[发明专利]耐腐蚀性优异的塑性加工用水系润滑剂和塑性加工性优异的金属材料

说明书

技术领域

本发明涉及在锻造、拔丝、拉管、轧制成形、压制等低温领域中的塑性加工中为了赋予钢铁、不锈钢、铝和铝合金、钛和钛合金、铜和铜合金、镁和镁合金等各种金属材料表面耐腐蚀性而使用的塑性加工用润滑剂以及在材料表面上涂布该润滑剂并干燥而形成了被膜的金属材料。对于技术领域，更详细地说，一般地在塑性加工用水系润滑剂中，配合了水溶性无机盐、水溶性高分子等水溶性成分作为润滑剂成分。由于这些成分与水的亲和力强，耐水性低，因此在高温和高湿度环境下，大气中的水蒸汽浸入润滑被膜中，并到达金属表面而生锈。因此，本发明涉及即使在高温和高湿度环境下也具有高耐腐蚀性的塑性加工用水系润滑剂和利用该润滑剂在材料表面上形成了被膜的金属材料。

背景技术

在以锻造、拔丝、拉管、轧制成形、压制等为代表的塑性加工中，金属表面之间(特别是模具与被加工材料)剧烈地相互摩擦时产生的摩擦，成为加工能量的增大、放热、烧结现象等的原因，因此使用了目的在于减轻摩擦力的各种润滑剂。作为润滑剂，自古以外，使用油、皂类等，通过供给于摩擦表面，作为流体润滑膜使摩擦力减小，但伴随着表面积扩大引起的强烈地放热，对于在高表面压力下进行滑动的塑性加工，润滑性不充分，或者由于润滑膜断裂等，容易发生烧结现象。因此，通常被广泛使用的技术如下：具有充分的被膜强度，即便在高表面压力下也存在于模具与被加工材料的界面，由此难以引起润滑膜断裂且能够避免金属之间的直接接触的硼砂(borax)被膜、磷酸盐结晶被膜等无机被膜、树脂被膜等固体被膜预先被覆金属材料表面的技术。

另一方面，近年来，加工能量的进一步降低化、强加工度化、对难加工材料的应对、被膜工艺的环境保护性(例如对于磷酸盐处理，由于大量产生淤渣等产业废弃物，因此环境保护上存在问题)、对无润滑粉或无润滑油加工的应对等对固体被膜的要求遍及多方面，并且不断急速地高涨，对于这些要求，不断开发考虑环境保护，同时具有高度的润滑性的固体被膜。该技术采用只是在被加工材料的表面涂布水系的塑性加工润滑剂并干燥的简便的工序形成具有高度的润滑性的被膜。作为这样的技术，专利文献1中公开了金属材料的塑性加工用润滑剂组合物，其特征在于，含有(A)合成树脂、(B)水溶性无机盐和水，(B)/(A)(固体成分质量比)为0.25/1～9/1，合成树脂溶解或分散。专利文献1中还记载了作为润滑成分，优选含有1～20质量％的选自金属皂、蜡、聚四氟乙烯和油中的至少一种，作为上述水溶性无机盐，优选选自硫酸盐、硼酸盐、钼酸盐、钒酸盐和钨酸盐中的至少一种。该技术是润滑被膜通过在由(A)合成树脂和(B)水溶性无机盐构成的固体被膜中金属皂、蜡等润滑成分粘结而形成，将其涂布于被加工材料表面，从而简便且省力地得到具有高度的加工性能的润滑被膜的优异的技术。该技术主要在塑性加工领域中广泛使用，不断开发即使与工业上具有实际成果的磷酸盐被膜和皂的组合相比，在表面积扩大也增大的强加工用途中也优异的技术，是有希望的技术。

专利文献1：日本专利3881129

此外，专利文献2中，公开了金属材料塑性加工用水系润滑剂，其为使(A)选自硫酸盐、硅酸盐、硼酸盐、钼酸盐和钨酸盐中的至少一种的水溶性无机盐和(B)蜡，在需要时加入表面活性剂，并在水中溶解或分散的组合物，其特征在于，固体成分质量比(B)/(A)在0.3～1.5的范围内。该技术是通过使固体被膜的主成分为水溶性无机盐，在该固体被膜中配合润滑剂的蜡，从而与专利文献1同样地具有高度的加工性能的优异的技术。

专利文献2：日本专利3984159

如专利文献1和专利文献2中记载那样，水溶性无机盐、水溶性树脂是塑性加工用水系润滑剂的固体被膜的必要成分。其理由在于，由水溶性无机盐、水溶性树脂构成的润滑被膜具有充分的被膜强度，如前所述即使在高表面压力下也存在于模具与被加工材料的界面，难以产生润滑膜断裂，能够避免金属之间的直接接触。因此，对于塑性加工用水系润滑剂，通过在由水溶性无机盐、水溶性树脂形成的固体被膜中组合能够减小摩擦系数的适当的润滑剂，从而在塑性加工时能够维持良好的润滑状态。

对于由水溶性成分构成的塑性加工用水系润滑剂的被膜形成机理进行说明。水溶性成分的水溶性无机盐以及水溶性树脂在润滑剂处理液中为在水中溶解或分散的状态，如果在金属材料表面涂布润滑剂并干燥，则溶剂的水蒸发而形成润滑被膜。此时，水溶性无机盐以及水溶性树脂在金属材料表面作为固形物析出，形成固体被膜。这样形成的固体被膜具有能耐受塑性加工的被膜强度，通过配合减小摩擦系数的适当的润滑剂，在塑性加工时显示良好的润滑性。