JPH0424433B2 - - Google Patents

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JPH0424433B2
JPH0424433B2 JP20796387A JP20796387A JPH0424433B2 JP H0424433 B2 JPH0424433 B2 JP H0424433B2 JP 20796387 A JP20796387 A JP 20796387A JP 20796387 A JP20796387 A JP 20796387A JP H0424433 B2 JPH0424433 B2 JP H0424433B2
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phosphate
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iron
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JP20796387A
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Yoshio Nagaei
Yoshihiko Sawazaki
Takashi Kawakami
Yasunobu Matsushima
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Nihon Parkerizing Co Ltd
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Nihon Parkerizing Co Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/06Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6
    • C23C22/07Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using aqueous acidic solutions with pH less than 6 containing phosphates
    • C23C22/08Orthophosphates
    • C23C22/22Orthophosphates containing alkaline earth metal cations

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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 本発明は、伸線、冷間鍜造、転造、伸管、ヘツ
ダー加工などに適用される鉄又はその合金の冷間
加工潤滑処理方法に関するものである。 〔従来技術〕 鉄又はその合金を冷間加工する場合、被加工機
と工具との摩擦及び摩耗を低減する為に被加工機
に潤滑処理を施すのが通常であり、比較的低加工
度のものに対しては、極圧添加剤や油性向上剤を
添加した油が施され、高加工度のものに対して
は、リン酸亜鉛系処理液にてリン酸塩皮膜を生成
させ、その上にナトリウム石鹸又は金属石鹸等の
潤滑剤が施されていた。 更に、前記リン酸塩皮膜の潤滑性を改善して、
リン酸亜鉛カルシウム系皮膜を生成させる処理液
が開発され、特公昭60−20463号公報に開示され
ている。同処理液の組成は、カルシウムイオン
0.1〜0.35%、亜鉛イオン0.1〜1.5%、リン酸イオ
ン0.5〜3.0%、硝酸イオン3.0〜5.0%で、且つ亜
鉛イオンに対するカルシウムイオンの重量比が
0.1〜1.0及びリン酸イオンに対する硝酸イオンの
重量比が1.0〜5.0となつている。この処理液は70
〜85℃で適用され、生成した皮膜はリン酸亜鉛カ
ルシウムと、リン酸亜鉛と、リン酸亜鉛鉄などの
結晶の混合物であり、リン酸塩の皮膜重量が多
く、式で示したように、潤滑剤の石鹸との反応
性が良いため、金属石鹸の生成量が多く良好であ
る。 6C17H35COONa+Me(PO42→3(C17H35CO)2Me+2Na3P
O4…… 〔発明が解決しようとする問題点〕 前記従来例においては、その処理温度70〜85℃
を必須要件としており、近年要求されている省エ
ネルギーに逆行するという問題点を有するばかり
でなく、生成された皮膜において、耐熱性の良い
リン酸亜鉛カルシウム(シヨルタイト)が10〜25
%と少ないため、一工程における断面減少率が80
%に達する強加工の場合には、加工中の被加工物
の表面温度が300℃を超えることもしばしばあり、
リン酸亜鉛カルシウムが少ないリン酸塩皮膜は、
熱分解や物理的破壊により、その潤滑性能が発揮
されないという問題点を有している。 〔問題点を解決するための手段〕 前記従来例の問題点を解決する具体的手段とし
て、鉄又はその合金を冷間加工する際、予め鉄イ
オン0.01〜2.0%、カルシウムイオン0.5〜3.5%、
亜鉛イオン0.3〜2.5%、リン酸イオン0.5〜5.0%、
硝酸イオン0.7〜12.0%の範囲の濃度で且つ亜鉛
イオンに対する鉄イオンの重量比がFe/Zn=
0.005〜3.0、亜鉛イオンに対するカルシウムイオ
ンの重量比がCa/Zn=0.5〜4.0のリン酸塩処理液
により35〜65℃で処理し、次いで潤滑剤処理を施
すことを特徴とする鉄又はその合金の冷間加工潤
滑処理方法を提供するものであり、特にリン酸塩
処理液中のカルシウム/亜鉛の比を高くすること
により、リン酸亜鉛カルシウムの含有率を増大さ
せると共に、鉄イオンを含有させて低温で処理
し、省エネルギーに寄与できるのである。 〔処理液組成の説明〕 本発明に係るリン酸塩皮膜化成処理液中の各イ
オンの濃度及び重量比において、鉄イオンは、大
部分が2価イオンとして存在しており、3価イオ
ンも一部混在している。0.01%未満であると皮膜
の化成性が低下して均一な皮膜が生成しないた
め、塑性加工時に焼付きが発生する。2.0%を超
えると皮膜化成性が低下し、又、処理液の配合比
率が変つてくるため液の管理が難しくなり作業性
が悪くなる。好ましいのは0.05〜0.5%である。 カルシウムイオンは0.5%未満であると、強加
工に必要なリン酸亜鉛カルシウム系皮膜の生成が
少なすぎてよくない。又、3.5%を超えても、増
加した分の効果が認められない。むしろ皮膜重量
が減少する傾向でよくない。好ましいのは1.0〜
2.0%である。 亜鉛イオンは0.3%未満であると皮膜重量が少
なくなりすぎたり、化成不良を起すため焼付きが
発生しやすくなる。2.5%を超えると、リン酸亜
鉛カルシウム系皮膜の生成が少なすぎてよくな
い。好ましい範囲は、0.5〜1.5%である。 リン酸イオンは、0.5未満であるとリン酸塩皮
膜の化成性が悪く、焼付きが発生する。5%を超
えても添加に見合う効果が得られない。好ましい
のは1〜3%である。硝酸イオンは、0.7%未満
では、被加工機の鉄又はその合金の腐食溶解性が
低下するため、化成反応が遅くなつてよくない。
12.0%を超えても、添加に見合う効果が得られな
い。好ましいのは1.5〜7.0%である。 カルシウムイオンと亜鉛イオンの重量比は、
Ca/Zn=0.5未満であるとリン酸亜鉛カルシウム
系皮膜の生成量が少なく耐熱性が低下して強加工
に耐えられなくなり、4.0を超えると、その比に
見合う効果が得られない。むしろ皮膜重量が減少
してよくない。好ましいのは1.0〜2.0である。 鉄イオンと亜鉛イオンの重量比は、Fe/Zn=
0.005未満である皮膜化成性が低下して不均一皮
膜となり強加工に耐えられなくなり、3.0を超え
ると皮膜化成性が低下して強加工に耐えられなく
なる。好ましいのは0.05〜1.0である。 処理液温度は35〜65℃の低温度である。これ
は、硝酸根の酸化力が弱く、2価の鉄イオンが3
価の鉄イオンにならないため、鉄イオンが処理液
中で安定している。70〜85℃の高温にすると、硝
酸根の酸化力が強く、鉄イオン触媒作用による酸
化力の強い亜硝酸に代り、それによつて2価の鉄
イオンが3価の鉄イオンになり、リン酸鉄として
沈澱して、処理液中の鉄イオンがなくなり、好ま
しくない。従つて、好ましい温度範囲は40〜55℃
である。このため、強力な酸化剤は2価の鉄イオ
ンが不安定となるため併用できないが、酸化力の
弱い例えば塩素酸イオンなどは用途に応じて併用
しても良い。 処理液の濃度は全酸度(TA)で管理する。鉄
鋼材料を腐食させるため、遊離のリン酸が処理液
中に存在し、これを遊離酸度(FA)で表わす。
リン酸塩皮膜の化成反応をスムーズに進めるた
め、TA,FA及びTA/FA(酸比)を管理する必
要がある。TA/FAは温度によつて良好な皮膜
化成ができる範囲が決つており、低温度の場合は
高く、高温度の場合は低い値となる。尚、酸比の
調整は水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、水酸
化カリウム、アモンニア水等のアルカリやリン酸
などの酸で行うことができる。 前記した処理液に対して、ニツケル、コバル
ト、銅イオンの1種又は2種以上を添加すること
によつて、リン酸亜鉛カルシウム系皮膜の重量を
増加させることができ、潤滑性を向上する。これ
らのイオンの添加量は、0.01%未満では皮膜重量
を増加させる効果が少なく、又、0.4%を超えて
もそれ以上の効果が期待できない。従つて、好ま
しい範囲はニツケルイオンで0.05〜0.2%程度で
ある。尚、他の金属イオン、例えばマンガン、マ
グネシウム、チタン、ジルコニウムなどを潤滑性
に悪影響を及ぼさない範囲で含んでも良い。 更に前記処理液に対し、リン酸亜鉛カルシウム
の結晶を緻密にするため、例えば酒石酸、クエン
酸、グリセロリン酸などのキレート剤を0.01〜
0.05%程度の範囲で含ませても良い。 〔処理方法の説明〕 前記した処理液を用い、処理液温度を35〜65℃
の範囲にし、浸漬又はスプレー法にて10秒〜20分
間行う。皮膜化成反応を速めるためには予めコロ
イドチタン化合物を含有する表面調整用水溶液、
例えばプレパレンZ(商標名、日本パーカライジ
ング(株)社製)などで被処理金属表面を処理した
り、リン酸塩処理液の濃度を高めることで可能と
なる。被処理金属をリン酸塩処理し、その表面に
リン酸塩皮膜を形成させた後、水洗又は水洗しな
いで乾燥もしくは乾燥することなく潤滑処理を行
う。 潤滑処理としては、アルカリ石鹸水溶液による
処理、金属石鹸含有液による処理、潤滑油処理、
固体潤滑処理等による方法が挙げられる。 アルカリ石鹸処理の例としては、ステアリン酸
ナトリウム等の脂肪酸石鹸の40〜100g/水溶
液に70〜90℃、1〜10分間浸漬処理し、乾燥して
潤滑皮膜を形成させるものがあり、金属石鹸処理
の例としては、ステアリン酸カルシウム、ステア
リン酸バリウム、ステアリン酸亜鉛等の脂肪酸の
金属塩の粉末又は溶媒分散液で処理させるものが
ある。潤滑油の例としては、油脂、合成油、鉱油
等を基油とし、極圧添加剤として硫黄化合物、リ
ン化合物、塩素化合物等を用いるものがある。金
属石鹸以外の固体潤滑剤の例として、2硫化モリ
ブデン、2硫化タングステン、フツ素樹脂、グラ
フアイト、ワツクス等の粉末又は溶媒分散液があ
る。又固体潤滑剤の基材表面に対する密着性を向
上させるために、樹脂を配合する場合もある。 処理される鉄又はその合金としては、例えば、
炭素鋼やSCM系、SNC系、SCr系、SM系、
SMC系、ボロン鋼などが挙げられ、リ酸塩処理
により、その表面にリン酸塩皮膜が生成するもの
である。 次に本発明についていくつかの実施例を挙げ、
比較例と対比して説明する。 実施例 1〜3 S30Cの電縫鋼管を酸洗、水洗し、表1のリン
酸塩処理液で夫々処理理し、次いで石鹸潤滑剤パ
ルーブー235(商品名、日本パーカライジング(株)社
製)、70g/、75℃5分間浸漬し、乾燥後、抽
伸機により表2の条件で引抜加工を行つた。その
結果は表3、表4に示す通りであつた。
【表】
【表】
【表】
【表】
【表】 前記表3、4から明らかなように、実施例1〜
3は充分な皮膜重量が得られ、その皮膜重量に対
するリン酸亜鉛カルシウム系皮膜成分が多く、且
つ金属石鹸量もバランス良く多くなつており、引
抜加工の結果、ダイス及びプラグにおけるパイプ
の焼付発生がなく、潤滑性は良好であつた。 実施例 4〜7 S−45Cの線材(10φ×100mm)を酸洗、水洗
し、表5のリン酸塩処理液で夫々処理し、次いで
水洗してから石鹸潤滑剤パルーブ235(商品
名、日本パーカライジング(株)社製)、70g/、
75℃で5分間浸漬し、乾燥後バウデン式摩擦摩耗
試験機(EFM−4、東洋ボールドウイン社製)
で、表6の条件により焼付(摩擦係数0.2以上)
までの摺動回数を測定した。その結果は表7、表
8に示す通りであつた。
【表】
【表】
【表】
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明に係る冷間加工潤
滑処理方法は、処理液の各成分濃度と、各成分の
亜鉛イオンとの重量比を特定し、更に処理温度を
低温に特定することにより、鉄又はその合金の冷
間加工における苛酷条件に充分耐え得るだけの潤
滑性を付与することができ、それによつて冷間加
工工具の使用寿命も著しく延長させることができ
るという優れた効果を奏する。 又、前記した通り低温領域で処理できるので、
省エネルギーに大きく寄与する等の優れた効果も
奏する。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 鉄又はその合金を冷間加工する際、予め鉄イ
    オン0.01〜2.0%、カルシウムイオン0.5〜3.5%、
    亜鉛イオン0.3〜2.5%、リン酸イオン0.5〜5.0%、
    硝酸イオン0.7〜12.0%の範囲の濃度で且つ亜鉛
    イオンに対する鉄イオンの重量比がFe/Zn=
    0.005〜3.0、亜鉛イオンに対するカルシウムイオ
    ンの重量比がCa/Zn=0.5〜4.0のリン酸塩処理液
    により35〜65℃で処理し、次いで潤滑剤処理を施
    すことを特徴とする鉄又はその合金の冷間加工潤
    滑処理方法。 2 リン酸塩処理液に、ニツケル、銅、コバルト
    の1種又は2種以上のイオンが全体量で0.01〜
    0.4%含まれる前記1項記載の鉄又はその合金の
    冷間加工潤滑処理方法。
JP20796387A 1987-08-21 1987-08-21 Lubricating method in cold-working iron or its alloy Granted JPS6452084A (en)

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