JP2001247891A - 金属材料の引抜き加工用キャリア剤組成物。 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 金属材料の引抜き加工に用いる組成物で、ほ
い素を含有しないため且つスラジ等がないために環境対
策上有益な、金属材料の引抜き加工用組成物を提供す
る。 【解決手段】 （Ａ）成分としてアルカリ金属硫酸塩、
（Ｂ）成分としてアルカリ金属珪酸塩、（Ｃ）成分とし
て水溶性または水分散性高分子を含有し、重量比で
（Ｂ）／（Ａ）＝０．０１〜１、（Ｃ）／［（Ａ）＋
（Ｂ）］＝０．０１〜０．５である金属材料の引抜き加
工用組成物。上記の水溶性または水分散性高分子はウレ
タン樹脂、ポリカルボン酸塩、水溶性ポリオレフィン、
ポリエーテルからえらばれる１種または２種以上とする
事ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄鋼、亜鉛めっき
鋼、ステンレス、銅、アルミニウム、チタン等の金属材
料の引抜き加工用キャリア剤に関するものである。より
詳しく述べるならば、本発明は化学反応を伴わず、スプ
レ−または浸漬といった物理的方法によって被加工物で
ある金属材料表面にキャリア性に優れる皮膜を形成で
き、かつ反応に伴う廃棄物、廃液が生じないような環境
対策上も優れた金属材料の引抜き加工用キャリア剤組成
物に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、金属材料の引抜き加工において
は、被加工材と工具との焼き付き、かじりの防止、さら
には潤滑剤の保持、導入性向上を目的として金属材料表
面ににキャリア皮膜を形成するための処理が施されてい
る。このキャリア処理は化学反応により皮膜を生成する
方法と、物理的に直接付着させる方法の２つに分けられ
る。通常キャリア処理を行った後の材料は、金属石けん
や消石灰を主成分とする潤滑剤や油、ワックスを加工前
に塗布し引抜き加工が行われている。

【０００３】キャリア皮膜の生成において化学反応を用
いる方法は、化成処理法と呼ばれるものであり、りん酸
亜鉛、りん酸カルシウム系皮膜を形成させるりん酸塩処
理またはしゅう酸鉄皮膜を形成させるしゅう酸塩処理等
で金属表面にキャリアとしての役割を有する皮膜を生成
させる。この方法は、材料との密着性が良く耐焼き付き
性が非常に優れており、鍛造、伸管、伸線などの塑性加
工分野の広い範囲で使用されている。

【０００４】しかしながら、これらの化成処理法は化学
反応によって生成する大量のスラッジが産業廃棄物とな
る事が避けられず、また化成処理後の水洗が必要なこと
から多種の重金属イオン、燐酸イオン、硝酸イオン、フ
ッ素イオン等を含む廃水が発生し、これらの処理に多く
の労力と費用がかかる。

【０００５】一方、化学反応を伴わずに物理的にキャリ
ア皮膜を付着させる方法として、ボラックスを主成分と
するものが一般的である。ボラックスは材料との密着性
も良く、液管理が簡便なことより広く使用されている
が、皮膜の吸湿による潤滑性能低下や、耐食性が化成処
理皮膜より劣るといった問題点がある。さらには、湖沼
付近では廃水のほう素規制の動きにより使用が制限され
る場合がある。また、石灰石けんによる処理も広く行わ
れているが、潤滑性、耐食性、粉塵発生などの問題をか
かえている。

【０００６】これらの問題点を解決する技術として特開
平１０−３６８７６号公報にはアルカリ金属硫酸塩、ア
ルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、これに任意成分と
して脂肪酸アルカリ金属塩、脂肪酸アルカリ土類金属
塩、固体潤滑剤、水溶性熱可塑性樹脂を配合した潤滑剤
が開示されている。この組成物は潤滑性を保持しつつ、
不揮発分とｐＨの調整のみで液管理ができ、廃液も生じ
ないものであるが、ほう素を含んでいる点や潤滑性が不
十分という問題点がある。したがって現状ではほう素を
含まず環境面でも問題がなく、かつ密着性、潤滑性、耐
食性とも優れた金属材料の引抜き加工用キャリア剤組成
物は得られていないのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記従来技術
の抱える問題点を解決するためのものであって、金属材
料表面に密着性、潤滑性、耐食性とも優れたキャリア皮
膜を形成させ、かつほう素を含まず廃棄物処理も容易
で、環境対策面においても有益な金属材料の引抜き加工
用キャリア剤組成物を提供する事を目的とするものであ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決するための手段についてに鋭意検討を行った結果、
アルカリ金属硫酸塩とアルカリ金属珪酸塩と水溶性また
は水分散性高分子とを特定比率で含む水溶液に、金属材
料を浸漬乾燥させる事により、ほう素を含まず、優れた
潤滑性能を持つ強靱な皮膜が形成されることを新たに見
出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】すなわち、本発明の金属材料の引抜き加工
用キャリア剤組成物は、（Ａ）成分としてアルカリ金属
硫酸塩、（Ｂ）成分としてアルカリ金属珪酸塩、（Ｃ）
成分として水溶性または水分散性高分子を含有し、かつ
（Ｂ）／（Ａ）の重量比が０．０１〜１の範囲内、
（Ｃ）／（Ａ＋Ｂ）の重量比が０．０１〜０．５の範囲
内にあることを特徴とするものである。

【００１０】前記水溶性または水分散性高分子は、ウレ
タン樹脂、ポリカルボン酸塩、水溶性ポリオレフィン、
ポリエーテル及び多糖類から成る群から選ばれる少なく
とも１種であるのが好ましい。

【００１１】

【作用】以下、本発明の内容をより詳細に説明する。本
発明の金属材料の引抜き加工用キャリア剤に使用される
（Ａ）成分のアルカリ金属硫酸塩は組成に特に限定はな
くＮａ₂ＳＯ₄、Ｋ₂ＳＯ₄、ＮａＫＳＯ₄等が使用でき
る。また、これらの混合物も使用できる。

【００１２】また、本発明に使用される（Ｂ）成分のア
ルカリ金属珪酸塩も特に限定はなく、珪酸リチウム、珪
酸カリウム、珪酸ナトリウム、オルソ珪酸ナトリウム、
メタ珪酸ナトリウム、水ガラス等が使用できる。また、
これらの混合物も使用できる。

【００１３】ここで、前記（Ａ）アルカリ金属硫酸塩と
（Ｂ）アルカリ金属珪酸塩の重量比（Ｂ）／（Ａ）は
０．０１〜１の範囲内にあるのが好ましく、より好まし
くは、０．０５〜０．７である。（Ａ）成分に対する、
（Ｂ）成分の重量比（Ｂ）／（Ａ）が０．０１未満で
は、皮膜硬度が低くなり、耐加重性が悪くなるため金属
材料と工具との焼き付きが発生しやすくなる。さらにこ
の場合、耐食性も著しく低下する。逆に（Ｂ）／（Ａ）
が１を超えると皮膜硬度が高くなり過ぎ、皮膜自体が工
具や材料を傷付けやすくなるので好ましくない。

【００１４】次に本発明に使用される（Ｃ）成分の水溶
性または水分散性の高分子化合物も特に限定はないがウ
レタン樹脂、ポリカルボン酸塩、水溶性ポリオレフィ
ン、ポリエーテルおよび多糖類から成る群から選ばれる
少なくとも１種が好ましい。

【００１５】本発明に使用されるウレタン樹脂としては
水性ウレタンが好ましく、一般に入手可能なもののどれ
を用いても良く、ポリエステルポリオール、ポリオー
ル、ポリイソシアネートを原料とする水性ウレタンを用
いることができる。

【００１６】本発明に使用されるポリカルボン酸塩は、
一般に入手可能なものならどれを用いても良いが、アク
リル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸等の重
合物またはこれらをモノマーに含む共重合物およびこれ
らの誘導体およびカリウム塩、ナトリウム塩、アンモニ
ウム塩等を用いるのが好ましい。

【００１７】本発明に用いられる水溶性ポリオレフィン
も、一般的に入手可能なものならどれを用いても良い
が、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンおよ
びこれらの誘導体を用いるのが好ましい。

【００１８】本発明に用いられるポリエーテルは、一般
に入手可能なものならどれを用いても良いが、ポリエチ
レングリコール、ポリプロピレングリコールおよびこれ
らの誘導体を用いるのが好ましい。

【００１９】本発明に使用される多糖類は、一般的に入
手可能なものならどれを用いても良いが、メチルセルロ
ース、メチルスターチ、メチルグアーガム、エチルセル
ロース、エチルスターチ、エチルグアーガム、カルボキ
シメチルセルロース、カルボキシメチルスターチ、カル
ボキシメチルグアーガム、カルボキシメチルヒドロキシ
エチルセルロース、カルボキシメチルヒドロキシエチル
スターチ、カルボキシメチルヒドロキシエチルグアーガ
ム、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシエチルス
ターチ、ヒドロキシエチルグアーガム、ヒドロキシエチ
ルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルスター
チ、ヒドロキシエチルメチルグアーガム、ヒドロキシプ
ロピルセルロース、ヒドロキシプロピルスターチ、ヒド
ロキシプロピルグアーガム、ヒドロキシプロピルメチル
セルロース、ヒドロキシプロピルメチルスターチ、ヒド
ロキシプロピルメチルグアーガム、トリカルボキシスタ
ーチ、トリカルボキシアミロース、トリカルボキシペク
チン、キサンタンガム、スルホ酢酸−β１．３グルカン
等の群から選ばれる少なくとも１種を用いるのが好まし
い。

【００２０】（Ｃ）成分の配合比は（Ｃ）／（Ａ＋Ｂ）
の重量比として０．０１〜０．５であることが好まし
い。より好ましくは０．０５〜０．２である。この重量
比（Ｃ）／（Ａ＋Ｂ）が０．０１未満では、処理後の乾
燥工程における皮膜生成の過程において、アルカリ金属
硫酸塩の結晶が大きく成長しすぎ、潤滑剤の保持、導入
性が悪くなる。また重量比（Ｃ）／（Ａ＋Ｂ）が０．５
を超えた場合、皮膜の密着性が低下し、焼き付きが発生
しやすくなる。さらにこの場合、吸湿性も著しく増加す
る。

【００２１】本発明の金属材料の引抜き加工用キャリア
剤組成物には、防錆性向上のために一般的に用いられる
亜硝酸塩、モリブデン酸塩、アルカノールアミン、複素
環アミン類の防錆添加剤を添加しても構わない。

【００２２】本発明の金属材料のの引抜き加工用キャリ
ア剤組成物には、液安定性向上のために一般的に用いら
れる酒石酸塩、グルコン酸塩、ＥＤＴＡ等のキレート剤
を添加しても構わない。

【００２３】本発明の金属材料の引抜き加工用キャリア
剤組成物には、特に金属表面の拡大率が高い様な加工条
件において耐焼付き性向上のため、一般的に用いられる
硫黄系、りん系、塩素等の極圧添加剤を添加しても構わ
ない。

【００２４】本発明の金属材料の引抜き加工用キャリア
剤組成物には、対象金属表面の濡れ性向上のために、一
般的に用いられる非イオン性界面活性剤、陰イオン性界
面活性剤、両性界面活性剤から選ばれる少なくとも１種
を添加しても構わない。

【００２５】本発明の金属材料の引抜き加工用キャリア
組成物は、皮膜を形成させる際に化学反応を利用しない
ので、対象素材は特に限定されないが、実用的には鉄
鋼、ステンレス、銅、アルミニウム、チタン等の金属ま
たはその合金を引抜き加工する際に用いることが好まし
い。本発明のキャリア剤組成物は、金属材料の表面を脱
脂（通常のアルカリ脱脂剤が使用できる）、水洗、酸
洗、水洗による前処理を行い、表面を清浄にした後に付
着させるのが好ましい。なお、酸洗は酸化スケールが付
着していない場合は省いてもかまわない。これらの前処
理は常法により行えば良い。

【００２６】本発明の金属材料の引抜き加工様キャリア
剤組成物は、金属材料上に皮膜を形成させる際に化学反
応を利用しないので、化成スラッジのような廃棄物を生
じない。このため、酸、アルカリを大量に持ち込まない
限り液の廃棄更新、廃棄物の除去等を必要とせず、また
成分変動もほとんど起こさないため、浴の管理は持ち出
し分の補給によって行えばよい。

【００２７】本発明のキャリア剤組成物は、浸漬、スプ
レーや流しかけ等の常法により金属材料に塗布する。塗
布は金属表面が充分にキャリア剤組成物に覆われれば良
く、塗布する温度や時間に特に制限は無い。塗布後キャ
リア剤組成物を乾燥する必要がある。浴の温度及び乾燥
温度は常温でもかまわないが、より効率よく乾燥するた
めには浴の温度５０〜８０℃、乾燥温度６０〜１２０℃
位にするのが好ましい。なお、金属材料上に形成するキ
ャリア皮膜の付着量も特に制限はないが、潤滑性、密着
性、耐食性を考慮して３〜２０ｇ／ｍ²とするのが好ま
しい。より好ましくは５〜１５ｇ／ｍ²である。

【００２８】

【実施例１】本発明の実施例を比較例と共に挙げ、その
効果をより具体的に説明する。実施例１〜９、比較例１
〜３表１に示す割合でキャリア剤組成物を調製した。調
製は硫酸塩、珪酸塩、および水溶性または水分散性高分
子を水に溶解または分散した。

【００２９】さらに、実施例１〜９及び比較例１〜３に
示すキャリア剤組成物を６０℃に加温し、試験材（材
質：Ｓ４５Ｃ球状焼鈍材 直径３ｍｍφ、長さ２０ｍの
線材）を３０秒浸漬した後、１００℃で３０分乾燥し、
キャリア処理を行った。

【００３０】比較例４〜６（石灰石けん、ボラックス、
りん酸塩）現行キャリア剤を一般的な条件にて処理を行
った。

【００３１】なお伸線用試験材は、キャリア剤組成物塗
布に先立ち以下の前処理工程（１）〜（４）を行った。 （１）アルカリ脱脂：日本パーカライジング製 ファインクリ-ナ４３６０（登録商標） 濃度２０ｇ／Ｌ、温度６０℃、浸漬１０分） （２）水洗 ：常温の水道水 浸漬 ６０秒 （３）酸洗 ：塩酸、濃度１７．５重量％、温度ＲＴ、浸漬時間１０分 （４）水洗 ：常温の水道水 浸漬 ６０秒

【００３２】伸線試験は単頭伸線機を使用し次の工程で
連続伸線加工を行った。 素線：3.00mmφ→１伸：2.76mm→２伸：2.40mm→３伸：
2.17mm→４伸：1.90mm５伸：1.72mmφ→６伸：1.51mm 尚、伸線の各パスごとに市販のカルシウム系乾式パウダ
ーを使用した。

【００３３】キャリア皮膜付着量及び残存付着量（ｇ／
ｍ²）は５％クロム酸を７５℃に加温、１５分浸漬しキ
ャリア皮膜を剥離、前後の重量差より算出した。潤滑性
の評価は６連伸後の引抜き荷重、皮膜残存量により評価
した。耐食性は素線にキャリア処理を行い、恒温高湿槽
温度３０℃、相対湿度８０％の環境下で４週間放置後、
材料表面に於ける錆発生面積％を評価した。

【００３４】表１から、本発明の金属材料の引抜き加工
用キャリア組成物を用いた実施例１〜９は本発明の構成
要件を満たさない比較例１〜３と比べ、６連伸後の引き
抜き荷重も低く、残存付着量も多くなっており、明らか
に潤滑性において優れていることが判る。また実施例１
〜９は、現行処理である比較例４〜６と比べても遜色な
い性能を有することが示されている。一方、耐食性に関
しても比較例４、５と比べ明らかに向上しており、現行
処理の代替に十分なりうると考えられる。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【実施例２】量産伸線テストは、連続伸線機を使用し連
続伸線加工を行った。 材料：Ｓi・Ｃr鋼線（９２５４） 原線：ロッド（φ8.00mm）→皮削り（φ7.40mm）→熱処
理→インラインコーティング 伸線パススケジュール：(φ7.40mm)→ 6.40mm → 5.60m
m → 5.00mm →4.50mm→ 異形線φ4.07mm(丸線換算) →
異形線φ3.67mm(丸線換算）

【００３７】表２の実施例ではキャリア剤として表１の
実施例６のものを用いた。また表２の比較例では表１の
比較例の５及び６を用いた。尚各パス毎の伸線用潤滑剤
はカルシウム系乾式パウダーである。

【００３８】

【表２】

【００３９】以上の結果より、本コーティングはボラッ
クスより格段に伸線性が改善され、りん酸亜鉛と比べて
も遜色ない伸線性を有していると判断できる。耐食性に
ついてもボラックスより向上しており、量産使用におい
ても問題なく使用できる。また、ボラックスのように排
水にほう素を含まず、りん酸亜鉛のようにスラッジ等の
廃棄物が生じないため、排水、廃棄物処理等の環境問
題、作業者の負荷軽減にも非常に有益である。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の金属材料の引抜き加工用キャリア剤組成物は、簡便な
処理で化成処理に匹敵する高い潤滑性及び耐食性を有す
る皮膜を生成する事が出来る。また、化成スラッジのよ
うな廃棄物は生じず、ほう素等を含まないことから排水
処理性も良いため作業性、環境対策面でも利用者にとっ
て有益である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｍ 107/32 Ｃ１０Ｍ 107/32 107/36 107/36 107/42 107/42 107/44 107/44 125/22 125/22 125/26 125/26 145/04 145/04 145/14 145/14 145/16 145/16 145/24 145/24 145/40 145/40 149/10 149/10 149/18 149/18 // Ｃ１０Ｎ 10:02 Ｃ１０Ｎ 10:02 20:00 20:00 Ｚ 30:12 30:12 40:24 40:24 Ｚ 50:02 50:02 (72)発明者 永田 秀二 東京都中央区日本橋１−15−１ 日本パー カライジング株式会社内 (72)発明者 神保 鉄男 兵庫県尼崎市浜町10番地１ 神鋼鋼線工業 株式会社内 Ｆターム(参考） 4H104 AA18A AA18C AA21A AA21C CB02A CB02C CB08A CB08C CB09A CB09C CB14A CB14C CB19A CB19C CE05A CE05C CE13A CE13C EA17A EA17C FA01 LA06 PA23 QA01 QA08

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （Ａ）成分としてアルカリ金属硫酸塩、
   （Ｂ）成分としてアルカリ金属珪酸塩、（Ｃ）成分とし
   て水溶性または水分散性高分子を含有し、かつ（Ｂ）／
   （Ａ）の重量比が０．０１〜１の範囲内、（Ｃ）／（Ａ
   ＋Ｂ）の重量比が０．０１〜０．５の範囲内にあること
   を特徴とする金属材料の引抜き加工用キャリア剤組成
   物。
2. 【請求項２】 前記水溶性または水分散性高分子が、ウ
   レタン樹脂、ポリカルボン酸塩、水溶性ポリオレフィ
   ン、ポリエーテル、および多糖類から成る群から選ばれ
   る少なくとも１種である、請求項１に記載の金属材料の
   引抜き加工用キャリア剤組成物。