JPH04514B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ この発明は、自動車や建設機械、農機具等の各
種の部品、各種工具の部品、電気機器の各種の部
品等を温間鍛造で製造する際にその前処理として
行われる潤滑処理方法に関する。 ［従来の技術］ 金属材料の鍛造を行う際の鍛造方式には大きく
分けて冷間、温間及び熱間の３方式が知られてお
り、それぞれの長所及び短所については多くの文
献等で報告されているが、精度を要求される加工
では温間域での鍛造が品質的にもエネルギー的に
も最も優れているとされている。 そして、この温間鍛造を行う際には、その前処
理として金属材料の表面の潤滑処理が行われる
が、従来においては固体潤滑剤の水分散液又は油
分散液中に金属材料を浸漬するか、この金属材料
に上記固体潤滑剤の水分散液又は油分散液を噴霧
等で塗布することが行なわれている。 ［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記従来の潤滑処理方法では、
金属材料の表面に形成される潤滑被膜の強度が不
足したり、温間鍛造時に固体潤滑剤の新生面への
導入等が不足し、加工度が小さい成形の際には満
足できる結果を得ることができても、加工度が大
きくなると、型のかじりや焼付きが生じ、また、
金型の寿命が短くなつて到底満足し得る潤滑処理
方法であるとはいえなかつた。 本発明は、かかる観点に鑑みて創案されたもの
で、300〜800℃の温間域で優れた潤滑性能を発揮
し、加工時に発生する新生面への追従性に優れて
いて型のかじりや焼付きを引起こすことがほとん
どない潤滑被膜を形成することができる金属材料
の温間鍛造用潤滑処理方法を提供するものであ
る。 ［問題点を解決するための手段］ すなわち、本発明は、金属材料の温間鍛造に先
駆けて、電着塗装によつて金属材料の表面に、水
溶液中でイオン解離可能な極性基を有する水溶性
又は水分散性の電着樹脂と潤滑性固体粉末とを含
有する潤滑被膜を形成せしめる金属材料の温間鍛
造用潤滑処理方法である。 本発明方法によつて潤滑処理される金属材料と
しては、それが温間鍛造の対象になり、かつ、電
着塗装の手段によつて塗装され得るものであれば
特に制限はなく、例えば、機械構造用鋼、ステン
レス鋼、チタン、各種合金等を挙げることができ
る。 本発明方法においては、上記金属材料の温間鍛
造に先駆けてその表面に、水溶液中でイオン解離
可能な極性基を有する水溶性又は水分散性の電着
樹脂と潤滑性固体粉末とを含有する潤滑被膜を形
成する。 本発明方法で使用する水溶液中でイオン解離可
能な極性基を有する水溶性又は水分散性の電着樹
脂は、例えばカルボキシル基、アミノ基、アミド
基、スルフオン基等の極性基を有し、適当な酸又
は塩基で中和することにより水溶性あるいは水分
散性となつて電気泳動性を示す樹脂であればよ
い。このような電着樹脂としては、例えば、乾性
油、アクリル系樹脂、アルキツド系樹脂、アクリ
ルアルキツド系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル
エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂、アクリルメラ
ミン系樹脂、フエノール系樹脂、アクリルフエノ
ール系樹脂、アクリル尿素系樹脂、アクリル変性
ポリエステル系樹脂、ベンゾグアナミン系樹脂、
アミド系樹脂、エステル系樹脂、ウレタン系樹脂
をアニオン化変性したもの又はカチオン化変性し
たものを挙げることができ、陰イオン型であつて
も、また、陽イオン型であつても使用できる。こ
れらの電着樹脂はその１種のみを単独で使用でき
るほか、同種のイオン型であれば２種以上の混合
物として使用することもできる。また、この電着
樹脂を水溶性あるいは水分散性にするための酸と
しては塩酸等の鉱酸又は酢酸等の有機酸を使用す
ることができ、また、塩基としてはアルカリ、ア
ンモニアのほか、エチルアミン、ジメチルアミノ
プロピルアミン、モノエタールアミン、ジメチル
モルホリン等の有機アミンを挙げることができ
る。 また、本発明方法で使用する潤滑剤において、
潤滑性固体粉末としては、その使用温度及び潤滑
面での塑性圧の下で層状に滑るものや使用温度で
溶融して潤滑性能を発揮するものであれば如何な
るものであつてもよく、代表的には結晶構造とし
て最密六方晶系に属するものや層状構造を有する
もの等を挙げることができる。この潤滑性固体粉
末の具体例としては、例えば、黒鉛、弗化黒鉛、
窒化硼素、マイカ、タルク、二硫化タングステ
ン、ガラス、ロウ石、二硫化モリブデン、酸化チ
タン、テフロン、無機燐酸塩、硫化亜鉛等を挙げ
ることができ、これらはその１種のみを単独で使
用できるほか、２種以上の混合物としても使用で
きる。これらの潤滑性固体粉末として好ましいも
のは、黒鉛又はこの黒鉛と他の潤滑性固体粉末の
１種又は２種以上の混合物である。 上記潤滑性固体粉末については、好ましくはそ
の表面を樹脂で被覆した樹脂被覆潤滑性固体粉末
として使用することであり、より好ましくはこの
潤滑性固体粉末の表面を被覆する被覆樹脂として
水溶液中でイオン解離可能な極性基を有する水溶
性又は水分散樹脂、好ましくはアクリル酸、メタ
クリル酸、アレイン酸、イタコン酸、アクリルア
ミド等の少なくとも１つとビニル系モノマーとの
共重合体からなる樹脂を使用することである。 上記潤滑性固体粉末の表面を樹脂で被覆する方
法としては、従来一般に知られている界面重合
法、in situ重合法、液中硬化被覆法、水溶液か
らの相分離法、有機溶液からの相分離法、液中乾
燥法、融解分散冷却法、内包物交換法、粉床法、
気中懸濁被覆法、スプレードライング法、真空蒸
着法、静電合体法等があるが、好ましくは潤滑性
固体粉末の表面に電荷を付与し得る金属塩や有機
物を吸着させた後、この金属塩や有機物と反対の
電荷を有する熱可塑性樹脂ラテツクスの１種又は
２種以上を含有する樹脂溶液又は分散液に接触さ
せる方法であり、より好ましくは潤滑性固体粉末
の表面にビニル系単量体をグラフト重合させる方
法である。 上記潤滑性固体粉末の表面にビニル系単量体を
グラフト重合させる方法としては、ラジカル重合
開始剤の存在下で種々の重合法、例えば、塊状重
合法、溶液重合法等で行うことができるが、亜硫
酸イオンを生成せしめる化合物の存在下に水性媒
質中で潤滑性固体粉末とビニル系単量体とを懸濁
重合させる方法が特に好ましく、また、懸濁重合
の媒質としては水が一般的であるが、これに限定
されず水とメタノールとの混合物等他の水性媒質
を用いることができる。また、懸濁重合における
重合開始剤としては、水性媒質中において亜硫酸
水素イオンを生成せしめる化合物、例えば、二酸
化イオウガスの吹込み、亜硫酸水溶液、あるい
は、亜硫酸水素ソーダ、亜硫酸水素アンモン等の
亜硫酸塩、さらには、過硫酸カリウム、過硫酸ナ
トリウム過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩等を単
独又は混合して用いることができる。 この潤滑性固体粉末の表面にビニル系単量体を
グラフト重合させる方法の好ましい態様として
は、潤滑性固体粉末を予め界面活性剤で処理して
この潤滑性固体粉末の表面に選択的な重合の場と
なる界面活性剤の分子層を形成せしめ、次いで液
体分散媒中の潤滑性固体粉末の表面にビニル系単
量体を重合させることにより、潤滑性固体粉末表
面の全部又は大部分をビニル系ポリマーで被覆す
るのがよい。 上記液体分散媒中で潤滑性固体粉末と接触し、
その表面に選択的な重合場となる分子層を形成す
る界面活性剤としては、通常界面活性剤として使
用されているほとんどのものを使用することがで
きる。 また、上記潤滑性固体粉末の表面で重合してこ
の潤滑性固体粉末の表面を被覆するビニル系単量
体としては、アクリル酸、メタクリル酸、α―ク
ロルアクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸、
マレイン酸、フマル酸等の不飽和カルボン酸等の
イオン解離性ビニル系単量体や、塩化ビニル、フ
ツ化ビニルのようなハロゲン化ビニルや、スチレ
ン、α―メチルスチレンのようなスチレン化合
物、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのような脂
肪族ビニルエステルや、アクリル酸メチル、メタ
クリル酸メチル、グリシジルメタクリレート、メ
タクリル酸ラウリルのような不飽和カルボン酸エ
ステル等の非イオン解離性ビニル系単量体を挙げ
ることができ、好ましくは水溶液中でイオン解離
可能な極性基を有する水溶性又は水分散性樹脂、
例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、
イタコン酸、アクリルアミド等の少なくとも１つ
とビニル系モノマーとの共重合体からなる樹脂を
生成するビニル系単量体を挙げることができる。
この潤滑性固体粉末の表面にグラフト重合により
樹脂を被覆させる際の樹脂量は、被覆樹脂が水溶
液中でイオン解離可能な極性基を有する水溶性又
は水分散性樹脂である場合には0.1〜75重量％、
好ましくは0.5〜50重量％であり、被覆樹脂が上
記水溶性又は水分散性樹脂でない場合には通常
0.1〜30重量％、好ましくは0.5〜20重量％であ
る。 本発明において、上記電着樹脂と潤滑性固体粉
末との配合割合は、使用する電着樹脂及び潤滑性
固体粉末の種類あるいはこの潤滑性固体粉末が樹
脂被覆されているか否か及びこの被覆樹脂の種類
等によつて異なるが、潤滑性固体粉末100重量部
に対して電着樹脂が10〜300重量部、好ましくは
20〜200重量部である。この電着樹脂の使用量が
10重量部より少ないと金属材料の表面に形成され
る潤滑被膜の強度が不足して円滑な温間鍛造を行
い得なくなり、また、300重量部より多くなると
金属材料の表面に形成される潤滑被膜の潤滑特性
が樹脂によつて支配され、潤滑性固体粉末を使用
する特徴が減少する。なお、潤滑性固体粉末の被
覆樹脂として水溶液中でイオン解離可能な極性基
を有する水溶性又は水分解性樹脂を使用した場合
であつてその樹脂量が10〜75重量％の範囲にある
場合には、この被覆樹脂が電着樹脂としての作用
もするので、特に上記電着樹脂を別個に使用しな
くてもよい。 本発明において、金属材料の表面に上記電着樹
脂と潤滑性固体粉末とを含有する潤滑被膜を形成
する電着塗装方法については、従来一般に行なわ
れている方法でよく、上記電着樹脂と潤滑性固体
粉末とを適当な酸又は塩基及び必要に応じて６価
のクロム酸塩を使用して水に溶解又は分散させて
電着液を調製し、電着樹脂が水溶液中で陰イオン
に解離する場合には金属材料側を陽極にし、ま
た、陽イオンに解離する場合には金属材料側を陰
極にして行う。なお、被加工材となる金属材料の
電着塗装処理を行う前にこの金属材料のスケール
除去や脱脂等が必要であり、このために通常よく
行なわれている各種の洗浄方法、例えば酸洗、ト
リクロロエチレン蒸気脱脂洗浄、超音波洗浄、ブ
ラスト洗浄等を採用することができる。 この電着塗装の際の条件は、電着液中の固形分
濃度が通常３〜50重量％、好ましくは５〜30重量
％であり、電着液のPHについては、アニオン型の
場合は好ましくは7.5〜8.5であつて、カチオン型
の場合は好ましくは5.5〜6.9であり、電着液温度
は10〜90℃、好ましくは30〜80℃であり、電圧は
50〜300V、好ましくは70〜250Vであり、通電時
間は５〜240秒、好ましくは10〜180秒である。こ
れら電着液の固形分濃度、電着液温度、電圧、通
電時間等を適宜変えることにより、金属材料の表
面に形成される潤滑被膜の膜厚を調製することが
できる。この金属材料の表面に形成する潤滑被膜
の膜厚は、通常５〜300μｍ、好ましくは10〜
150μｍの範囲がよい。 ［作用］ 本発明方法によれば、金属材料の表面に電着樹
脂と潤滑性固体粉末とを含有する潤滑被膜を電着
塗装によつて形成しているので、この金属材料の
表面に電着樹脂が直接強固に化学結合し、しか
も、併用している潤滑性固体粉末がこの電着樹脂
中に取り込まれ、金属材料の表面で極めて強固な
潤滑被膜を形成しているものと考えられる。 ［実施例］ 以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明方
法を具体的に説明する。 実施例 １ 平均粒径約2μｍの黒鉛粉末100重量部を水1000
重量部中に懸濁させ、これにブチルアクリレート
とアクリル酸とを重量比３：１の割合で混合した
アクリル系単量体50重量部と6wt％亜硫酸水溶液
80重量部とを加え、60℃で５時間撹拌しながら反
応させ、濾過、水洗した後乾燥し、黒鉛の表面に
ブチルアクリレート・アクリル酸コポリマーが被
覆した樹脂量31重量％の樹脂被覆黒鉛粉末145重
量部を得た。 次に、得られた樹脂被覆黒鉛粉末100重量部を
水1000重量部に懸濁し、アンモニア水でPH7.5に
調整して電着液とした。この電着液を使用し、直
径30mm×高さ45mmの被加工材である金属材料（材
質S45C）を陽極とし、ステンレス鋼板
（SUS304）を陰極として電着塗装を行い、金属
材料の表面に膜厚60μｍの潤滑被膜を形成した。
この潤滑被膜の黒鉛含有率は68重量％であつた。 このようにして被加工材の金属材料を潤滑処理
した後、この被加工材を高周波で550℃及び700℃
に加熱し、200tonプレスでそれぞれ145ton及び
70tonかけた時の被加工材の最大直径を第１表に
示す。被加工材における潤滑被膜の膜切れや金型
焼付きがなく、プレスによる温間鍛造を極めて円
滑に行うことができた。 実施例 ２ 平均粒径約2μｍの黒鉛粉末100重量部を水1000
重量部中に懸濁させ、これにメチルメタクリレー
ト単量体５重量部と6wt％亜硫酸水溶液20重量部
とを加え、60℃で３時間撹拌しながら反応させ、
濾過、水洗した後乾燥し、黒鉛の表面にメチルメ
タクリレート樹脂が被覆した樹脂量4.7重量％の
樹脂被覆黒鉛粉末105重量部を得た。 次に、得られた樹脂被覆黒鉛粉末50重量部とア
クリル系アニオン型電着樹脂（東亜合成(株)製商品
名：アロンS4020）100重量部とを水1000重量部
に懸濁し、アンモニア水でPH7.5に調整して電着
液とした。この電着液を使用し実施例１と同様に
して電着塗装を行い、金属材料の表面に膜厚40μ
ｍの潤滑被膜を形成した。この潤滑被膜の黒鉛含
有率は63重量％であつた。 このようにして潤滑処理した被加工材につい
て、上記実施例１と同様の条件でプレス加工を行
つた。被加工材の加工後の最大直径を第１表に示
す。被加工材における潤滑被膜の膜切れや金型焼
付きがなく、プレスによる温間鍛造を極めて円滑
に行うことができた。 実施例 ３ 平均粒径約2μｍの黒鉛粉末50重量部と実施例
２で使用したアクリル系アニオン型電着樹脂100
重量部とを水1000重量部に懸濁し、アンモニア水
でPH7.5に調整して電着液とした。この電着液を
使用し実施例１と同様にして電着塗装を行い、金
属材料の表面に膜厚30μｍの潤滑被膜を形成し
た。この潤滑被膜の黒鉛含有率は60重量％であつ
た。 このようにして潤滑処理した被加工材につい
て、上記実施例１と同様の条件でプレス加工を行
つた。被加工材の加工後の最大直径を第１表に示
す。被加工材における潤滑被膜の膜切れや金型焼
付きがなく、プレスによる温間鍛造を極めて円滑
に行うことができた。 実施例 ４ 平均粒径約6μｍの窒化硼素粉末50重量部とア
ルキツド樹脂（大日本インキ(株)製商品名：ウオー
ターゾールＳ―136）100重量部とを使用し、実施
例３と同様にして電着液とした。この電着液を使
用し実施例１と同様にして電着塗装を行い、金属
材料の表面に膜厚15μｍの潤滑被膜を形成した。
この潤滑被膜の窒化硼素含有率は50重量％であつ
た。 このようにして潤滑処理した被加工材につい
て、上記実施例１と同様の条件でプレス加工を行
つた。被加工材の加工後の最大直径を第１表に示
す。被加工材における潤滑被膜の膜切れや金型焼
付きがなく、プレスによる温間鍛造を極めて円滑
に行うことができた。 比較例 １ 実施例１で調製した電着液中に実施例１で使用
した被加工材を浸漬したところ付着が不十分であ
つたので、実施例１の電着液をエアスプレーで実
施例１の被加工材に塗布してその表面に膜厚60μ
ｍの潤滑被膜を形成し、実施例１と同様の条件で
プレス成形を行つた。被加工材の加工後の最大直
径を第１表に示す。この時、被加工材における潤
滑被膜の膜切れが一部発生し、金型への焼付きが
認められた。 比較例 ２ 実施例２で調製した電着液中に実施例１で使用
した被加工材を浸漬してその表面に膜厚40μｍの
潤滑被膜を形成し、実施例１と同様の条件でプレ
ス成形を行つた。被加工材の加工後の最大直径を
第１表に示す。この時、被加工材における潤滑被
膜の膜切れが発生し、金型への焼付きが認められ
た。 比較例 ３ 実施例３で調製した電着液中に実施例１で使用
した被加工材を浸漬してその表面に膜厚30μｍの
潤滑被膜を形成し、実施例１と同様の条件でプレ
ス成形を行つた。被加工材の加工後の最大直径を
第１表に示す。この時、被加工材における潤滑被
膜の膜切れが発生し、金型への焼付きが認められ
た。 比較例 ４ 実施例４で調製した電着液中に実施例１で使用
した被加工材を浸漬してその表面に膜厚15μｍの
潤滑被膜を形成し、実施例１と同様の条件でプレ
ス成形を行つた。被加工材の加工後の最大直径を
第１表に示す。この時、被加工材における潤滑被
膜の膜切れが発生し、金型への焼付きが認められ
た。

【表】 上記第１表の結果から明らかなように、各実施
例における被加工材の変形量は各比較例の場合に
比べてはるかに大きくなつており、また、潤滑被
膜の膜切れや金型への焼付きも発生しない。 ［発明の効果］ 本発明の金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法に
よれば、300〜800℃の温間域で優れた潤滑性能を
発揮し、成形性が増すと共に加工時に発生する新
生面への追従性に優れていて型のかじりや焼付き
を引起こすことがほとんどない潤滑被膜を形成す
ることができ、金属材料の温間鍛造を容易に行う
ことができるほか、金型の寿命を改善することが
できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 金属材料の温間鍛造に先駆けて、電着塗装に
   よつて金属材料の表面に、水溶液中でイオン解離
   可能な極性基を有する水溶性又は水分散性の電着
   樹脂と潤滑性固体粉末とを含有する潤滑被膜を形
   成せしめることを特徴とする金属材料の温間鍛造
   用潤滑処理方法。 ２ 潤滑性固体粉末としてその表面が樹脂被覆さ
   れた樹脂被覆潤滑性固体粉末を使用する特許請求
   の範囲第１項記載の金属材料の温間鍛造用潤滑処
   理方法。 ３ 潤滑性固体粉末の表面を被覆する被覆樹脂が
   水溶液中でイオン解離可能な極性基を有する水溶
   性又は水分散性樹脂である特許請求の範囲第２項
   記載の金属材料の温間鍛造用潤滑処理方法。