專利名稱：金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物、潤滑被膜及具備其之被覆金屬材料、以及被覆金屬材 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種使用于供于冷加工或溫加工的各種被加工用金屬材料的金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物、由該組成物所形成的潤滑被膜及被覆有該皮膜的被覆金屬材料、以及被覆金屬材料的制造方法。
背景技術(shù)：
先前，不銹鋼或鈦、鎳基合金等特殊金屬材料與其它普通金屬相比，具有耐腐蝕性、耐熱性及機(jī)械特性等多種優(yōu)異特性，是當(dāng)今技術(shù)進(jìn)步不可或缺者。所述特殊金屬材料廣泛應(yīng)用于例如螺釘、螺栓、螺母、針、繩索、軸承或彈簧等機(jī)械元件制品或各種機(jī)械構(gòu)成材料。但是，上述特殊金屬材料由于高強(qiáng)度、硬質(zhì)且缺乏韌性，故屬于難加工材料。例如所述難加工性的金屬材料在進(jìn)行用于制成上述各種制品的加工時，易產(chǎn)生材料的破裂、斷線或折損等加工問題。因此，為了抑制所述問題，并且謀求模具、輥及沖頭(punch)等加工用工具的長壽命化，業(yè)界正謀求最佳的潤滑技術(shù)。例如，供于“將上述特殊金屬材料細(xì)徑化的拉線加工”、或“對所獲得的細(xì)線進(jìn)行鍛粗機(jī)(header)鍛粗(heading)或者彈簧成形”的情形時,先前是在金屬材料的表面鍍敷Cu、Ni或其它金屬，或施予樹脂材料、石灰、草酸鹽、或磷酸鹽等有機(jī)、無機(jī)的各種潤滑被膜。又，除形成此種被覆的方法以外，亦已知如下并用型的潤滑方法:在即將進(jìn)行加工之前，并行使用例如金屬皂、二硫化鑰、石墨、硼砂、石灰等輔助潤滑劑、或含有進(jìn)一步視需要添加的各種添加劑等的輔助潤滑劑。上述并用型的潤滑方法，對于形成利用上述難加工性的金屬材料的螺釘或螺栓、螺母等的強(qiáng)程度的鍛粗加工，或使用硬質(zhì)線材的彈簧成形等之類的嚴(yán)格加工處理尤其有效。然而，所述潤滑被膜除上述加工潤滑性能以外，亦需要研究考慮到近年來的地球環(huán)境的組成。例如下述專利文獻(xiàn)I中提出有:含有“借由高級脂肪族單羧酸與二胺、或高級脂肪族單羧酸與多元酸的混合物與二胺的反應(yīng)所獲得的羧酸酰胺系臘(carboxylic amideswax) ”的金屬材料的拉伸加工(drawing process)用潤滑劑。又，下述專利文獻(xiàn)2中提出有:對不銹鋼線鍍敷厚度為I μ m以上5 μ m以下的Ni，進(jìn)一步在其表面被覆含有鹵素的合成樹脂并施加剖面減少率為60%以上的拉線加工，制成表面粗糙度調(diào)整為0.8s 12s的自動卷繞用鋼線，借此改善潤滑性能，謀求拉線時的模具壽命的提升或卷繞速度的提升。又，下述專利文獻(xiàn)3中提出有:施有由“含有K2SO4及Na2SO4中的任一者或所述的混合物75 90重量％、N a2B4O7 3 25重量％、及非離子系界面活性劑2 10重量％者”所構(gòu)成的硫酸鹽皮膜來作為環(huán)保型加工被膜的不銹鋼線。進(jìn)一步，專利文獻(xiàn)4中提出有:為了提供卷繞特性優(yōu)異的彈簧用不銹鋼線，而借由氮化處理于不銹鋼線的表面設(shè)置氮化層，并對其拉線，而在表面形成特定大小的由龜裂引起的氮化層的島狀物，借此提高所賦予的輔助潤滑劑的收容。[專利文獻(xiàn)I]日本特開平4-202396號公報[專利文獻(xiàn)2]日本特開平6-226330號公報[專利文獻(xiàn)3]日本特開平10-88179號公報[專利文獻(xiàn)4]日本特開平9-85332號公報

發(fā)明內(nèi)容
但是，利用草酸鹽或磷酸鹽進(jìn)行化成被膜處理而得者、或進(jìn)一步在其上附著有金屬皂等固體滑劑的潤滑被膜，在金屬材料的塑性加工后，為了去除潤滑被膜，需要進(jìn)行酸洗、水洗等處理，因而在環(huán)保方面存在問題。又，專利文獻(xiàn)I中所提出的潤滑劑存在耐熱性差的問題。進(jìn)一步，在專利文獻(xiàn)2中，由于該構(gòu)成被膜含有含鹵素的合成樹脂，具體而言為四氟乙烯樹脂等氟系樹脂或氯系樹脂，故難以將其去除，或為其去除需要使用有機(jī)溶劑。因此，專利文獻(xiàn)2的技術(shù)亦在環(huán)保方面存在問題。專利文獻(xiàn)3雖然顧慮到環(huán)境保護(hù)，但硫酸鹽、硼酸鹽本身缺乏潤滑性，采用所述潤滑被膜未充分解決問題。進(jìn)一步，專利文獻(xiàn)4的不銹鋼線存在如下問題:由于形成于其表面的上述氮化層的島狀物直接殘留，故使金屬材料的表面狀態(tài)下降，從而降低制品價值。
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因此，本發(fā)明是為了解決先前的潤滑被膜之問題而提出者，其目的在于提供一種潤滑性能優(yōu)異，可提高金屬材料的加工性能，并且可不使金屬材料的表面狀態(tài)下降而容易地去除，在環(huán)境保護(hù)方面有效且可生產(chǎn)線化(in-line)的通用性高的潤滑被膜及被覆有該被膜的被覆金屬材料、及被覆金屬材料的制造方法。進(jìn)一步，本發(fā)明的目的在于提供一種可形成此種潤滑被膜，且在固體滑劑的分散穩(wěn)定性及環(huán)境保護(hù)方面優(yōu)異的金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物。本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)明是一種金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物，其特征在于:含有(A)選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中至少I種無機(jī)鹽，⑶平均粒徑為20 μ m以下的滑物質(zhì)，(C)平均分子量為5000 100000的水溶性樹脂材料，以及⑶水；上述成分(A): (B): (C)的重量比為1: 0.01 20: 0.01 20。本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求1所述的潤滑劑組成物，由于用作固體滑物質(zhì)的分散劑的樹脂材料(C)為水溶性，故容易制備，并且由于分散固體滑物質(zhì)的能力優(yōu)異，故分散穩(wěn)定性優(yōu)異。并且，本發(fā)明中所形成的被膜無需有機(jī)溶劑，可利用水而容易地去除。進(jìn)一步，由于無機(jī)鹽(A)及滑物質(zhì)(B)利用水溶性樹脂材料(C)而牢固地保持于金屬材料表面，故無須進(jìn)行利用草酸鹽或磷酸鹽等的化成被膜處理等基底處理，借由將該組成物直接涂布于金屬材料表面并將其干燥，可容易地提供潤滑性能優(yōu)異的潤滑被膜。作為上述樹脂材料(C)，較佳為選自由丙烯酸系樹脂及其它含有羧酸基的樹脂、磺酸系樹脂、以及聚乙烯醇所組成的群中至少I種具有電氣性質(zhì)的水溶性樹脂，且平均分子量為8000 50000者。
又，上述樹脂材料(C)更佳為以丙烯酸烷基酯為主成分的含有陰離子性基的丙烯酸燒基酷共聚物。本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)明是一種潤滑被膜，其特征在于:其是含有以下(A) (C)的固化物:(A)選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中至少I種無機(jī)鹽，⑶平均粒徑為20 μ m以下的滑物質(zhì)，以及(C)固持上述無機(jī)鹽(A)及滑物質(zhì)(B)的平均分子量為5000 100000的水溶性樹脂材料；該固化物中，具有上述無機(jī)鹽(A)的至少一部分結(jié)晶化而成的結(jié)晶部。本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求4所述的潤滑被膜是由無機(jī)鹽㈧、粒徑為20 μ m以下的滑物質(zhì)(B)、及將所述結(jié)合保持于金屬材料上的水溶性樹脂材料(C)所構(gòu)成，在環(huán)保方面獲得改善。又，潤滑皮膜中，無機(jī)鹽(A)及滑物質(zhì)(B)是借由上述樹脂材料(C)而牢固地保持于金屬材料表面，并且具備上述無機(jī)鹽(A)的至少一部分結(jié)晶化而成的結(jié)晶部，因此具有進(jìn)一步提升的潤滑性能，尤其適合作為強(qiáng)加工或難加工性的金屬材料的潤滑被膜。上述潤滑皮膜中的上述構(gòu)成原料(A): (B): (C)的重量比較佳為1: 0.01 20: 0.01 20。又，上述結(jié)晶部較佳為具有粒狀、短纖維狀及葉脈狀中任一種以上的形狀，且形成為凸設(shè)于潤滑皮膜的外表面上的突出部。又，觀察潤滑皮膜的表面時，上述結(jié)晶部的面積率較佳為20 80%。又，上述結(jié)晶部較佳為構(gòu)成尺寸為0.5mm以下的微細(xì)者。又，上述樹脂材料(C)更佳為選自由丙烯酸系樹脂及其它含有羧酸基的樹脂、磺酸系樹脂以及聚乙烯醇所組成的群中至少I種水溶性樹脂，并且具有電氣性質(zhì)且分子量為8000 50000較理想。又，較佳為在被加工用金屬材料的表面上以0.3 12g/m2的附著量形成上述潤滑被膜而成的被覆金屬材料。此種具有潤滑被膜的被覆金屬材料，在利用塑性變形的成形加工中，亦可并用金屬皂、二硫化鑰、石墨、硼砂或石灰等上述輔助潤滑劑作為第二潤滑物質(zhì)，在該情形時第二潤滑物質(zhì)有效地保持于上述結(jié)晶部之間，而可謀求潤滑性能的進(jìn)一步提升。又，由結(jié)晶部的突出所形成的微小凹凸形成于潤滑被膜上，無須特地設(shè)置上述專利文獻(xiàn)4中的氮化層之類的異相，即可具有提高潤滑劑的收容效率的效果。因此，去除了該表面潤滑劑的金屬材料，可抑制表面性的下降，亦在簡化加工處理步驟等降低成本方面有利。又，較理想為:上述被加工用金屬材料是配合冷或溫鍛粗用、壓制用、滾鍛用或彈簧用的最終用途的線狀、棒狀、帶狀、片狀或塊狀中的任一形狀。又，較理想為:上述被加工用金屬材料是選自由不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金、鈮及鈮合金所組成的群中的難加工性金屬線材。進(jìn)一步，本發(fā)明根據(jù)權(quán)利要求13所述的發(fā)明是一種被覆金屬材料的制造方法，其特征在于具備:(1)配合最終制品的形態(tài)而預(yù)先成形的被加工用素材金屬材料；(2)準(zhǔn)備階段，準(zhǔn)備含有以下(A) (D)的潤滑劑組成物:選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中的至少I種無機(jī)鹽(A)，粒徑為20 μ m以下的滑物質(zhì)(B)，平均分子量為5000 100000的水溶性樹脂材料(C)，以及水(D) ； (3)在加熱至預(yù)先設(shè)定的溫度的上述潤滑劑組成物中浸潰上述素材金屬材料，并對該素材金屬材料進(jìn)行加溫的階段；(4)造膜階段，在上述素材金屬材料上使上述無機(jī)鹽(A)、滑物質(zhì)(B)及樹脂材料(C)結(jié)晶化或膜化；(5)干燥階段，將具有結(jié)晶部而獲得的潤滑被膜干燥固化而使該結(jié)晶部固定。又，較佳為:在上述干燥階段后，進(jìn)一步包含進(jìn)行上述素材金屬材料的塑性加工的中間加工階段，并且在該中間加工階段中，對上述素材金屬材料賦予與上述潤滑被膜不同種類的第二潤滑物質(zhì)而進(jìn)行加工。又，較佳為:上述被覆金屬材料為鍛粗加工用被覆金屬線，且上述中間加工為加工率30%以下的輕程度的拉線或壓延加工。又，較佳為:上述被覆金屬材料為彈簧加工用被覆金屬線，且上述中間加工為加工率60%以上的強(qiáng)程度的拉線或壓延加工。根據(jù)本發(fā)明的被覆金屬材料的制造方法，可與先前的潤滑被膜的形成同樣地，將均勻且穩(wěn)定的被覆處理設(shè)定為連續(xù)系統(tǒng)，而實現(xiàn)借由生產(chǎn)線化減輕作業(yè)負(fù)擔(dān)的連續(xù)作業(yè)。


圖1是表示本實施形態(tài)的被膜金屬材料的一例的放大斜視圖。圖2A是將潤滑 被膜的外面放大的顯微鏡照片，表示結(jié)晶部形成為點狀與短纖維狀混合存在的突出部的結(jié)晶部的分布狀態(tài)。圖2B是將潤滑被膜的外面放大的顯微鏡照片，表示結(jié)晶部形成為葉脈狀的突出部的分布狀態(tài)的一例。圖3是例示被覆金屬材料的制造工藝的步驟圖。圖4是表示結(jié)晶部的面積率與鍛粗加工中的加工壽命的關(guān)系的關(guān)系圖。圖5是表示去除潤滑被膜后的金屬材料的加工制品的表面狀態(tài)的放大照片。主要元件符號說明
I: 被覆金屬材料2: 金屬線
3: 潤滑皮膜10:承載軸
11:金屬線12:潤滑劑組成物
I 3:儲槽14:卷取卷軸
15:干燥器Rl:導(dǎo)輥
R2:導(dǎo)輥R3:導(dǎo)輥
K: 結(jié)晶部
具體實施例方式以下，基于圖式對本發(fā)明的一實施形態(tài)進(jìn)行說明。如圖1所示，被覆金屬材料I具有長條狀的金屬線2、與幾乎均勻地覆蓋其整個外表面的潤滑被膜3，金屬線2與潤滑被膜3形成為一體，并且該潤滑被膜3具有由其一部分組成的結(jié)晶化所形成的結(jié)晶部K。上述金屬線2是根據(jù)其目的或用途而選定的金屬材料的線材。作為該金屬材料，可使用先前以來應(yīng)用于塑性加工者。作為此種金屬材料，適宜為例如不銹鋼、鈦或鈦合金、鎳或鎳合金、鈮或鈮合金等難加工性的金屬材料，其中較理想為加工硬化特性較強(qiáng)的上述不銹鋼或鈦合金。又，上述塑性加工包含鍛粗加工、壓制加工、彎曲加工、滾鍛加工或彈簧加工等各種加工。尤其是上述鍛粗加工或壓制加工，由于對金屬材料進(jìn)行瞬間推壓而使其較大地突出變形，故本發(fā)明的潤滑皮膜對抑制材料的變形破裂或工具類的缺損甚為有效。又，即便在彈簧成形中，本發(fā)明的潤滑皮膜對于使用“具有特定彈簧彈性的高強(qiáng)度的金屬細(xì)線”的塑性加工亦有效。又，作為冷鍛粗加工用的金屬線2，適宜為例如線徑為0.01 20mm左右、較佳為
0.5 10mm，且其拉伸強(qiáng)度為900MPa以下的經(jīng)軟質(zhì)加工的金屬線材。另一方面，作為彈簧用的金屬線2，適宜使用例如線徑為0.01 IOmm左右，且具有拉伸強(qiáng)度為1600 2600MPa左右的高強(qiáng)度特性的經(jīng)冷拉線加工的金屬線材。在金屬材料為不銹鋼的情形時，為獲得如上述的高強(qiáng)度特性，前者的鍛粗加工用金屬線較佳為例如經(jīng)固溶化熱處理精加工，或進(jìn)一步借由加工率30%以下(較佳為3 20% )的輕程度的拉線加工或壓延加工對其進(jìn)行了調(diào)質(zhì)(skin pass)精加工。又，后者的彈簧用金屬線較佳為最終精加工是借由例如加工率60%以上的冷間拉線加工而進(jìn)行了加工硬化者。金屬線2的剖面形狀可為圓形或非圓形中的任一者。又，金屬線2的長邊方向的表面粗糙度或形狀亦可任意設(shè)定。例如，金屬線2亦可為沿長邊方向使外徑周期性地變化的帶有波浪形狀者。進(jìn)一步，覆蓋有潤滑皮膜的金屬材料，除長條的線材以外，亦可廣泛采用棒狀、帶狀、片狀或塊狀等各種形狀品，本發(fā)明亦包含所述形狀者。被覆此種金 屬材 料(在本形態(tài)中為金屬線2)的潤滑被膜3，在本發(fā)明中由含有如下3種構(gòu)成材的金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物所形成。第一構(gòu)成材使用選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中的至少I種無機(jī)鹽(A)。又，第二構(gòu)成材使用平均粒徑為20 μ m以下的微粒子狀的滑物質(zhì)(B)。進(jìn)一步，第三構(gòu)成材使用水溶性樹脂材料(C)，其具有固持上述無機(jī)鹽(A)及滑物質(zhì)(B)的作用。潤滑被膜3是借由將“以特定比率摻合所述構(gòu)成材(A) (C)而成的水性潤滑劑組成物”涂布于上述金屬材料并干燥固化而獲得。并且，本發(fā)明的特征在于:在由所述構(gòu)成材所構(gòu)成的潤滑被膜2中，具有上述無機(jī)鹽(A)的至少一部分結(jié)晶化而成的結(jié)晶部K。上述第一構(gòu)成材的無機(jī)鹽(A)是提升潤滑被膜的承載性、耐壓性者，且為水溶性，借由將其與并用的樹脂材料(C) 一并加熱至特定溫度而容易溶解于水。無機(jī)鹽(A)適宜為伴隨涂膜的干燥可將其的至少一部分結(jié)晶化者。作為上述無機(jī)鹽(A)，可列舉例如:硫酸鈉、硫酸鉀等硫酸鹽，硼酸鈉、硼酸鉀、硼酸銨等硼酸鹽，硅酸鈉、硅酸鉀等硅酸鹽，磷酸鋅、磷酸鈣等磷酸鹽，鑰酸銨、鑰酸鈉等鑰酸鹽，或鎢酸鈉等鎢酸鹽等。所述可單獨使用，亦可組合使用2種以上。尤其是硫酸鉀或硼酸鈉借由拉線會發(fā)揮出優(yōu)異的承載效果，并且為水溶性且結(jié)晶于耐壓性方面優(yōu)異，故在本發(fā)明中較為適宜。第二構(gòu)成材是與上述無機(jī)鹽(A) —并構(gòu)成潤滑被膜3的滑物質(zhì)(B)，在潤滑被膜中發(fā)揮使摩擦阻力下降的功能。作為滑物質(zhì)(B)，適宜使用例如石墨、二硫化鑰、氮化硼、二硫化鎢、氟化石墨或PTFE等。所述滑物質(zhì)可單獨使用其中任一種，或組合使用任意兩種以上?；镔|(zhì)⑶的平均粒徑為20 μπι以下，其下限較佳為I μπι以上?；镔|(zhì)⑶的形狀并無特別限定，較佳為例如微粒子狀者。推測上述滑物質(zhì)(B)會隨著其被覆處理或其后的加工而發(fā)生形狀變化。但是，其平均粒徑超過20 μπι的粗大者，在將其作為潤滑劑而混合至液中時，易于堆積在底部而難以獲得均勻的被覆狀態(tài)。又，粗大粒子會使被膜表面性狀下降。就該觀點而言，滑物質(zhì)(B)的更佳的平均粒徑為15μπι以下。再者，所謂上述平均粒徑，是指對自該群中任意提取的多個粒子進(jìn)行測定而獲得的各粒子的最大尺寸的平均值。石墨的滑動性尤其優(yōu)異而會帶來良好潤滑性能，并且可借由輕程度的沖擊而容易地進(jìn)行細(xì)?；?，又，耐熱性及導(dǎo)電性亦優(yōu)異。因此，石墨作為本發(fā)明的上述滑物質(zhì)(B)尤其適宜。因此，含有其的潤滑皮膜在使用于例如“鍛粗加工之類的瞬間承受較大壓力的加工”的情形時，可吸收其負(fù)荷壓力而防止由發(fā)熱引起的燒附。又，含有石墨的潤滑皮膜于直接通電而進(jìn)行的溫加工時容易加熱，有助于增加工具壽命或減輕加工破裂等問題。又，作為第三構(gòu)成材的水溶性樹脂材料(C)，其在作為潤滑被膜而固化的狀態(tài)下，發(fā)揮使上述無機(jī)鹽(A)及滑物質(zhì)(B)牢固地固著于金屬材料2上的固著性。該樹脂材料
(C)須具有如下特性:在溶液狀態(tài)下對滑物質(zhì)(B)產(chǎn)生引力，或使水溶液的黏度上升而防止滑物質(zhì)(B)的沉淀，或作為界面活性劑使滑物質(zhì)(B)成為親水性而使分散穩(wěn)定化的特性。又，上述潤滑被膜于該加工后經(jīng)常會去除。該情形時，為了不使用特殊的溶劑等而以水或熱水即可容易地溶解，上述樹脂材料(C)設(shè)為:由產(chǎn)生水溶性的平均分子量為5000 100000的具有電氣性質(zhì)的樹脂材料所形成者。S卩，若上述平均分子量未達(dá)5000，則潤滑劑組成物的黏度下降，進(jìn)一步其附著量減少，并且固著強(qiáng)度下降，而難以獲得良好的被膜(即適當(dāng)?shù)臐櫥瑺顟B(tài))。相反，若為上述平均分子量超過1000 00的高分子者，則會超過水溶性的范圍故不適合本發(fā)明。又，在提高黏性而降低上述滑物質(zhì)(B)的潤濕性、或在內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)空孔等結(jié)構(gòu)方面亦欠佳。上述樹脂材料(C)的平均分子量更佳為8000 50000，尤佳為10000 35000。作為更佳的上述水溶性樹脂材料(C)，例如可列舉:丙烯酰胺系樹脂或丙烯酸酯系樹脂等丙烯酸系樹脂及其它含有羧酸基的樹脂、磺酸系樹脂、聚乙烯醇等的聚乙烯系樹脂等具有親水性官能基者。所述樹脂材料尤佳為具備下文所說明的電氣性質(zhì)者，其比介電系數(shù)更佳為2 12，更理想為2.0 8.0，借此可謀求促進(jìn)該電氣性質(zhì)，故較佳。上述丙烯酸系樹脂中，亦存在借由熱硬化而形成牢固的膜者。例如在塑性加工后無須脫膜的情形時，亦可借由加熱干燥或熱處理而形成無機(jī)鹽(A)及/或滑物質(zhì)(B)不易脫落的被膜。尤佳的樹脂材料(C)，可列舉以丙烯酸烷基酯為主成分的含有陰離子性基的丙烯酸烷基酯共聚物。再者，所謂上述樹脂材料(C)具有電氣性質(zhì)，是指具有電荷及/或極性的樹脂材料，其之驗證可根據(jù)借由例如層析儀或FT-1R等所求得的結(jié)構(gòu)式而進(jìn)行。又，如此的特性尤其可由該分子結(jié)構(gòu)中具有含有O及H的親水性的官能基者而實現(xiàn)，借此可形成水溶性樹脂材料。同樣地，比介電系數(shù)亦如JIS-K6911所示，提出有例如形成電容器并利用其電容的平行平板法、發(fā)射電波并測定反射的自由空間法等各種方法。此種樹脂材料(C)纏繞上述粒子狀的滑物質(zhì)(B)，產(chǎn)生導(dǎo)致凝聚的引力、及導(dǎo)致分離的由電荷引起的斥力，使水溶性的黏度上升而防止滑物質(zhì)(B)的沉淀，或者作為界面活性劑而使滑物質(zhì)(B)成為親水性從而使分散穩(wěn)定化，亦可生成穩(wěn)定且均勻性良好的潤滑劑組成物。本發(fā)明所使用的上述樹脂材料(C)為水溶性，易溶解于水或溫水等中。因此，在被覆處理階段或最終加工后，具有可在去除皮膜時抑制有機(jī)溶劑等有害化學(xué)藥品的使用的優(yōu)點，在環(huán)境方面亦較佳。本發(fā)明的金屬材料塑性加工用的潤滑劑組成物是借由將上述構(gòu)成材(A) (C)溶解或分散至水中而制備，該水借由涂布后的干燥手段而最終去除，借此形成由構(gòu)成材(A) (C)構(gòu)成的潤滑被膜。各構(gòu)成材(A) (C)的摻合比以其固化狀態(tài)的重量換算計，為1: 0.01 20: 0.01 20 (固體成分重量比)，較佳為設(shè)為1: 0.1 12: 0.1
10。更佳為，在例如冷鍛粗用途中設(shè)為1: 0.5 3: 0.5 8，又，在彈簧用途中以成為1:1 6:1 10的方式進(jìn)行摻合，又，其附著量例如以固體成分成為0.3 12g/m2左右的方式調(diào)整潤滑劑組成物的濃度或黏度而使用。通常潤滑劑組成物是以固體成分濃度成為3 30重量％的方式制備。若上述附著量未達(dá)0.3g/m2，則無法充分發(fā)揮潤滑性能，即使賦予超過12g/m2的量亦無法獲得與其相稱的潤滑性能，反而會產(chǎn)生加工時的堵塞等弊病。又，若上述固體成分濃度未達(dá)3重量％，則難以借由I次涂布操作而獲得充分的附著量，若超過30重量％，則會產(chǎn)生溶液黏度變得過高等涂布操作方面的問題。本發(fā)明的被覆金屬材料是借由將上述潤滑劑組成物涂布于金屬線2上并將涂膜干燥而獲得。潤滑劑組成物的涂布可借由浸潰涂布或噴霧涂布等任意方法進(jìn)行。在干燥階段，發(fā)生無機(jī)鹽(A)的結(jié)晶析出及水溶性樹脂材料(C)的造膜，借由完全蒸發(fā)水而形成密接于金屬材料表面的潤滑被膜。潤滑劑組成物較佳為預(yù)先加溫至例如40 IOCTC、較佳為60 100°C，借此可具備滑物質(zhì)(B)，促進(jìn)無機(jī)鹽(A)的結(jié)晶化。

上述干燥階段中的溫度及時間并無特別限制，通常在室溫 150°C下加熱例如I 1000秒左右。為了使干燥在短時間內(nèi)結(jié)束，適宜進(jìn)行例如80°C以上，較佳為100°C以上的熱風(fēng)干燥。如此而獲得的潤滑被膜以上述摻合比含有無機(jī)鹽(A)、滑物質(zhì)(B)及水溶性樹脂材料(C)。若滑物質(zhì)(B)及樹脂材料(C)的摻合比分別未達(dá)0.01，則結(jié)晶部K的面積率變得過大，或難以貼附牢固的被膜。另一方面，若所述摻合比分別超過20，則結(jié)晶部K的面積率減小，并且樹脂材料(C)的比例過大，因而無法發(fā)揮充分的潤滑性能。圖3是上述被覆金屬線材(被覆金屬材料I)的制造工藝的一例。該工藝具備:(I)準(zhǔn)備階段，準(zhǔn)備上述被加工用的素材金屬線(素材金屬材料11)及上述潤滑劑組成物12 ； (2)在加熱至特定溫度的上述潤滑劑組成物12中浸潰素材金屬線11，涂布潤滑劑組成物12并且對該素材金屬線11的表面進(jìn)行加溫的階段；(3)造膜階段，是在上述素材金屬線11上使上述構(gòu)成材(A) (C)結(jié)晶化或膜化；(4)干燥階段，將具有結(jié)晶部的潤滑被膜干燥固化而使該結(jié)晶部固定。在本實施結(jié)構(gòu)中，素材金屬線11是準(zhǔn)備將具有根據(jù)其目的、用途而調(diào)整的尺寸、形狀、特性的長條材料卷繞至例如卷軸或承載軸10上而成者，將該素材金屬線一面經(jīng)由導(dǎo)輥R1、R2、R3連續(xù)地抽出，一面導(dǎo)入至以加熱狀態(tài)積存水性潤滑劑組成物12的槽13內(nèi)。借此，在素材金屬線11的表面上涂布特定量的上述潤滑劑組成物12。潤滑劑組成物12是“在上述構(gòu)成材(A)及(C)的水溶液中分散有滑物質(zhì)(B)的水性分散液”，較佳為借由未圖示的適宜加熱手段加熱至特定溫度。加熱溫度是根據(jù)上述樹脂材料(C)的種類或結(jié)晶分量而適宜設(shè)定，例如若為含有上述丙烯酸烷基酯共聚物者，借由設(shè)定為60 100°C，可使上述無機(jī)鹽(A)的結(jié)晶有效地析出至被膜固化后的潤滑被膜。又，例如若為含有磺酸系樹脂或具有酰胺基的丙烯酸系樹脂作為上述構(gòu)成材(C)者，借由將上述干燥或其后的加熱處理中的設(shè)定溫度設(shè)為例如樹脂材料的玻璃轉(zhuǎn)移溫度TG以上的加熱溫度，亦可增加熱硬化性而提高作為潤滑被膜的固著牢固性。又，上述儲槽13具有“具備與該金屬線11的供給速度一并獲得調(diào)整的股線長度”的充分容積，以使上述長條金屬線11成為特定的溫度。并且，從儲槽13的液面出來的金屬線11借由潤滑劑組成物12的熱，在其外面上生成上述結(jié)晶、膜，并利用干燥器15獲得干燥。其后，將金屬線11卷取至卷取卷軸14上。再者，在本形態(tài)中，在預(yù)先設(shè)定的位置配置熱風(fēng)干燥器15，例如借由溫度100°C以上的熱風(fēng)供給而使?jié)櫥瑒┕潭?，以在潤滑劑的附著量達(dá)到特定范圍的狀態(tài)下進(jìn)行固定。在該步驟中，上述浸潰、加溫階段是在儲槽13內(nèi)進(jìn)行，無機(jī)鹽(A)的結(jié)晶化及樹脂材料(C)的膜化的上述造膜階段，是在自儲槽13的液面至干燥器15為止的范圍進(jìn)行。因此，借由一系列的步驟，謀求連續(xù)處理， 可實現(xiàn)生產(chǎn)線化。再者，金屬線11的供給速度當(dāng)然可依照潤滑劑組成物12的組成及其干燥條件而適宜地調(diào)節(jié)。又，在潤滑被膜3的成形后進(jìn)一步進(jìn)行中間加工的情形時，亦可將與所形成的潤滑被膜3所含的滑物質(zhì)(B)不同種類的滑物質(zhì)作為第二潤滑物質(zhì)而賦予被覆金屬材料。作為此第二潤滑物質(zhì)，例如可列舉:金屬皂、二硫化鑰、石墨、氮化硼、二硫化鎢、氟化石墨、硼砂、石灰或P TF E粉末等。作為中間加工，例如可列舉:加工率30%以下的輕程度的拉線或壓延加工、或者加工率60%以上的強(qiáng)程度的拉線或壓延加工。本發(fā)明的被覆金屬材料由于如上所述在潤滑被膜表面具有微細(xì)凹凸，故所使用的第二潤滑物質(zhì)的保持性能較高，發(fā)揮出優(yōu)異的潤滑性能。在圖2A及2B中，表示形成于潤滑被膜3的上述結(jié)晶部K的分布狀態(tài)的一例，所述是放大至35 80倍的顯微鏡照片。上述結(jié)晶部K會因潤滑被膜的構(gòu)成材的種類或分量比率而具有不同的結(jié)晶狀態(tài)，圖2A者是借由使用硫酸鹽等作為無機(jī)鹽而形成有點狀或短纖維狀的突出部。又，圖2B的狀態(tài)是借由使用硼酸鹽等而形成有葉脈狀的突出部。如上述各圖所見，在潤滑被膜的外表面，各結(jié)晶部K是以自其面上凸設(shè)的突出狀態(tài)均勻地分布，結(jié)晶部K間具備平面的凹部。因此，被覆金屬材料的外表面是形成為具有由結(jié)晶部K形成的凸部及上述凹部的微小凹凸面，而有助于提升潤滑性。上述結(jié)晶部K不僅可在該潤滑被膜3中形成為單層，亦可以在厚度方向以多個的積層分布狀態(tài)而形成。進(jìn)一步，關(guān)于結(jié)晶部K的方向性，無須使所有結(jié)晶部均成為與該潤滑被膜的平面方向并行的狀態(tài)，例如包含于傾斜方向交叉的情形。又，上述結(jié)晶部K是由該構(gòu)成要素的無機(jī)鹽㈧形成者，此情況是借由使用掃描式電子顯微鏡或X射線分析的圖像繞射，根據(jù)各元素的構(gòu)成圖案與該結(jié)晶部K的符號而確認(rèn)。借由此種圖案的圖像分析，可容易地求出該結(jié)晶部K的面積率。結(jié)晶部K的面積率定義為俯視下的潤滑被膜的每單位面積內(nèi)的結(jié)晶部K的合計面積的比例，較佳為20 80%。在該情形，該面積率是以任意選擇的數(shù)點的測定視野的結(jié)果的平均值表示。根據(jù)上述圖像繞射的觀察，結(jié)晶部K以外的部分實質(zhì)上檢驗出滑物質(zhì)(B)，且可確認(rèn)該部分為凹部。因此，此種微小凹凸面可效率良好地收容例如其后的加工時所賦予的上述輔助潤滑劑，而提高潤滑性。即，借由結(jié)晶部K的面積率的最佳化，可在難加工材的鍛粗加工或彈簧成形之類的嚴(yán)格加工處理中具有優(yōu)異的潤滑性，而確認(rèn)上述面積率與潤滑性之間存在關(guān)聯(lián)性。圖4為其結(jié)果的一例，橫軸表示結(jié)晶部K的面積率(％ )，縱軸表示于上述鍛粗加工中的加工壽命(加工數(shù))。在本實施結(jié)構(gòu)中，面積率較佳為設(shè)定為20 80%。由圖4可知，采用面積率低于20%者時，在適宜進(jìn)行的中間加工中對被覆金屬材料所賦予的輔助潤滑劑的收容保持力下降，使工具壽命下降。相反，采用面積率超過80%者時，無法獲得輔助潤滑劑的充分的收容空間，又，結(jié)晶部K亦非常堅硬，因而若過多含有，則會使被加工用金屬材料的表面性下降，又，導(dǎo)致加工工具的壽命下降等。因此，結(jié)晶部K的面積率更佳為設(shè)定為30 80%，再更佳為設(shè)定為40 70%，尤佳為設(shè)定為40 60%。再者，結(jié)晶部K的大小或形態(tài)是根據(jù)其處理條件或構(gòu)成材的種類等而適宜變化。結(jié)晶部K的形狀并無特別限定，較佳為具備如圖2A及2B所示的粉末狀或短纖維狀或葉脈狀中任一種以上的形狀，其大小(構(gòu)成尺寸)較佳為0.5mm以下的微細(xì)者。此處，關(guān)于結(jié)晶部K的構(gòu)成尺寸，粉末狀的結(jié)晶是以其最大直徑的平均值表示，纖維狀或葉脈狀的結(jié)晶是以構(gòu)成其單一單元(element)(各單一線)的最大粗度的平均值表示。若結(jié)晶部K的尺寸超過0.5mm在其后的成形加工中會產(chǎn)生表面的粗糙化，又，上述短纖維狀或葉脈狀者會因結(jié)晶部間的凹部的小空間化，而使輔助潤滑劑的收容效率下降。結(jié)晶部K的尺寸更佳為0.1mm以下。在結(jié)晶部K為短纖維狀或葉脈狀的情形時，結(jié)晶部的單一單元具有特定長度(L)(例如0.01 Imm)，此長度(L)與粗度⑶的縱橫比(L/D)較佳為在平均1.5 50的范圍內(nèi)。尤其是結(jié)晶部K長于所需的情形時，借由其無規(guī)分布所確定的網(wǎng)眼會變大，故欠佳。關(guān)于結(jié)晶部K，更佳的縱橫比為2 20。如此縱橫比的調(diào)整，可借由例如上述干燥的條件設(shè)定而進(jìn)行。 在本實施形態(tài)中，對“被加工用金屬材料為用于冷鍛粗成形或彈簧成形用途的潤滑被覆線材”的情形進(jìn)行了說明。又，主要對“將潤滑劑組成物均勻地涂布于金屬材料的整個面而進(jìn)行被覆形成處理”的情形進(jìn)行了說明。但是，本發(fā)明并不限定于所述，例如作為金屬材料，棒材或帶材、片材、塊材等各種形狀品的選擇、或其材質(zhì)的種類及大小程度的應(yīng)用，是發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者可容易地完成者，應(yīng)作為本發(fā)明的一形態(tài)而包含在本發(fā)明中。[實施例]接著，借由以下的實施例更詳細(xì)地說明本發(fā)明。[實施例1][受試材料的制作]在本實施例中，選定鋼種SUS304、316及XM7型的冷鍛粗用的沃斯田鐵是不銹鋼的3種作為該被處理材料，進(jìn)一步將分別冷拉線加工為線徑3.65mm者作為素材。接著，在溫度1000 iioo°c以股線型的熱處理裝置對所述進(jìn)行固溶化熱處理，并且使用下述的潤滑劑組成物進(jìn)行被覆，而獲得被覆不銹鋼線。在該處理步驟中，上述熱處理裝置是在其出口側(cè)連接圖3所示的結(jié)構(gòu)的被覆裝置，以固溶化熱處理與被覆處理同時進(jìn)行的方式構(gòu)成一系列的生產(chǎn)線裝置。潤滑劑組成物是使用如下的組成。[潤滑劑組成物]
(A)硫酸鈉I O重量％
(B )硼酸鈉2重量％
(C )氮化硼(平均粒徑5 μ m )I O重量％
(D )丙烯酸系樹脂I O重量％
(陰離子系丙烯酸烷基酯共聚物/介電系數(shù)3.8，有電荷、極性)
(E)A68 重量 ％
(A): (B): (C): (D) = 5:1:5:5 (固體成分重量比)
固體成分濃度32重量％

將混合所述(A) (E)而成的潤滑劑組成物導(dǎo)入寬度200X深度600X高度300mm的儲槽內(nèi)，一面利用外部加熱器在溫度80 95°C的范圍內(nèi)加熱一面充分?jǐn)嚢?而制成水性分散液。在該狀態(tài)下，上述無機(jī)鹽及水溶性樹脂材料溶解于溶劑的水中，氮化硼均勻地分散于該水溶液中。[被膜形成、結(jié)晶化處理]被膜形成處理是以如下方式進(jìn)行:基于上述潤滑劑組成物的組成或加熱溫度及儲槽容積，調(diào)節(jié)被處理線材(不銹鋼線)的供給速度，借此使涂膜附著量成為特定范圍。在本實施例中，借由將線材供給速度設(shè)為3 7m/min，可將平均附著量調(diào)整為6 12g/m2的范圍。蒸發(fā)水的補(bǔ)充借由適宜進(jìn)行的自動調(diào)整而進(jìn)行。因此，該潤滑劑的被覆狀態(tài)均為良好，可將附著量的不均抑制為較少。如此經(jīng)浸潰涂布的被處理線材自該液面送出，利用配置于自該液面起約0.Sm的位置的筒狀的熱風(fēng)干燥器，使所涂布的潤滑劑組成物在100°c完全干燥，而使?jié)櫥荒す潭ㄓ诰€材。又，由于上述儲槽是加溫至80 95°C，故可觀察到線材在自液面至熱風(fēng)干燥器之間水分蒸發(fā)而析出無機(jī)鹽的結(jié)晶。借由以上述速度進(jìn)行如此一系列的金屬線材的熱處理及被膜形成處理，在各不銹鋼線的表面上以附著量6 12g/m2被覆潤滑被膜，而獲得具有具備如圖2A的短纖維狀的結(jié)晶部的潤滑被膜的軟質(zhì)不銹鋼線。借由利用X射線繞射裝置(堀場制作所制造)的圖像分析所求得的結(jié)晶部，是寬度為10 50 μ m、平均縱橫比為2 15的短纖維狀無規(guī)分布者，且其面積率平均為49.6 52.1 %。又，借由結(jié)晶部的放大顯微鏡觀察，確認(rèn)到凸設(shè)的突出狀態(tài)，進(jìn)一步由根據(jù)“該被覆鋼線在特定位置有無潤滑劑”而獲得的表面粗糙度(Rz)的下述測定結(jié)果，亦獲得證明。 潤滑被膜面上的表面粗糙度
9.6 10.4μπι 去除潤滑劑的面的表面粗糙度7.6 μ m[比較潤滑劑]作為比較潤滑被膜(比較例)，分別在上述3種不銹鋼在線以附著量6 12g/m2形成草酸鹽被膜而用作比較線材。再者，該草酸鹽被膜先前多用于不銹鋼的冷加工用途，其處理過程中存在產(chǎn)生六價Cr或產(chǎn)生含有有害物的薄霧(mist)等含有有害重金屬的淤渣(sludge)或廢酸的問題,近年來趨向減少。

[中間加工處理]對本實施例的被覆軟質(zhì)不銹鋼線，進(jìn)一步以4%的加工率實施調(diào)質(zhì)拉線加工，而獲得表I中所記載的冷鍛粗用不銹鋼線。該調(diào)質(zhì)加工是使用于輔助潤滑劑中并用有金屬皂
者，可確認(rèn)該輔助潤滑劑保持于上述鋼線表面的凹部內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物，其特征在于其含有: (A)選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中的至少I種無機(jī)鹽， (B)平均粒徑為20μ m以下的滑物質(zhì)， (C)平均分子量為5000 100000的水溶性樹脂材料，以及 (D)水；該成分(A): (B): (C)的重量比為1: 0.01 20: 0.01 20。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物，其特征在于該樹脂材料(C)是選自由丙烯酸系樹脂及其它含有羧酸基的樹脂、磺酸系樹脂、以及聚乙烯醇所組成的群中的至少I種具有電氣性質(zhì)的水溶性樹脂，且平均分子量為8000 50000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物，其特征在于該樹脂材料(C)是以丙烯酸烷基酯為主成分的含有陰離子性基的丙烯酸烷基酯共聚物。
4.一種潤滑被膜，其特征在于其是含有以下(A) (C)的固化物: (A)選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中的至少I種無機(jī)鹽， (B)平均粒徑為20μ m以下的滑物質(zhì)，以及 (C)固持該無機(jī)鹽(A)及滑物質(zhì)(B)的平均分子量為5000 100000的水溶性樹脂材料； 該固化物中，具有該無機(jī)鹽(A)的至少一部分結(jié)晶化而成的結(jié)晶部。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的潤滑被膜，其特征在于該構(gòu)成原料(A): (B): (C)的重量比為 1: 0.01 20: 0.01 20。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一權(quán)利要求所述的潤滑被膜，其特征在于該結(jié)晶部具有粒狀、短纖維狀及葉脈狀中任一種以上的形狀，且形成為凸設(shè)于潤滑皮膜的外表面上的突出部而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一權(quán)利要求所述的潤滑被膜，其特征在于觀察表面時，該結(jié)晶部的面積率為20 80%。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一權(quán)利要求所述的潤滑被膜，其特征在于該結(jié)晶部的構(gòu)成尺寸為0.5mm以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至8中任一權(quán)利要求所述的潤滑被膜，其特征在于該樹脂材料(C)是選自由丙烯酸系樹脂及其它含有羧酸基的樹脂、磺酸系樹脂、以及聚乙烯醇所組成的群中的至少I種具有電氣性質(zhì)的水溶性樹脂，且平均分子量為8000 50000。
10.一種被覆金屬材料，其特征在于其是位于被加工用金屬材料的表面上，以0.3 12g/m2的附著量形成申請根據(jù)權(quán)利要求4至9任一權(quán)利要求所述的潤滑被膜而成。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的被覆金屬材料，其特征在于該被加工用金屬材料具有配合冷或溫鍛粗(heading)用、壓制用、滾鍛用或彈簧用的最終用途的線狀、棒狀、帶狀、片狀或塊狀中的任一形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11任一權(quán)利要求所述的被覆金屬材料，其特征在于該被加工用金屬材料是選自由不銹鋼、鈦、鈦合金、鎳、鎳合金、鈮及鈮合金所組成的群中的任一種難加工性金屬線材。
13.一種被覆金屬材料的制造方法，其特征在于其具備: (1)配合最終制品的形態(tài)而預(yù)先成形的被加工用素材金屬材料， (2)準(zhǔn)備階段，準(zhǔn)備含有以下(A) (D)的潤滑劑組成物:選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鑰酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中的至少I種無機(jī)鹽(A)、粒徑為20 μ m以下的滑物質(zhì)(B)、平均分子量為5000 100000的水溶性樹脂材料(C)、以及水(D)， (3)在加熱至預(yù)先設(shè)定的溫度的該潤滑劑組成物中浸潰該素材金屬材料，并對該素材金屬材料進(jìn)行加溫的階段， (4)造膜階段，在該素材金屬材料上使該無機(jī)鹽(A)、滑物質(zhì)(B)及樹脂材料(C)結(jié)晶化或膜化， (5)干燥階段，將具有結(jié)晶部而獲得的潤滑被膜干燥固化而使該結(jié)晶部固定。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的被覆金屬材料的制造方法，其特征在于在該干燥階段后，進(jìn)一步包含進(jìn)行該素材金屬材料的塑性加工的中間加工階段， 在該中間加工階段中，對該素材金屬材料賦予與該潤滑被膜不同種類的第二潤滑物質(zhì)而進(jìn)行加工。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的被覆金屬材料的制造方法，其特征在于該被覆金屬材料為鍛粗加工用被覆金屬線， 該中間加工為加工率30%以下的輕程度的拉線或壓延加工。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的被覆金屬材料的制造方法，其特征在于該被覆金屬材料為彈簧加工用被覆金屬線，該中間加工為加工率60%以上的強(qiáng)程度的拉線或壓延加工。
全文摘要
本發(fā)明提供一種以“含有(A)選自由硫酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽、磷酸鹽、鉬酸鹽及鎢酸鹽所組成的群中的至少1種無機(jī)鹽，(B)平均粒徑為20μm以下的滑物質(zhì)，(C)平均分子量為5000～100000的水溶性樹脂材料，及(D)水；上述成分(A)∶(B)∶(C)的重量比為1∶0.01～20∶0.01～20”為特征的金屬材料塑性加工用潤滑劑組成物、潤滑被膜及具備其之被覆金屬材料、及其制造方法。
文檔編號C10N40/24GK103154216SQ20118000586
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者駒田雅俊, 川畑直行, 高橋一朗 申請人:日本精線株式會社