專利名稱：金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在鋼鐵、不銹鋼、鈦、鋁、銅合金、鎂合金等金屬材料的塑性加工中，用于該材料表面的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物。
背景技術(shù)：
在金屬材料的塑性加工中，多使用在礦物油等基礎(chǔ)油中添加有含硫化合物、磷酸化合物、有機(jī)酸、含氯化合物、合成酯、油脂、金屬皂等的油性潤滑劑。例如，在基礎(chǔ)油中添加有由烯烴和亞磷酸等合成的烷基膦酸衍生物得到的鋁合金或非鐵金屬用的油性塑性加工用潤滑劑是公知的(參照專利文獻(xiàn)I)。但是，該潤滑劑雖然能夠用于鋁合金或非鐵金屬， 但在用于加工條件苛酷的鋼或不銹鋼的塑性加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)油膜的保持性不充分而發(fā)生燒蝕、或者因加工負(fù)荷大而使作為工具的沖頭、沖?？赡馨l(fā)生破損的缺點(diǎn)。另外，一般而言，油性塑性加工用潤滑油存在在加工后的干式切削加工工序等中發(fā)煙而使作業(yè)環(huán)境顯著變差的問題，為了解決該問題，需要用清洗劑對(duì)加工后的部件進(jìn)行清洗以除去潤滑覆膜，因而還存在需要使用清洗劑液和需要對(duì)該液進(jìn)行管理等缺點(diǎn)。另一方面，作為水性塑性加工用潤滑劑，例如，提出了將聚醚多元醇和碳原子數(shù)8以下的烷基膦酸等磷酸化合物分散或溶解于水中而成的水性金屬加工用潤滑劑組合物(參照專利文獻(xiàn)2)。該潤滑劑具有由于其為水性因而覆膜容易除去的優(yōu)點(diǎn)。但是，該潤滑劑組合物存在潤滑性、耐燒蝕性、防銹性等差的缺點(diǎn)。因此，在加工條件苛酷的鋼或不銹鋼的鍛造加工等塑性加工中，對(duì)于該潤滑劑組合物而言，通常為了彌補(bǔ)潤滑性、耐燒蝕性等的不足，需要在鍛造加工等之前預(yù)先在加工材料表面生成磷酸鋅鐵等化成處理覆膜，再在該覆膜上用潤滑劑進(jìn)行處理而進(jìn)行鍛造加工等。另外，提出了含有合成樹脂、水溶性無機(jī)鹽、潤滑劑及水的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物(參照專利文獻(xiàn)3)。根據(jù)該潤滑劑組合物，具有能夠獲得強(qiáng)韌且潤滑性好的覆膜的優(yōu)點(diǎn)。但是，該潤滑劑組合物也存在在加工條件苛酷的鋼或不銹鋼的塑性加工中耐燒蝕性不足、有時(shí)難以進(jìn)行加工的缺點(diǎn)。因此，在加工條件苛酷的鋼或不銹鋼的鍛造加工等塑性加工中，通常在生成化成處理覆膜后進(jìn)行鍛造加工等塑性加工。由此可見，根據(jù)現(xiàn)有的水性塑性加工用潤滑劑組合物，多數(shù)情況下需要化成處理覆膜。化成處理覆膜雖然潤滑性、耐燒蝕性優(yōu)良，但由于其為固體覆膜，因此存在如下問題加工時(shí)在工具與加工材料的界面處因高壓滑動(dòng)而產(chǎn)生粉塵，從而污染工作場(chǎng)所；或者化成處理覆膜的剝離物殘留于工具中而成為缺肉的原因。并且，為了在材料表面生成化成處理覆膜，需要經(jīng)過液體管理的大量處理液和處理工序，且化成處理液的廢液處理要花費(fèi)大量經(jīng)費(fèi)。因此，如果不生成作為另一工序的該預(yù)處理的化成處理覆膜而僅直接利用潤滑劑組合物便可進(jìn)行金屬材料的塑性加工，則能夠省略工序，能夠大幅降低加工成本，能夠大大有助于節(jié)省資源、節(jié)省能量。另外，由于同時(shí)能夠使加工生產(chǎn)線一體化，因此能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)周期的縮短等顯著的生產(chǎn)線的改善。
現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :日本特開平5-65493號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2 :日本特開昭59-227990號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)3 :日本特開2000-63880號(hào)公報(bào)
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，該組合物的潤滑性、耐燒蝕性等加工潤滑性能和防銹性優(yōu)良，即使在鋼或不銹鋼的鍛造加工等苛酷的塑性加工中也能夠在無化成處理覆膜的情況下進(jìn)行加工，而且由于潤滑覆膜為水性， 因此僅用水就能夠充分除去該覆膜，具備優(yōu)良的覆膜除去性。本發(fā)明人為了解決現(xiàn)有的塑性加工用潤滑劑所具有的諸多缺點(diǎn)而進(jìn)行了反復(fù)研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以水溶性高分子化合物、優(yōu)選具有特定性質(zhì)的水溶性高分子化合物和無機(jī)金屬鹽以及根據(jù)需要使用的蠟為有效成分、將它們?nèi)芙饣蚍稚⒂谒卸傻乃詽櫥瑒┙M合物，與現(xiàn)有的塑性加工用潤滑劑相比具有極優(yōu)良的加工潤滑性能、防銹性及覆膜除去性，適合作為金屬材料特別是鋼或不銹鋼的塑性加工用潤滑劑，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的，由此完成了本發(fā)明。本發(fā)明提供以下的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物。I. 一種金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中，含有水、(a)水溶性高分子化合物、和(b)無機(jī)金屬鹽，(a)成分及(b)成分溶解或分散于水中，且(a)成分與(b)成分的固體成分重量比(b)/(a)在O. I 5的范圍內(nèi)。2.如上述第I項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物,其中，還含有
(C)蠟，該蠟分散于水中，且(a)成分與(C)成分的固體成分重量比(c)/(a)在5以下的范圍內(nèi)。3.如上述第I項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物,其中，水溶性高分子化合物(a)為選自由水溶性聚醚化合物及水溶性聚酯化合物組成的組中的至少一種化合物，其覆膜強(qiáng)度為I 30MPa，且其覆膜伸長率為600 1000%。4.如上述第I項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物,其中，水溶性高分子化合物(a)的重均分子量為O. 5萬 100萬。5.如上述第I項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中，無機(jī)金屬鹽(b)為選自由磷酸鹽、釩酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽及鎢酸鹽組成的組中的至少一種金屬鹽。6.如上述第2項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中，蠟(C)為選自由熔點(diǎn)50 160°C的天然蠟及熔點(diǎn)50 160°C的合成蠟組成的組中的至少一種蠟。7.如上述第I項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中，還含有I 20重量％的選自由磷酸鋅、氧化鋅、云母、碳酸鈣、二硫化鑰、石墨及氮化硼組成的組中的至少一種固體潤滑劑。8.如上述第I項(xiàng)所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物,其中，還含有O. 5 5重量％的選自由含硫極壓添加劑、有機(jī)鑰類極壓添加劑、含磷極壓添加劑及含氯極壓添加劑組成的組中的至少一種極壓添加劑。
發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，通過含有水溶性高分子化合物、優(yōu)選具有特定性質(zhì)的水溶性高分子化合物和無機(jī)金屬鹽以及根據(jù)需要使用的蠟作為有效成分，能夠獲得如下所述的特別顯著的效果。(I)本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，由于潤滑性、耐燒蝕性等加工潤滑性能和防銹性優(yōu)良，因此在對(duì)鋼鐵、不銹鋼、鈦、鋁、銅合金、鎂合金等金屬材料進(jìn)行鍛造、拉絲、拉管、沖壓等冷塑性加工時(shí)，通過使其在該材料表面形成潤滑覆膜而使用，能夠在無化成處理覆膜的情況下理想地進(jìn)行塑性加工。特別是在鋼或不銹鋼的鍛造加工等苛酷的塑性加工中，也能夠在無化成處理覆膜的情況下進(jìn)行加工。(2)并且，由于使用本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物而形成的潤滑覆膜為水性，因此本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物具有僅用水就能夠充分除去該覆膜的優(yōu)良的覆膜除去性。(3)此外，使用本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物時(shí)，能夠在短時(shí)間內(nèi)簡單形成具有優(yōu)良的加工性的潤滑覆膜，而且加工后的該覆膜除去性也非常良好，因此對(duì)于后續(xù)工序中鍍敷性、涂裝性也是有利的。另外，使用上的廢棄物、能耗量也少，作業(yè)環(huán)境也良好，因此在事業(yè)上的利用價(jià)值也非常大。
具體實(shí)施例方式以下，對(duì)本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物的內(nèi)容進(jìn)行更詳細(xì)的說明。(a)水溶件高分子化合物
本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物中使用的水溶性高分子化合物(a)，用于對(duì)潤滑覆膜賦予柔軟性、隨動(dòng)性。為此而選擇的水溶性高分子化合物需要具有在該組合物中均勻地溶解、干燥時(shí)可形成強(qiáng)韌且柔軟的覆膜的性質(zhì)。作為具有這種性質(zhì)的水溶性高分子化合物，優(yōu)選使用選自由水溶性聚醚化合物及水溶性聚酯化合物組成的組中的一種單一化合物或兩種以上的化合物的混合物，其覆膜強(qiáng)度約為I 30MPa左右，其覆膜伸長率約為600 1000%。此處，覆膜強(qiáng)度(MPa)和覆膜伸長率)根據(jù)JIS K6251或JIS K7312規(guī)定的拉伸試驗(yàn)而測(cè)定。另外，覆膜強(qiáng)度(MPa)和覆膜伸長率)與上述各JIS中的拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度和斷裂時(shí)伸長率相對(duì)應(yīng)。作為水溶性高分子化合物(a)，沒有特別限定，通常優(yōu)選具有約O. 5萬 100萬的重均分子量的水溶性高分子化合物。關(guān)于水溶性高分子化合物(a)的具體例，作為水溶性聚醚化合物可列舉例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚環(huán)氧乙烷、聚環(huán)氧丙烷、聚醚多元醇等，作為水溶性聚酯化合物可列舉例如聚酯類多元醇等。這些水溶性高分子化合物可單獨(dú)使用一種，也可兩種以上組合使用。(b)無機(jī)金屬鹽本發(fā)明組合物中使用的無機(jī)金屬鹽(b)，用于對(duì)潤滑覆膜賦予耐燒蝕性、密合性。為此而選擇的無機(jī)金屬鹽需要具有在組合物中均勻地溶解或分散、干燥時(shí)可形成牢固的覆膜的性質(zhì)。作為具有這種性質(zhì)的無機(jī)金屬鹽，優(yōu)選使用選自由磷酸鹽、釩酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽及鎢酸鹽組成的組中的一種單一金屬鹽或兩種以上的金屬鹽的混合物。
作為無機(jī)金屬鹽(b)的具體例，可列舉例如磷酸鈉、磷酸鉀、釩酸鈉、釩酸鉀、硼酸鈉、硼酸鉀、硅酸鈉、鎢酸鈉等。這些無機(jī)金屬鹽可單獨(dú)使用一種，也可兩種以上組合使用。關(guān)于水溶性高分子化合物(a)與無機(jī)金屬鹽(b)的配合比率，以固體成分重量比計(jì)優(yōu)選(b)/(a)約為O. I 5。固體成分重量比(b)/(a)小于O. I時(shí)，覆膜的耐燒蝕性可能不足，固體成分重量比(b)/(a)超過5時(shí)，覆膜的隨動(dòng)性可能不足。(C)蠟作為本發(fā)明組合物中使用的蠟(C)，優(yōu)選使用分散于水的天然蠟或分散于水的合成蠟。蠟(C)是為了通過塑性加工時(shí)的加工熱達(dá)到其熔點(diǎn)以上而發(fā)生熔融以減輕金屬之間的摩擦而添加的。因此，優(yōu)選單獨(dú)使用選自由熔點(diǎn)約為50 160°C的天然蠟及熔點(diǎn)約為50 160°C的合成蠟組成的組中的一種蠟或者組合使用上述兩種以上的蠟。 作為蠟(c)的具體例，可列舉例如巴西棕櫚蠟、石蠟、微晶蠟、聚乙烯蠟、聚丙烯蠟等。蠟(C)并非本發(fā)明組合物的必須成分，但從上述減輕摩擦的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選單獨(dú)使用一種以分散或乳化的狀態(tài)分散于水中的蠟或者組合使用兩種以上的上述蠟而含于本發(fā)明的水性塑性加工用潤滑劑組合物中。關(guān)于水溶性高分子化合物(a)與蠟(C)的配合比率，優(yōu)選固體成分重量比(c)/(a)在O 5的范圍內(nèi)。該比率超過5時(shí)，覆膜的柔軟性、隨動(dòng)性可能會(huì)降低。其他成分此外，本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物中，在加工條件苛酷的情況下或?qū)嵤櫥材さ奈鼭駥?duì)策的情況下，優(yōu)選含有固體潤滑劑。另外，在加工條件苛酷的塑性加工中，優(yōu)選含有加工時(shí)在工具與金屬的接觸面發(fā)揮極壓效果的極壓添加劑。作為固體潤滑劑的具體例，可列舉例如磷酸鋅、氧化鋅、云母、碳酸鈣、二硫化鑰、石墨、氮化硼等。這些固體潤滑劑可單獨(dú)使用一種或組合使用兩種以上。含有固體潤滑劑時(shí)，其含量在本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物中優(yōu)選設(shè)定為約I 20重量％。作為極壓添加劑，可列舉例如含硫極壓添加劑、有機(jī)鑰類極壓添加劑、含磷極壓添加劑、含氯極壓添加劑等。這些極壓添加劑可單獨(dú)使用一種或組合使用兩種以上。含有極壓添加劑時(shí)，其含量在本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物中優(yōu)選設(shè)定為約
O. 5 5重量％。為使無機(jī)金屬鹽、蠟、固體潤滑劑及極壓添加劑分散或乳化于水中而需要表面活性劑時(shí)，可以使用非離子性表面活性劑、陰離子性表面活性劑、兩性表面活性劑、陽離子性表面活性劑中的任一種。這些表面活性劑可以各自單獨(dú)使用或組合使用兩種以上。作為非離子表面活性劑，沒有特別限定，但可列舉例如聚氧乙烯烷基醚；聚氧乙稀燒基苯基釀、聚氧丙稀燒基苯基釀、聚氧(乙稀及丙稀混合)燒基苯基釀等聚氧化稀苯基醚；由聚乙二醇或環(huán)氧乙烷與高級(jí)脂肪酸構(gòu)成的聚氧乙烯烷基酯；由山梨醇酐、聚乙二醇和高級(jí)脂肪酸構(gòu)成的聚氧乙烯山梨醇酐烷基酯等。作為構(gòu)成聚氧乙烯烷基酯及聚氧乙烯山梨醇酐烷基酯的高級(jí)脂肪酸，可列舉例如碳原子數(shù)12 18的脂肪酸。作為陰離子性表面活性劑，沒有特別限定，但可列舉例如脂肪酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽、二硫代磷酸酯鹽等。作為兩性表面活性劑，沒有特別限定，但可列舉例如氨基酸型及甜菜堿型的羧酸鹽、硫酸酯鹽、磺酸鹽、磷酸酯鹽等。作為陽離子性表面活性劑，沒有特別限定，但可列舉例如脂肪酸胺鹽、季銨鹽等。水性塑性加工用潤滑劑組合物的制造方法及使用方法作為本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物的制造方法，沒有特別限制，可以通過常規(guī)方法加以制造。例如，可通過如下方法制造將水溶性高分子化合物及蠟根據(jù)需要使用表面活性劑和水制成分散液后，添加到無機(jī)金屬鹽的水溶液中并充分?jǐn)嚢?。進(jìn)而將作為任選成分的固體潤滑劑和/或極壓添加劑根據(jù)需要使用表面活性劑和水制成分散液或乳化液后，添加并進(jìn)行攪拌，由此可以制造。本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，可以適合用作在進(jìn)行鋼鐵、 不銹鋼、鈦、鋁、銅合金、鎂合金等的冷塑性加工時(shí)而使用的潤滑劑。作為該冷塑性加工，可列舉例如拉絲、拉管、鍛造等。使用本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物的金屬材料的形狀、表面狀態(tài)，沒有特別限定。本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，通過噴淋、浸潰、噴霧等方法涂布到金屬材料表面上。涂布只要使加工對(duì)象表面完全被本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物覆蓋即可，對(duì)涂布時(shí)的接觸時(shí)間沒有限制。但是，所涂布的本發(fā)明的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，需要使水分完全干燥而形成干燥覆膜。對(duì)于干燥方法沒有特別限制，優(yōu)選利用約50 150°C的熱風(fēng)，使其干燥直到涂布對(duì)象金屬材料表面達(dá)到約40 80。。。本發(fā)明的水性塑性加工用潤滑劑組合物在形成干燥覆膜后的平均覆膜附著量，優(yōu)選約為O. 5 20g/m2。附著量的調(diào)節(jié)可通過利用水分量調(diào)節(jié)本發(fā)明的水性塑性加工用潤滑劑組合物的濃度，或者通過先形成干燥覆膜然后再次進(jìn)行涂布干燥等重復(fù)涂布而進(jìn)行調(diào)節(jié)，或者通過噴霧等調(diào)節(jié)排出量、涂布時(shí)間來實(shí)施。作為利用水分量進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)的水，可使用離子交換水、自來水、地下水等，沒有特別限制。實(shí)施例以下，列舉實(shí)施例及比較例更具體地說明本發(fā)明。但是，本發(fā)明不限于這些例子。實(shí)施例I 6及比較例I 2如下表I所示，將(a)成分(水溶性高分子化合物)、(b)成分(無機(jī)金屬鹽)、(C)成分(蠟)及水進(jìn)行配合，制備實(shí)施例I 6的本發(fā)明水性塑性加工用潤滑劑組合物及比較例I 2的比較用水性塑性加工用潤滑劑組合物。表中的配合量的數(shù)值表示成分重量％。表I
權(quán)利要求
1.ー種金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 含有水、(a)水溶性高分子化合物、和(b)無機(jī)金屬鹽，(a)成分及(b)成分溶解或分散于水中，且(a)成分與(b)成分的固體成分重量比(bV(a)在O. I 5的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求I所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 還含有(C)蠟，所述蠟分散于水中，且(a)成分與(C)成分的固體成分重量比(c)Aa)在5以下的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求I所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 水溶性高分子化合物(a)為選自由水溶性聚醚化合物及水溶性聚酯化合物組成的組中的至少ー種化合物，其覆膜強(qiáng)度為I 30MPa，且其覆膜伸長率為600 1000%。
4.如權(quán)利要求I所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 水溶性高分子化合物(a)的重均分子量為O. 5萬 100萬。
5.如權(quán)利要求I所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 無機(jī)金屬鹽(b)為選自由磷酸鹽、釩酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽及鎢酸鹽組成的組中的至少一種金屬鹽。
6.如權(quán)利要求2所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 蠟(c)為選自由熔點(diǎn)50 160°C的天然蠟及熔點(diǎn)50 160°C的合成蠟組成的組中的至少ー種蠟。
7.如權(quán)利要求I所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 還含有I 20重量％的選自由磷酸鋅、氧化鋅、云母、碳酸鈣、ニ硫化鑰、石墨及氮化硼組成的組中的至少ー種固體潤滑劑。
8.如權(quán)利要求I所述的金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中， 還含有O. 5 5重量％的選自由含硫極壓添加剤、有機(jī)鑰類極壓添加剤、含磷極壓添加劑及含氯極壓添加劑組成的組中的至少ー種極壓添加剤。
全文摘要
本發(fā)明提供一種金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，該組合物的潤滑性、耐燒蝕性等加工潤滑性能和防銹性優(yōu)良，即使在鋼或不銹鋼的鍛造加工等苛酷的塑性加工中也能夠在無化成處理覆膜的情況下進(jìn)行加工，而且由于潤滑覆膜為水性，因此僅用水就能夠充分除去該覆膜，具備優(yōu)良的覆膜除去性。一種金屬材料的水性塑性加工用潤滑劑組合物，其中，含有水、(a)水溶性高分子化合物、和(b)無機(jī)金屬鹽，(a)成分及(b)成分溶解或分散于水中，且(a)成分與(b)成分的固體成分重量比(b)/(a)在0.1～5的范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)C10M173/02GK102649919SQ201210041209
公開日2012年8月29日 申請(qǐng)日期2012年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者喜多良彥, 喜田守, 黑田將文 申請(qǐng)人:大同化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社