
ｇ／ａの範囲である。バインダーは固体潤滑剤の含有量
に応じて加えられるが、５ｇＩＱ以上添加すると皮膜の
結合力が強化されて、優れた潤滑効果を発揮する。しか
し１５０ｇ／　Ｑよりも多く加えると水系潤滑処理液の
粘度が高くなって、金属材料の表面への潤滑剤の付着量
が過大となり、例えば金型内の潤滑かす詰りなどの不都
合を発生させる。１０〜５０ｇ／　Ｑがより好ましい含
有量である。
本発明の水系潤滑処理液は、含有成分が比較的低濃度の
場合はそのま＞ｐ滑処理液として使用する。また含有成
分が高濃度の場合には、金属材料の種類、冷間塑性加工
の種類、加工度などに応じて、そのまへあるいは適量の
水で稀釈して使用する。
本発明の水系潤滑処理液は、浸漬法で使用できるが、そ
の際の液温度は常温〜８０℃の温度に維持される。水系
潤滑処理液の温度を上げれば金属材料も加熱されて、金
属材料の表面に付着した潤滑皮膜の乾燥性が向上する。
しかし過度に液を高温にすると水系潤滑処理液の粘度や
濃度が変わるために、水分の補給等浴の管理が複雑とな
る。
本発明の水系潤滑処理液は、例えば 脱脂→水洗→本発明水系潤滑処理→乾燥　の工程で使用
する事ができる。脱脂は必要に応じて行う。
また例えば 脱脂→水洗→酸洗→水洗→本発明水系潤滑処理→乾燥　
の工程で使用する事もできる。゛酸洗は錆。
スケール等の除去のために行う、また例えば脱脂→水洗
→酸洗→水洗→化成処理→本発明水系潤滑処理→乾燥　
の工程で使用する事もでき、また例えば 脱脂→水洗→化或処理→水洗→本発明水系潤滑処理→乾
燥　の工程で使用する事もできる。
処理する金属材料としては、ショツトブラストやサンド
ブラストを行ったものも用いる事ができる。
化成処理は金属材料の種類に応じて、例えばりん酸鉄皮
膜処理やしゆう酸鉄皮膜処理や亜酸化銅皮膜処理やふっ
化アルミ皮膜処理やふっ化チタン皮膜処理等を行う。
これ等のプロセスは素材の種類や表面状態や冷間塑性加
工の種類や加工強度等に応じて適宜選択して行う。
［作用および実施例］ ８４３Ｃ（炭素鋼、　ＪＩＳＧ４０５１）の直径３０ｍ
ｍの棒鋼に各種の潤滑処理を施して、冷間鍛造試験と防
錆性能試験を行った。各試験材には、下記の工程で潤滑
処理を施した。
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→水洗→潤滑→乾燥 脱脂は２０ｇ／　Ｑのファインクリーナー４３６０　（
脱脂剤。
日本バー力うイジング■製）を含む処理液中で。
７０℃１０分間の浸漬処理を施した。水洗は何れも水道
水流水により１分間行った。酸洗はイビット７００Ａ（
朝日化学■製）を用いて室温で１０分、化成処理は、　
ＰＢ１８１Ｘ（りん酸量鉛系皮膜化成剤１日本バー力う
イジング■製）９０ｇ／ｌとＡＣ１３１（りん酸層鉛系
皮膜化成促進剤、日本バー力うイジング■製）０．３ｇ
／　ｌを含有する８０℃の溶液に１５分間浸漬して行っ
た。但し第１表の試験材Ｎｏ７．８．２０．２１．２２
゜２８には化成処理は施さなかった。
潤滑は、第１表の水系潤滑処理液種に記載の８０℃の各
液に３分間浸漬して行った。但し試験片Ｎ０２７と３２
は７０℃の溶液に３分間浸漬した。
乾燥工程は通常自然放置で充分であるが、今回は１２０
℃の熱風を１０分送風し乾燥を実施した。
これ等の方法で潤滑処理された試験材の潤滑性能を第２
表に示した要領の冷間鍛造試験（後方穿孔押出し試験）
により評価した。
潤滑性能の評価は、第２表の後方穿孔押出しで。
パンチ加工部のカップ内壁面に、縦筋状のかじり疵が発
生しないで加工できる最大穿孔深さを測定し、これを第
１表の良好穿孔深さ欄にそれぞれ示した。また潤滑皮膜
を形成した試験材の防錆性を第３表に示した要領の防錆
試験により評価した。
防錆性能の評価は、Ｏ：錆発生せず、Ｏ：表面積の２０
％以下の錆が発生、Δ：表面積の２０〜５０％の錆が発
生、×：表面積の５０％超の錆が発生、の各基準で測定
し、その結果を第１表の防錆性能欄に示した。
第１表でＮｏ１＝Ｎｏ８は請求項（１）の実施例である
が、である金属石鹸の含有量が４ｇ／　（１未満のＮｏ
２２〜Ｎ。
２６や固体潤滑剤の含有量が５０ｇ／　ｆｆｉ未満のＮ
ｏ２３やＮ０２７の１６〜３０■に比べて良好穿孔深さ
が大きく１本発明の請求項（１）の水系潤滑処理液を用
いると、従来の水系潤滑処理液では得られなかった優れ
た潤滑性能が得られる事が明らかである。尚請求項（１
）の実施例であるＮｏｌ”Ｎｏ８において、バインダー
を５ｇ／　ｆｉ以上含有するＮｏ２〜Ｎｏ６は良好穿孔
深さが３４〜４８ｍｍで、バインンダーを含有しないＮ
ｏｌの３２ｍｍに比べて良好穿孔深さが大きく、バイン
ダーを含有させる事によって潤滑性能が向上する事を示
している。尚Ｎｏ７とＮｏ８は化成処理皮膜を事前に形
成しなかった例であるが、良好穿孔深さは３０〜３４ｍ
５＋で、化成処理膜を事前に形成したＮｏ２〜Ｎｏ６に
比べて、潤滑性能がやや劣るものの従来使用されている
Ｎｏ、２７と同等かそれ以上の潤滑性を有し本発明品の
優秀さを示している。
第１表でＮｏ９〜Ｎｏ２１はコロイダルチタンを特徴す
る請求項（２）の例であるｍ　Ｎｏ９〜Ｎｏ２１の良好
穿孔深さは３６〜５４ｍｍであり、コロイダルチタンを
含有しない請求項（１）のＮｏ２〜Ｎｏ６の３０〜４８
ｍｍに比べて良好穿孔深さが大きく、コロイダルチタン
を含有せしめる事によって更に優れた潤滑性能が得られ
る事が明らかである。尚Ｎｏ２８〜Ｎｏ３２は請求項（
２）の比較例であるが、Ｎｏ２８は固体潤滑剤の含有量
が５０ｇ／２未満であるため、またＮｏ２９〜Ｎｏ３２
は金属石鹸かコロイダルチタンの何れかが、あるいは両
方が請求項（２）の含有量に達していないために、良好
穿孔深さが１６〜３２ｍｍで潤滑性能は不充分である。
尚請求項（２）の実施例であるＮｏ９〜Ｎｏ２１におい
て、バインダーを含有するＮｏ１５〜Ｎ０１９の良好穿
孔深さは４０〜５４ｍｍで、バインダーを含有しないＮ
ｏ９〜Ｎｏ１４の３６〜４８■に比べて良好穿孔深さが
大きく、バインダーを含有せしめる事による潤滑性能の
向上がみられる。またＮｏ２０とＮｏ２１は化成処理を
行わなかった例であるが、潤滑性能がやや劣るものの従
来使用されているＮｏ、３２と比較して優れている。
第１表で、コロイダルチタンを所定量含有しないＮｏ１
〜Ｎｏ８やＮｏ２２〜Ｎｏ２７やＮｏ２９．Ｎｏ３１．
Ｎｏ３２の防錆性能は×〜Δで、恒温恒湿試験で何れも
発錆が認められたが、請求項（２）の実施例であるＮｏ
９〜２１の防錆性能は何れもＯ−Ｏであり、水系潤滑処
理液にコロイダルチタンを１０ｐｐ■以上含有せしめる
事により防錆性能も顕著に向上する事が判る。
実施例２ ＳＵＳ４１０　Ｌ　（１３Ｃｒステンレス鋼、　ＪＩＳ
Ｇ　４３０３）の直径３０ｍｍの棒鋼に各種の潤滑処理
を施して、冷間鍛造試験をおこなった。その概要は第４
表に示した。
各試験材には下記の工程で潤滑処理を施した。
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化或処理→水洗→潤滑→乾燥 脱脂はファインクリーナー４３６０２０ｇ／　Ｑ　、　
７０℃１０分、水洗は流水１分、酸洗は１（ＮＯ，７％
、ＨＦ３％。
室温１０分。
化成処理は、Ｆ　Ｂ　ＡＩ（１，ゆう酸塩皮膜化成剤、
日本パー力うイジング■製）４０ｇ／ｌとＦＢＡ２（Ｌ
ゆう酸塩皮膜化成助剤１日本バー力うイジング■製）２
０ｇ／　ｆｆｉとＡＣ−１６（Ｌ、ゆう酸塩皮膜化成促
進剤、日本パー力うイジング■製）Ｉｇ／ｌを含有する
９０℃の溶液に１５分間浸漬して行った。
潤滑は、第４表の水系潤滑処理液に記載の８０℃の各液
に３分間浸漬して行った。但しＮｏ１ＯとＮｏ１４は７
０℃の溶液に３分間浸漬した。
これ等の方法で処理された試験材の潤滑性能を先に述べ
た第２表と同じ冷間鍛造試験で評価した。
その結果を第４表の良好穿孔深さ欄に示した。
第４表でＮｏ１〜Ｎｏ８は請求項（１）の実施例である
が、良好穿孔深さは３８〜５４ｍｍで、従来の水系潤滑
処理であるＮｏ８〜１０及びＮｏ１４の２８〜３２１１
Ｉｌに比べて、良好穿孔深さが大きく、本発明の請求項
（１）の水系潤滑処理液は、ステンレス鋼に用いても、
従来の水系潤滑処理液では得られなかった優れた潤滑性
能が得られる事が明らかである。第４表でＮｏ４〜Ｎ０
７はコロイダルチタンを特徴する請求項（２）の例であ
るが、良好穿孔深さは４４〜５８　ｍｍであり、請求項
（２）の比較例でありコロイダルチタンや金属石鹸や固
体潤滑剤の含有量が不充分なＮａ１ｌ〜Ｎｏ１４が２８
〜３２ｍｍであるのに比べると、優れた潤滑性能を示し
ている。また請求項（２）の実施例であるＮｏ４〜Ｎｏ
７は、コロイダルチタンを所定量含有するため、請求項
（１）の実施例であるＮｏ１〜Ｎｏ８よりも更に、優れ
た潤滑性能を有する事が判る。
実施例３ チタン２種（ＪＩＳ　Ｈ４６００）の直径３■の線に、
各種の潤滑処理を施して、冷間伸線試験を行った。その
概要を第５表に示した。
各試験材には下記の工程で潤滑性皮膜を形成した。
脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成処理→水洗→潤滑→乾燥 脱脂、ファインクリーナー４３６０２０ｇ／　Ｑ　、　
７０℃、１０分、酸洗、　１（Ｎｏ、　７％、　）ＩＰ
　３％、ＲＴ　１分。
化成処理は、Ｍ　Ｅ　Ｔ−３８５１（ぶつ化物皮膜化成
剤、日本パー力うイジング■製）３６ｇ／ｕの６０℃の
溶液に３分間浸漬して行った。
潤滑は、第５表の水系潤滑処理液に記載の８０℃の各液
に３分間浸漬して行った。但し、第５表のＮｏ８は７０
℃の液に３分間浸漬して行った。
これ等の方法で処理した試験材の潤滑性能を、第６表に
示した要領の冷間伸線試験により評価した。
潤滑性能の評価は、第６表の各バス毎に表面をｆ７Ｒ察
し、Ｏ：流発生せず、×：流発生で評価し。
その結果を第５表の伸線疵種に示した。
第５表にみられる如く、チタン材の伸線においても、本
発明の水系潤滑処理液を用いたＮｏｌ〜Ｎｏ４は５パス
の伸線を行っても疵の発生がなく、５バス目で疵が発生
した比較例Ｎｏ５〜Ｎｏ８に比べて、優れた潤滑皮膜が
形成されている。
第　　　　６　　　　表 ［発明の効果］ 本発明の水系潤滑処理液を用いると、従来の水系潤滑処
理液を用いた場合に比して顕著に優れた潤滑性を付与す
ることができる。また本発明の水系潤滑処理液を用いる
と従来の水系潤滑処理液で問題となっていた発錆を防止
する事ができるなど品質の優れた製品が得られまた作業
性を大幅に改善できる。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）金属石鹸４〜１６０ｇ／ｌと固体潤滑剤５０〜４
    ００ｇ／ｌと界面活性剤０．５〜４０ｇ／ｌとを含有す
    る金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液。
  2. （２）金属石鹸４〜１６０ｇ／ｌと固体潤滑剤５０〜４
    ００ｇ／ｌと界面活性剤０．５〜４０ｇ／ｌとチタン濃
    度として１０ｐｐｍ以上のコロイダルチタンとを含有す
    る金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液。
  3. （３）無機バインダーおよび有機バインダーから選ばれ
    る１種又は２種以上を更に、固形分として５〜１５０ｇ
    ／ｌ含有する、請求項（１）または（２）に記載の金属
    の冷間塑性加工用水系潤滑処理液。
  4. （４）金属石鹸：固体潤滑剤が重量比で２：５〜１：５
    ０である、請求項（１）または（２）または（３）に記
    載の金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液。
JP1204585A 1988-07-07 1989-08-09 金属の冷間塑性加工用水系潤滑処理液 Expired - Lifetime JPH0747756B2 (ja)

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