JP3923114B2

JP3923114B2 - 金属塑性加工用潤滑剤

Info

Publication number: JP3923114B2
Application number: JP31915996A
Authority: JP
Inventors: 健次酒井; 孝一後藤
Original assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Current assignee: Kyodo Yushi Co Ltd
Priority date: 1996-11-29
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2007-05-30
Anticipated expiration: 2016-11-29
Also published as: JPH10158676A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属塑性加工用潤滑剤に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属の塑性加工用潤滑剤において従来から一般的に使用されている、黒色系固体潤滑剤（黒鉛、二硫化モリブデン等）を油中に分散させた金属塑性加工用潤滑剤は、潤滑性に優れているが、作業環境を汚染するという問題がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の目的は、金属の塑性加工において優れた潤滑性を発揮し、工具表面への被加工材の焼き付きや、工具摩耗を防止し、加工及び作業性を容易にするための金属塑性加工用潤滑剤であって、黒色系の固体潤滑剤を含有しなくても、それらを含有した潤滑剤と同等またはそれ以上の潤滑性を有する金属塑性加工用潤滑剤を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、潤滑剤基油、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩、及び炭水化物類を含有する金属塑性加工用潤滑剤により達成される。
本発明の金属塑性加工用潤滑剤が適用される工具としては、高炭素鋼、合金鋼、高速度鋼、超硬、セラミックス等製のものが挙げられ、被加工材としては、炭素鋼、合金鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等製のものが挙げられる。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明者は上記課題を解決するために、先に高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩を使用した塑性加工用潤滑剤を提案した（特開平７−８００３６号公報）。この潤滑剤は、従来の黒色系固体潤滑剤油中分散型潤滑剤と比較すると、加工量の小さな加工においては同等の潤滑性を発揮するものの、加工量の大きな加工においては焼きつきや規定の寸法が得られないなど、潤滑性がやや劣るという問題がある。本発明は、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩に炭水化物類を添加することにより、黒色系固体潤滑剤を使用しなくても、潤滑性が飛躍的に向上し、黒色系固体潤滑剤油中分散型潤滑剤と同等か、又はそれ以上の潤滑性を有する金属塑性加工用潤滑剤が得られるという知見に基づいて完成されたものである。
【０００６】
本発明の潤滑剤は、好ましくは、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩10〜80重量％、炭水化物類５〜40重量％、残部が潤滑剤基油からなるものである。
本発明に使用される高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩としては、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレート、高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、及びこれらの２種以上の混合物が挙げられる。高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは、いずれを用いてもほぼ同等の効果を得ることが出来るので、任意の配合比で使用することができる。
アルカリ土類金属としては、カルシウム、マグネシウム、バリウムが挙げられる。これらのうちいずれを用いても同様の効果を得ることが出来るが、経済性の点よりカルシウムが好ましい。従って、以下この明細書においては高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩を、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートについて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【０００７】
高塩基性カルシウムフェネートは、例えば、以下のように製造することができる。すなわち、所定の溶媒（例えばベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、鉱油）に、炭素数１〜４０の直鎖又は分岐鎖炭化水素基で置換されたフェノール又は硫化フェノールと過剰の水酸化カルシウムを加え混合する。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸塩化するのに十分な炭酸ガスを通じた後、減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去する。この方法で製造された高塩基性カルシウムフェネートは、過剰のCaCO₃を安定に分散している透明な液体である。市販品としては、Adibis社のADX-410J、オロナイトジャパン社のOLOA229 、OLOA218A等が挙げられる。
【０００８】
高塩基性カルシウムカルボキシレートは、例えば、以下のように製造することができる。すなわち、所定の溶媒（例えばベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、鉱油）に有機カルボン酸と過剰の水酸化カルシウムを加え混合する。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸塩化するのに十分な炭酸ガスを通じた後、減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去する。この方法で製造された高塩基性カルシウムカルボキシレートは、過剰のCaCO₃を安定に分散している透明な液体であり、その有効成分は下記の一般式で示すことができる。
[R¹-COO-Ca-OOC-R²]n・(CaCO₃)m
式中R¹及びR²は同一でも異なっていてもよく、炭素数１〜４０の直鎖又は
分岐鎖脂肪族炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数４〜４０の環状脂肪族炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数７〜４０の芳香族炭化水素基を示す。ｍ／ｎは0.２以上、好ましくは１５以上である。
市販品としては、LUBRIZOL社のLUBRIZOL 5341 、5341A 等が挙げられる。
【０００９】
高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、例えば高塩基性カルシウムスルホネートは例えば、以下のように製造することができる。すなわち、所定の溶媒（例えばベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素、メタノール、エタノール等のアルコール系溶媒、鉱油）に有機スルホン酸と過剰の水酸化カルシウムを加え混合する。その後、添加した水酸化カルシウムを炭酸塩化するのに十分な炭酸ガスを通じた後、減圧蒸留して揮発性の溶媒を除去する事により製造される。この方法で製造された高塩基性カルシウムスルホネートは、過剰のCaCO₃を安定に分散している透明な液体であり、その有効成分は下記の一般式で示すことができる。
[R¹-SO₃-Ca-O₃S-R²]n・(CaCO₃)m
式中R¹及びR²は同一でも異なっていてもよく、炭素数１〜４０の直鎖又は
分岐鎖脂肪炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数４〜４０の環状脂肪族炭化水素基、脂肪族基で置換された炭素数７〜４０の芳香族炭化水素基を示す。ｍ／ｎは0.２以上、好ましくは１５以上である。
市販品としては、LUBRIZOL社のLUBRIZOL 5347 、Witco 社のBRYTON C-150, C-400, C-500等が挙げられる。
【００１０】
本発明においてさらに好ましいものは、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩10〜80重量％、炭水化物類５〜40重量％、及び残部潤滑剤基油からなり、且つ組成物全体の塩基価平均値が40mgKOH/g 以上、好ましくは80〜400mgKOH/gであるものである。
組成物全体の塩基価平均値が 40mgKOH/g未満であると本発明の所期の効果を達成することができない。
塩基価とは、JIS K 2501に於いて全塩基価として規定されており、試料1g中に含まれる全塩基成分を中和するのに要する塩酸と等量の水酸化カリウムのmg数をいう。従って、高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは、塩基成分であるCaCO₃を多く含有する程塩基価が高くなる。
【００１１】
上記市販の高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは通常、潤滑剤基油を含んでいる。従って、これらに、炭水化物類を添加することにより、本発明の潤滑剤として使用することができる。また適当な基油で希釈して使用してもよい。
上記市販の高塩基性カルシウムフェネート、高塩基性カルシウムカルボキシレート、高塩基性カルシウムスルホネートは、各々の塩基価が40mgKOH/g 以上のもの、好ましくは 80mgKOH/g以上のものが好ましい。これらを２種以上の混合物として使用する場合には、それぞれの配合比から求めた塩基価平均値が40mgKOH/g 以上であることが好ましい。つまり塩基価が40mgKOH/g 未満の物を使用する場合、塩基価の高いものと混合することにより、塩基価の平均値を40mgKOH/g 以上とすれば良い。又は塩基価を下げるために塩基価が40mgKOH/g 未満の物を使用しても良い。
【００１２】
本発明に使用される潤滑剤基油として好ましいものは、鉱油、合成油、油脂、及び合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種である。具体例としてはスピンドル油、マシン油、ダイナモ油、モーター油、シリンダー油、ブライトストック油等の中質及び重質鉱油；牛脂、ラード、鯨油、パーム油、椰子油、菜種油、米ぬか油、大豆油等の動植物油脂；８〜22個の炭素原子を有する脂肪酸と１価及び多価アルコールのエステル、α−オレフィン、ポリブテン、シリコーン油、フッ素油等の合成油；及びこれらの混合油が挙げられる。
【００１３】
本発明の潤滑剤には、上記の基油以外に摩擦係数低減効果を有する耐荷重添加剤、例えば、極圧添加剤や固体潤滑剤等を加えることによっても十分な効果が得られる。
本発明に使用可能な極圧添加剤としては、下記の内から１種又は２種以上を選択して使用することができる。
ジアルキルジチオカルバミン酸金属塩（アルキル基：Ｃ₂〜Ｃ₈）、ジアリールジチオカルバミン酸金属塩、２−メルカプトベンゾチアゾール金属塩、イソプロピルキサントゲン酸金属塩、ジアルキルジチオ燐酸金属塩（アルキル基：Ｃ₂〜Ｃ₈）、ジアリールジチオ燐酸金属塩、ナフテン酸金属塩、直鎖又は分岐脂肪族カルボン酸金属塩、ジターシャリードデシルポリサルファイド、硫化油脂、粉末硫黄、ジアルキル錫と脂肪酸の反応生成物、ジアルキル錫とメルカプトカルボン酸エステルの反応生成物、アルキル錫サルファイド、ほう酸カリウムオイル分散体（例えば、ORONITE ADDITIVES 社製：商品名：ＯＬＯＡ９７５０）、ほう酸カルシウムオイル分散体、並びにこれらの混合物等が挙げられる。金属塩の金属としてはカルシウム、亜鉛、モリブデン等を挙げることが出来る。
【００１４】
なお、本発明の目的である作業環境の汚染を一層防止する為、基油中への固体分（粉体及び粒子を指す。超微粒子は除く）添加を極力控える観点より、好ましいものは、ジ−２−メチル−１−プロピルジチオ燐酸亜鉛、ナフテン酸亜鉛、ナフテン酸カルシウム、炭素数６〜２２の直鎖又は分岐脂肪族モノカルボン酸亜鉛、炭素数６〜２２の直鎖又は分岐脂肪族モノカルボン酸カルシウム、ジターシャリードデシルポリサルファイド、ほう酸カリウムオイル分散体、並びにこれらの混合物である。また、固体潤滑剤としては、黒鉛、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂以外の、白色あるいは淡色である、潤滑用語解説集（日本潤滑学会編）に記載されている固体潤滑剤や、特開平６−２５６７８４号公報に記載されている被膜増強剤等を使用することができる。
これらの摩擦係数低減効果を有する極圧添加剤や固体潤滑剤の含有量は、本発明の潤滑剤中、好ましくは２〜４０重量％、さらに好ましくは５〜２０重量％が適当である。
本発明の潤滑剤は、一般的に潤滑剤用ポンプとして使用されるギアポンプ、プランジャーポンプ等によって、金型へ供給することが出来る。またポンプを使用すること無く刷毛で塗布してもよい。
【００１５】
本発明に使用される炭水化物類としては、グルコース等の単糖類、蔗糖等の二糖類、シクロデキストリン、澱粉（例えば、小麦、とうもろこし、タピオカ、馬鈴薯の澱粉）、該澱粉の燐酸エステル塩（例えば、アルカリ金属塩）、セルロース（例えば、葦、藁、おが屑、木材繊維等のセルロース）、該セルロースの燐酸エステル塩（例えば、アルカリ金属塩）、グルコマンナン（こんにゃく粉等）、ガラクツロナン、キシラン、フルクタン等の多糖類、アルギン酸塩（例えば、アルカリ金属塩）及びこれらの混合物からなる群から選ばれる。アルカリ金属塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩が挙げられるが、入手性、経済性の点からナトリウム塩が好ましい。
【００１６】
【実施例】
次に実施例により本発明を更に具体的に説明する。
実施例１〜２０、比較例１〜８
攪拌機を備えたステンレス製加熱釜を用いて製造した。製造は、表１及び表２に示す各成分を、表１及び表２に示す重量比率で釜に投入し、50〜60℃にて均一となるまで攪拌することにより、まず、比較例３〜７の潤滑剤を得た。
さらに、ホントンゴーリンホモジナイザーで 350kgf/cm²にて２パスして実施例１〜２０、比較例２及び８の潤滑剤を得た。
上記実施例及び比較例で得た潤滑剤及び更に比較のため、市販黒鉛油中分散型潤滑剤 (比較例１) につき、次に示す試験方法により性能試験を行い、得られた結果を表１及び２に併記する。
【００１７】
ラボ潤滑性試験
１６０トンプレス機を用い、下記条件にて鍛造加工を行い、加工時の荷重（トン）、加工物の寸法（mm）、及び焼付の有無から鍛造成形性を判断する。荷重及び寸法とも小さい値で焼付のないものほど良好である。
（試験条件）
・プレス機：KOMATSU MAYPRES (MKN-160)
・金型材質：超硬
・金型寸法：ポンチ径25mmφ，ダイス内径30mmφ
・試験片：S45C（直径30mm，厚み11.6mm）
・試験片温度：750 ℃，1100℃
・加工速度：32.5mm/sec
・断面減少率：70%
・加工物底厚設定：比較例２で、3.35mm (750 ℃時), 2.36mm(1100℃時)
【００１８】
成形性：比較例２の対応で、750 ℃のとき、底厚3.35mm以下、荷重90ｔ以下、1100℃のとき底厚2.36mm以下、荷重45ｔ以下であること。
耐焼き付き性：熱間鍛造試験後の金型の焼き付き状態を観察し、以下の５段階で評価した。（□〜◎であれば良好と評価）
（評価）
◎：焼き付きは全く認められない
○：焼き付きはほとんど認められない
□：焼き付きがやや認められる
△：焼き付きが認められる
×：焼き付きが顕著に認められる
【００１９】
高温付着性：金型を想定した試験片を規定温度に設定し、シリンジで０．１ml滴下し、付着可能な上限温度を確認する。
（評価）
○：５００℃以上でも付着する。
△：４５０℃以上５００℃未満。
×：４５０℃未満。
設備周辺の汚染：過剰に供給された潤滑剤が、設備周辺に黒色 (特に黒鉛含有油) に付着、又は付着した潤滑剤が重合しヘラ等で除去しようとしても容易に取り除くことが出来ない等、作業環境の汚染の有無を確認する。
(評価)
○ :汚染無し
× :汚染有り
【００２０】
【発明の効果】
本発明の潤滑剤は、黒鉛等の黒色成分を使用していないので作業環境を改善し鍛造成形性及びその他の性能は黒鉛油中分散型潤滑剤（比較例１）と同等かそれ以上であり、作業環境が改善されている。また炭水化物を含有しているため、これを含有していないものと比較して耐焼き付き性、高温付着性に優れていることがわかる。
【００２１】
【表１】

【００２２】
【表２】

【００２３】
【表３】

【００２４】
【表４】

【００２５】
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩
（１）高塩基性カルシウムフェネート（塩基価400)
(ADX-410J: Adibis 社製)
（２）高塩基性カルシウムスルホネート（塩基価400)
(BRYTON C-400: Witco社製)
（３）高塩基性カルシウムカルボキシレート（塩基価400)
(LUBRIZOL 5341: Lubrizol社製)
炭水化物類
（４）蔗糖
（５）シクロデキストリン
（６）セルロースパウダー
（７）澱粉燐酸エステルナトリウム塩
（８）タピオカ澱粉
（９）こんにゃく粉（グルコマンナン）
基油
（10）鉱物油
（11）菜種油
（12）トリメチロールプロパンオレイン酸フルエステル
耐荷重添加剤
（13）ジブチルチオ燐酸亜鉛
（14）ジターシャリードデシルポリサルファイド（硫黄分２０％）
比較例１市販黒鉛油中分散型型潤滑剤（１００％）

Claims

潤滑剤基油、高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩、及び炭水化物類を含有する金属鍛造加工用潤滑剤であって、組成物全体の塩基価平均値が８０ｍｇＫＯＨ／ｇ超である、金属鍛造加工用潤滑剤。
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩１０〜８０重量％、炭水化物類５〜４０重量％、残部が潤滑剤基油からなる請求項１記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が、高塩基性アルカリ土類金属フェネートである請求項１又は２記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が、高塩基性アルカリ土類金属スルホネートである請求項１又は２記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が、高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレートである請求項１又は２記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩が、高塩基性アルカリ土類金属フェネート、高塩基性アルカリ土類金属スルホネート、及び高塩基性アルカリ土類金属カルボキシレートからなる群から選ばれる少なくとも２種の混合物である請求項１又は２記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
潤滑剤基油が、鉱油、合成油、油脂、及び合成エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項６のいずれか１項記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
高塩基性アルカリ土類金属有機酸塩１０〜８０重量％、炭水化物類５〜４０重量％、及び残部潤滑剤基油からなり、且つ組成物全体の塩基価平均値が８０ｍｇＫＯＨ／ｇ超である請求項１〜７のいずれか１項記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
さらに、摩擦係数低減効果のある耐荷重添加剤を含有する請求項１〜８のいずれか１項記載の金属鍛造加工用潤滑剤。
炭水化物類が、澱粉、澱粉燐酸エステル塩、セルロース、セルロース燐酸エステル塩、アルギン酸塩、及びこれらの混合物からなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜９のいずれか１項記載の金属鍛造加工用潤滑剤。