JP2010255058A - 熱処理油組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】硫黄や硫黄化合物などを添加せずに、冷却性、酸化安定性および熱安定性に優れた熱処理油組成物を提供すること。
【解決手段】硫黄分含量が０．１５〜１質量％であり、１００℃における動粘度が５〜１５ｍｍ^２／ｓである基油Ａと、硫黄分含量が０．５〜２質量％であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｂと、硫黄分含量が０．３質量％以下であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｃとを含有する基油成分と、スルホン酸アルカリ土類金属塩とを含有してなる熱処理油組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱処理油組成物に関する。さらに詳しくは、例えば、自動車用歯車などの歯車、金属材料などの焼入油などとして有用な熱処理油組成物に関する。

自動車用歯車などの浸炭焼入れ工程における冷却過程では、低歪処理を目的としてマルクエンチ処理が一般的に行なわれている。マルクエンチ処理の際に亜硝酸ナトリウムなどの溶融塩が用いられているが、近年、環境汚染を防止する観点から、溶融塩を使用しない高温で使用可能な冷却剤の開発が望まれている。

高温での安定性に優れている熱処理油組成物として、硫黄分３００ｐｐｍ以下の鉱油及び合成油の少なくとも１種と、硫黄及び硫黄化合物の少なくとも１種と、スルホン酸アルカリ土類金属塩、フェノールのアルカリ土類金属塩、アルケニルコハク酸誘導体、脂肪酸、脂肪酸誘導体、フェノール系酸化防止剤及びアミン系酸化防止剤の少なくとも１種とを含有する熱処理油組成物が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、この熱処理油組成物には、硫黄及び硫黄化合物の少なくとも１種を必要とし、熱処理油組成物における硫黄分含有量を調整することが煩雑であるため、製造時における作業工程が増加するとともに、硫黄の臭気によって作業者に悪影響を与えるおそれがある。

特開平７−７０６３２号公報

本発明は、前記従来技術に鑑みてなされたものであり、硫黄や硫黄化合物などを必要とせずに、冷却性、酸化安定性および熱安定性に優れた熱処理油組成物を提供することを課題とする。

本発明は、硫黄分含量が０．１５〜１質量％であり、１００℃における動粘度が５〜１５ｍｍ^２／ｓである基油Ａと、硫黄分含量が０．５〜２質量％であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｂと、硫黄分含量が０．３質量％以下であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｃとを含有する基油成分と、スルホン酸アルカリ土類金属塩とを含有してなる熱処理油組成物に関する。

本発明の熱処理油組成物は、硫黄や硫黄化合物などを添加しなくても、冷却性、酸化安定性および熱安定性に優れるという効果を奏する。

各実施例および各比較例で得られた熱処理油組成物の熱安定性を調べる際に用いられた装置の概略説明図である。

本発明の熱処理油組成物は、硫黄分含量が０．１５〜１質量％であり、１００℃における動粘度が５〜１５ｍｍ^２／ｓである基油Ａと、硫黄分含量が０．５〜２質量％であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｂと、硫黄分含量が０．３質量％以下であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｃとを含有する基油成分と、スルホン酸アルカリ土類金属塩とを含有するものである。

本発明の熱処理油組成物は、基油Ａ、基油Ｂおよび基油Ｃが用いられているので、従来のように硫黄や硫黄化合物などを添加する必要がなく、また基油Ａ、基油Ｂおよび基油Ｃに加えてスルホン酸アルカリ土類金属塩が用いられているので、冷却性、酸化安定性および熱安定性に優れている。

基油Ａ、基油Ｂおよび基油Ｃは、鉱油、油脂および合成油のいずれであってもよい。鉱油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などが挙げられる。油脂としては、植物性油脂および動物性油脂が挙げられる。合成油としては、例えば、ポリα−オレフィン（ＰＡＯ）系合成油、エステル系合成油などが挙げられる。これらのなかでは、臭気を抑制する観点から、鉱油が好ましい。

基油Ａの硫黄分含量は、０．１５〜１質量％であり、１００℃における動粘度は、５〜１５ｍｍ^２／ｓである。基油Ａの硫黄分含量は、本発明の熱処理油組成物の熱安定性を高める観点から、０．１５質量％以上、好ましくは０．２質量％以上であり、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、１質量％以下、好ましくは０．８質量％以下である。基油Ａの１００℃における動粘度は、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、５ｍｍ^２／ｓ以上、好ましくは７ｍｍ^２／ｓ以上であり、本発明の熱処理油組成物の熱安定性を高める観点から、１５ｍｍ^２／ｓ以下、好ましくは１３ｍｍ^２／ｓ以下である。

基油Ｂの硫黄分含量は、０．５〜２質量％であり、１００℃における動粘度は、２０〜４０ｍｍ^２／ｓである。基油Ｂの硫黄分含量は、本発明の熱処理油組成物の耐熱性を高める観点から、０．５質量％以上、好ましくは０．６質量％以上であり、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、２質量％以下、好ましくは１．５質量％以下である。基油Ｂの１００℃における動粘度は、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、２０ｍｍ^２／ｓ以上、好ましくは２５ｍｍ^２／ｓ以上であり、本発明の熱処理油組成物の熱安定性を高める観点から、４０ｍｍ^２／ｓ以下、好ましくは３５ｍｍ^２／ｓ以下である。

基油Ｃの硫黄分含量は、０．３質量％以下であり、１００℃における動粘度は、２０〜４０ｍｍ^２／ｓである。基油Ｃの硫黄分含量は、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、０．３質量％以下、好ましくは０．１質量％以下である。なお、基油Ｃの硫黄分含量の下限値は、特に限定されず、０質量％であってもよい。基油Ｃの１００℃における動粘度は、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、２０ｍｍ^２／ｓ以上、好ましくは２５ｍｍ^２／ｓ以上であり、本発明の熱処理油組成物の熱安定性を高める観点から、４０ｍｍ^２／ｓ以下、好ましくは３５ｍｍ^２／ｓ以下である。

基油Ａと、基油Ｂおよび基油Ｃとの質量比〔基油Ａ／（基油Ｂおよび基油Ｃ）〕は、本発明の熱処理油組成物の熱安定性を高める観点から、好ましくは４０／６０以上、より好ましくは５０／５０以上であり、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、好ましくは８０／２０以下、より好ましくは７５／２５以下である。

基油Ｂと基油Ｃとの質量比（基油Ｂ／基油Ｃ）は、本発明の熱処理油組成物の熱安定性を高める観点から、好ましくは４０／６０以上、より好ましくは４５／５５以上であり、本発明の熱処理油組成物の酸化安定性を高める観点から、好ましくは６０／４０以下、より好ましくは５５／４５以下である。

基油成分は、基油Ａ、基油Ｂおよび基油Ｃを混合することにより、容易に調整することができる。基油Ａ、基油Ｂおよび基油Ｃは、いずれも、商業的に入手することができる。なお、基油成分には、本発明の目的を阻害しない範囲内で、他の基油が含まれていてもよい。

スルホン酸アルカリ土類金属塩としては、スルホン酸カルシウム、スルホン酸マグネシウム、スルホン酸バリウムなどが挙げられ、これらは、それぞれ単独でまたは２種以上を混合して用いることができる。これらのなかでは、冷却性を向上させる観点から、スルホン酸カルシウムが好ましい。

スルホン酸アルカリ土類金属塩の量は、基油成分１００質量部あたり、本発明の熱処理油組成物の冷却性を向上させる観点から、好ましくは３質量部以上、より好ましくは５質量部以上であり、本発明の熱処理油組成物の高粘度化を防止する観点から、好ましくは３０質量部以下、より好ましくは２５質量部以下である。

本発明の熱処理油組成物は、基油成分とスルホン酸アルカリ土類金属塩とを混合することによって容易に得られるが、スルホン酸アルカリ土類金属塩を基油成分に均一に分散させる観点から、５０〜１００℃程度の温度で基油成分とスルホン酸アルカリ土類金属塩とを混合することが好ましい。

なお、本発明の熱処理油組成物には、必要に応じて、例えば、酸化防止剤、消泡剤、冷却性向上剤、光輝性向上剤、水分離性向上剤などを適量で添加することができる。

本発明の熱処理油組成物は、冷却性、酸化安定性および熱安定性に優れているので、例えば、自動車用歯車などの歯車、金属材料などの焼入油などとして好適に使用することができる。

次に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明は、かかる実施例のみに限定されるものではない。

実施例１〜１１および比較例１〜６
基油として、基油Ａ（硫黄分含量：０．２５質量％、１００℃における動粘度：１１．００ｍｍ^２／ｓ）、基油Ｂ（硫黄分含量：１．０２質量％、１００℃における動粘度：３０．９７ｍｍ^２／ｓ）および基油Ｃ（硫黄分含量：０．０２質量％、１００℃における動粘度：３１．１９ｍｍ^２／ｓ）を用い、表１に示す組成となるように混合し、８０℃に加熱した後、スルホン酸カルシウムＡ（全塩基価：４０７ｍｇＫＯＨ／ｇ）またはスルホン酸カルシウムＢ（全塩基価：３０７ｍｇＫＯＨ／ｇ）を添加した。なお、比較例１〜３では、基油の加熱をしたが、スルホン酸カルシウムの添加をしなかった。

各実施例で得られた熱処理油組成物の性状を調べたところ、それらの熱処理油組成物は、いずれも、ＪＩＳ Ｋ ２２４２に規定の２種１号に適合するものであった。

実験例１
各実施例または各比較例で得られた熱処理油組成物を用い、以下の方法により、酸化安定性を調べた。その結果を表２に示す。

〔酸化安定性〕
（１）動粘度変化
ＪＩＳ Ｋ ２２４２の「安定度試験方法」に準じ、触媒を使用せずに２００℃で動粘度の経時変化を調べた。また、動粘度の測定結果に基づき、粘度比（４８時間経過後の動粘度／初期の動粘度）を求めた。それらの結果を表２に示す。

（２）残留炭素分の増加量
ＪＩＳ Ｋ ２２４２の「安定度試験方法」に準じて残留炭素分の経時変化を調べた。また、残留炭素分の測定結果に基づき、４８時間経過後の残留炭素分の増加量（４８時間経過後の残留炭素分−初期の残留炭素分）を求めた。それらの結果を表２に示す。

表２に示された結果から、実施例１〜１１で得られた熱処理油組成物、ならびに比較例２〜３および比較例５〜６で得られた熱処理油組成物は、いずれも、安定度試験方法にしたがって試験を行なった後の粘度比が小さいとともに残留炭素分の増加量が少ないことから、酸化安定性に優れていることがわかる。

実験例２
各実施例または各比較例で得られた熱処理油組成物を用い、以下の方法により、熱安定性を調べた。その結果を表３に示す。
〔熱安定性〕
図１に示される装置を用いた。図１に示すように、各実施例または各比較例で得られた熱処理油組成物２を８００ｍＬの量で１０００ｍＬ容のステンレス鋼製容器４に入れ、全体をガラス鐘３で覆い、攪拌子５で熱処理油組成物２を攪拌しながら、その熱処理油組成物２の中に、８５０℃に加熱された加熱コイル１を浸漬した後に取り出す操作を窒素ガス雰囲気中で２５０回または５００回繰り返して行なった。その結果を表３に示す。

表３に示された結果から、実施例１〜１１で得られた熱処理油組成物、ならびに比較例１〜２、比較例４〜５で得られた熱処理油組成物は、いずれも、加熱コイルを５００回浸漬した後の粘度低下率が小さいことから、熱安定性に優れていることがわかる。

実験例３
各実施例および各比較例で得られた熱処理油組成物の冷却性をＪＩＳ Ｋ ２２４２の「冷却性能試験方法」に準じて試験温度２００℃で試験を行ない、冷却を開始して１８秒間経過した時点でＪＩＳ銀試験片の温度を測定した。その結果を表４に示す。

表４に示された結果から、実施例１〜１１で得られた熱処理油組成物は、いずれも、冷却を開始して１８秒間経過した時点でのＪＩＳ銀試験片の温度が低いことから、冷却性に優れていることがわかる。

以上の結果から、各実施例で得られた熱処理油組成物は、硫黄や硫黄化合物などを添加しなくても、冷却性、酸化安定性および熱安定性のいずれにも優れていることがわかる。

本発明の熱処理油組成物は、例えば、自動車用歯車などの歯車、金属材料などの焼入油などとして利用することができる。

１ 加熱コイル
２ 熱処理油組成物
３ ガラス鐘
４ ステンレス鋼製容器
５ 攪拌子

Claims (5)

1. 硫黄分含量が０．１５〜１質量％であり、１００℃における動粘度が５〜１５ｍｍ^２／ｓである基油Ａと、硫黄分含量が０．５〜２質量％であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｂと、硫黄分含量が０．３質量％以下であり、１００℃における動粘度が２０〜４０ｍｍ^２／ｓである基油Ｃとを含有する基油成分と、スルホン酸アルカリ土類金属塩とを含有してなる熱処理油組成物。
2. 基油Ａと基油Ｂおよび基油Ｃとの質量比〔基油Ａ／（基油Ｂおよび基油Ｃ）〕が４０／６０〜８０／２０である請求項１に記載の熱処理油組成物。
3. 基油Ｂと基油Ｃとの質量比（基油Ｂ／基油Ｃ）が４０／６０〜６０／４０である請求項１または２に記載の熱処理油組成物。
4. スルホン酸アルカリ土類金属塩の量が基油成分１００質量部あたり３〜３０質量部である請求項１〜３のいずれかに記載の熱処理油組成物。
5. スルホン酸アルカリ土類金属塩がスルホン酸カルシウムである請求項１〜４のいずれかに記載の熱処理油組成物。