JPH04189897A - 熱間鍛造前の潤滑処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金を熱間
鍛造する際にあらかしめ前記金属と金型の表面に潤滑処
理を施す方法に間する。

〔従来の技術〕

従来、アルミニウムまたはアルミニウム合金を熱間鍛造
する場合、潤滑油、グリースまたはこれらにグラファイ
ト粉末や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を配合したも
の、あろい：！アルカリ金属塩の硫酸塩、ホウ酸塩、グ
ラファイトおよび必要に応して添加される潤滑助剤とか
らなる微粉末混合物を水分散淑としたものを金型；こ塗
布し、鍛造する二とが翔られている。

しかしながら、油系の潤滑組成物；こは、熱的に不安定
で、使用の際二二分解し、金型や加工物二こ響影響を与
えるほか、油が作業環境を著しく汚染するという問題が
ある。また、金型の冷却性、作業性を考慮すれば、水系
の潤滑潰が適しているか、潤滑性能が安定せず、しばし
ば焼付き、かしすなとの問題を起こしやすいので、更に
良好な耐熱性と安定し・た優れた潤滑性能とを発揮する
１ｉｒｉｌ処理方法が必要となってきたのである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明は、従来の水系潤滑剤を用いてアルミニウムまた
はアルミニウム合金を熱間鍛造する場合における問題を
解決するためになされたものであって、アルミニウムま
たはアルミニウム合金材被加工物の表面にフッ化アルミ
ニウムまたはアルミン酸カルンウムの化成皮膜を形成さ
せ、金型；こ、二硫化モリブデン、ステアリン酸カルン
ウム等で代表される潤滑成分と界面活性剤とバインダー
からなる水系潤滑処理液に更にコロイダルチタンのチタ
ンとし・て１０ｐｐｍ以上を含有させたものを塗布して
潤滑皮膜を形成させることにより、公知の水系潤滑処理
液を用いる場合よりも、優れた熱間鍛造性（熱間潤滑性
）が得られることを見いだして本第１発明の潤滑処理方
法を完成するに至ったものである。

本発明者等は、更に検討を進めた結果、前記化成皮膜を
被加工物上に形成させた後、更に二硫化モリブデン、グ
ラファイト等に代表される固体潤滑剤の皮膜を形成させ
ることにより、それ等の皮膜の相乗効果で一層熱間潤滑
性を高めることができることを見いだして第２発明を完
成するに至ったのである。

〔問題点を解決するための手段〕

即ち、本第−発明は、 「アルミニウムまたはアルミニウム合金材被加工物の表
面に、化成ＩＷｌｉｌとしてフッ化アルミニウム皮膜ま
たはアルミン酸カルンウム皮膜を形成させ、金型に、二
硫化モリブデン、グラフフィト、シランカンブリング剤
で表面処理した炭酸力ルンウム、二硫化タングステン、
窒化ホウ素、フッ化グラファイト、タルク、ステアリン
酸のカルンウム、マグネンウム、アルミニウム、及びバ
リウム塩から選ばれる潤滑成分の１種または２種以上の
５０〜４００ｇ／ｌと、界面活性剤の０．５〜４０ｇ／
ｌと、バインダーとしてケイ酸、ホウ酸、及びリン酸の
アルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩、無水マレイン
酸とスチレンまたはイソブチレンの共重合体、ポリビニ
ルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレング
リコール及びセルロースから選ばれる１種または２種以
上の化合物の固形分として５〜１５０ｇ／ｌと、コロイ
ダルチタンのチタンとして１０ｐｐｍ以上とからなる水
系潤滑処理液を塗布して潤滑皮膜を形成させることを特
徴とするアルミニウムまたはアルミニウム合金及び金型
の熱間鍛造前の潤滑処理方法。」に間するものである。

次に本第２発明は、 「アルミニウムまたはアルミニウム合金材被加工物の表
面に、化成皮膜としてフッ化アルミニウム皮膜またはア
ルミン酸カルシウム皮膜を形成させた後、その皮膜上に
グラファイト、二硫化タングステン及び窒化ホウ素から
選ばれる少なくとも１種額の固体潤滑剤の皮膜を形成さ
せ、金型に、二硫化モリブデン、グラフフィト、シラン
カップリング剤で表面処理した炭酸カルシウム、二硫化
タングステン、窒化ホウ素、フッ化グラファイト、タル
ク、ステアリン酸のカルシウム、マグネシウム、アルミ
ニウム及びバリウム塩から選ばれる潤滑成分の１種また
は２種以上の５０〜４００ｇ／ｌと、界面活性剤の０．
５〜４０ｇ／ｌと、バインダーとしてケイ酸、ホウ酸、
及びリン酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属塩、
無水マレイン酸とスチしンまたはイソブチレンの共重合
体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポ
リエチレングリコール及びセルロースから選ばれる１種
または２種以上の化合物の固形分とし・て５〜１５０ｇ
／ｌと、コロイダルチタンのチタンとして１０　ｐ　ｐ
ｍ以上と水とからなる水系潤滑処理液を！ｊ！布して潤
滑皮膜を形成させることを特徴とするアルミニウムまた
はアルミニウム合金の熱間鍛造前の潤滑処理方法。」に
間するものである。

本発明において被加工物の表面に形成させる化成皮膜は
フッ化アルミニウム皮膜またはアルミン酸カルシウム皮
膜である。リン酸塩皮膜の場合は、アルミニウムの熱間
鍛造温度が４００〜５００℃と高いために、該皮膜から
結晶水が離脱してその結合力が劣化するので熱間鍛造用
潤滑皮膜として適用できない。本発明において適用する
上記皮膜は結晶水がなく、５００℃まで安定であるので
５００℃以内においては耐熱性が良好である。また、該
皮膜は被加工物と金型との直接の接触を妨げるバリアー
効果（ｂａｒｒｉｅｒ　　ｅｆｆｅｃｔ）を有するもの
であるから、焼付きを抑制する役目を有するのである。

更に、第２発明に示されるようにアルミニウム系被加工
物の表面に前記化成皮膜を形成させた後該皮膜上に更に
グラファイト、二硫化タングステン、窒化ホウ素のよう
な５００℃以上の耐熱性を持った固体潤滑剤を塗布して
皮膜を形成させることにより更に潤滑性が向上するので
ある。これは化成皮膜が紫地金属表面への優れた密着性
と相俟って優れた潤滑剤皮膜の保持性を有するためであ
る。

次に、金型に塗布する水系潤滑処理液中の潤滑成分は、
先ず固体潤滑剤としては潤滑性、耐熱性を考慮して二硫
化モリブデン、グラファイト、シランカップリング剤で
表面処理した炭酸カルシウム、二硫化タングステン、窒
化ホウ素、フッ化グラファイト、及びタルクが好ましい
。次に、潤滑性向上のための金属石鹸としては、ステア
リン酸のカルシウム、マグネシウム、アルミニウム、及
びバリウム塩が好ましい。金属石鹸としてより好ましく
は、複分解法で得たウェット状（特公昭６０−４５６８
０号公報で開示）のものを使用することが望ましい。こ
れらの潤滑成分の１種または２種以上を任意に選定し・
て５０〜４００ｇ／ｌの範囲で水系潤滑処理液に含有さ
せる。５０ｇ／１未満ては金型上の固体潤滑剤皮膜の形
成が不充分となり易く、逆に４００ｇ／ｌを超えて添加
しても潤滑効果が飽和し、それ以上の性能向上が朋待て
きす、かつ水系潤滑処理液のコストが高くなるので好ま
しくない。より好ましい配合範囲は１５０〜２５０ｇ／
ｌである。

次に界面活性剤は固体潤滑剤を水に分散させるために加
えられるものであり、本発明ではこれを特定するもので
はないが、例えは、非イオン系では、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフ
ェニルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルエステ
ル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル
類等が挙げられ、次に陰イオン系のものとしては、脂肪
酸塩、硫酸エステル塩、スルフォン酸塩、リン酸エステ
ル塩、ジチオリン酸エステル塩が挙げられる。次に陽イ
オン系のものとしては、脂肪族アミン塩、第４級アンモ
ニウム塩等が挙げられ、両性界面活性剤としては、アミ
ン酸型及Ｕ・＼タイン型のカルボン酸塩、硫酸エステル
塩、スルフォン酸塩及びリン酸エステル塩なとが挙げら
れる。以上挙げた界面活性剤から任曾に選んで使用する
二とができ、その水系潤滑処理液への配合ｉｌ：ま０．
５〜４０ｇ／ｌの範囲であって、通常、固体潤滑剤の配
合量に比例的−二加えられる。０．５ｇ／１未満では、
固体潤滑剤に対する湿潤効果が不充分となり易く、また
４０ｇ／ｌより多く添加してもその効果が向上するもの
ではない。界面活性剤の水系潤滑剤への配合量は、好ま
しく　ｉ、４５〜１０ｇ／ｌである。

次に、バインダーは！接糸と有機系のいずれても良く、
具体的には、無機系ては下記ａからＣの式て示されるよ
うなケイ酸、ホウ酸、リン酸のアルカリ金属塩またはア
ルカリ土類金属塩が挙げられる。

ａ、ケイ酸塩 一般式　Ｍ２Ｏ，ｘ　Ｓ　ｉ　Ｏ２ 但し、Ｍはアルカリ金属またはアルカリ土類金属ｘ　：
、ｉ］〜５の正の整数 す、ホウ酸塩 ＨＢＯ，、Ｈ，ＢＯ，、Ｈ２Ｂ、○〜、Ｈ−Ｂ、Ｏ，、
、Ｈ，Ｂ、○１．のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金
属塩 Ｃリシ酸塩 Ｈ，ＰＯ，、ＨＰＯ２、Ｈ，Ｐ２Ｏよ、ＨユＰ２０ゎ、
ＨＰＯ３、Ｈ，ＰＯ，、Ｈ，、Ｐ、Ｏ，、及乙′ポリリ
ン酸、例えはＨ，Ｐよ０−１Ｈ，Ｐ、Ｏ，、、Ｈ，Ｐ、
○、などの酸のアルカリ金属塩及し“アルカリ土類金属
塩有機系では、金型への富着件の向上のために水溶性高
分子化合物として好ましく１ｉ笹水マしイシ酸とスチレ
ンまたはイソブチレンの共重合体、ポリビニルアルコー
ル、ポリビニルヒロリトン、ポリエチレングリコール及
Ｕセルロース等が挙げられる。バインダーとして以上挙
げた化合物から選ばれる１！！または２種以上の化合物
の水系潤滑処理液への配合量は固形分として５〜］　５
０　ｇ　／　１の範囲であり、一般に固体潤滑剤の配合
量に応して比例的ここ加えられる。５ｇ／１未満ては同
体潤滑剤皮膜の結合力が弱く、逆に１５０　ｇ　／　ｌ
より多く加えても結合効果が向上せず、かつ水系潤滑剤
の粘度が高くなるので好ましくない。二の様な高粘度化
した場合は金型への塗布量が増加し、鍛造・時に余剰の
潤滑剤がかす化して金型の一部二二固着し、鍛造時下具
合の原因となるので好ましくない。より好ましい範囲は
１０〜５０ｇ／ｌである。

次にコロイダルチタンは例えば＠酸とチタンとの化合物
、またはリン酸とチタンの化合物を苛性ソーダまたは苛
性カリで中和して得られた白濁液としたものであって、
コロイダルチタンの水系潤滑処理液中のチタンとしての
含有量は１０ｐｐｍ以上、より好ましくは５０ｐｐｍ以
上であることが必要である。１０ｐｐｍ来満てはコロイ
ダルチタンの添加による潤滑性能の向上効果が判然と認
められ難く、１０ｐｐｍ以上加えることにより潤滑性の
向上が確認され、チタン濃度の増加とともに潤滑性が向
上する。しかしながら、本発明ｍ；おいてはその上限濃
度を特定するものでなく、水系潤滑剤のＳＩＩ］！！上
可能な最高濃度を上限とするものである。また、本発明
において水系潤滑剤にか１尺ば消泡剤等の添加を拒むも
のて；まない。

〔実施例〕

以下に、本発明の熱間鍛造用潤滑処理方法について具体
的に説明するためｍ：実施例を挙げ、比較例と共にこれ
らを記述する。

被加工物はアルミニウム台金のへ５０５６材を用いた。

（３０ｍｍφ×１８〜４０ｍｍの円筒）被加工物の前処
理および潤滑処理は以下の工程で実施し、た、、（すべ
て浸漬工程） 脱脂→水洗→酸洗→水洗→化成→水洗→潤滑脱脂は日本
バー力ライジング製ファインクリーナー３１５　３０ｇ
／ｌ、７０℃、酸洗は硝酸７％＋フッ酸３％混合液ここ
常温で１５秒行った。

また化成はフッ化アルミニウム皮膜はケイフッ化ソーダ
　２７．５ｇ／ｉ、フッ化亜鉛　２．　１ｇ／ｌからな
る処理液中で９５℃、１０分処理して杉成した。アルミ
ン酸カルンウム皮膜は水酸化力ルンウム　９．３ｇ／ｌ
、塩化力ルンウム３６２ｇ／ｌ、塩化ナトリウム　１４
．５ｇ／ｌ　　からなる処理液中て７０℃、１０分処理
して形成した。

水洗は水道水の流水で常温で６０秒間実施した。

皮膜処理後の潤滑処理はグラフフィト、二硫化タングス
テン及び窒化ホウ素から選ばれる少なくても１種類の固
体潤滑剤の１６０ｇ／ｌと界面活性剤のＩｇ／ｌとバイ
ンダーとしてケイ酸マグネノウム２０ｇ／１．＝水マレ
イン酸とイソブチレンの共重合体を１ｇ／ｌと水からな
る水系潤滑剤中で８０°Ｃ１３分間処理後、ドライヤー
か風乾燥し、付着量１０ｇ／ｍ２目標で塗布し・た。そ
の後、４５０℃の電気炉で２時間加熱した後、潤滑性の
評価を後方穿孔押出し試験で行った。試験条件は、（１
）試験機器　福井機械（株）製ＭＳＦ２００クランクプ
レス （２）加工速度　３０ｓｐｍ （３）金型パンチ　２０．２ｍｍφ、５ＫＤ６１２００
℃に加熱し、本発明潤滑剤をｌ０ｃｃスプレー塗布した
。

（４）金型グイ　３０　ｍ　ｍφ、ＳＫＤ　］　１１０
０℃に加防し・、パンチ同様に本発明潤滑剤を］Ｏｃｃ
スブし一塗布した。

（５）　姦平価方ン去 パンチ加工部のカップ内壁面に縦筋状のかしり僅が発生
しないで加工できる最大穿孔深さ（良好穿孔深さという
）で評価した。

表１に金型用潤滑処理源の組成、表２に実施例と比較例
の後方穿孔押出し試験結果を記載し・た。

本発明の潤滑処理源は表１に示される朝成物をホモジナ
イザー中で８０００ｒ、ｐ、ｍ、１時閘混合分散して作
製した。また、前記皮μ上に塗布する固体潤滑剤処理液
も同様に作製し・た。

表２より明らかなように実施例１から１７までは比較例
１から８までと比べ潤滑性が著しく向上している二とが
わかる。

なお、比較例１は金型への潤滑剤の塗布がない。

比較例２から４は被加工物への化成皮膜処理がない。比
較例５は潤滑成分である固体潤滑剤の配合量が４０ｇ／
ｌである。比較例６と７は潤滑剤にコロイダルチタンが
配合されていない。比較例日はバイシダーが配合されて
いない。

表１　金型用水系潤滑処理液の＆ｌＩ成表２−１　後方
穿孔押し出し試験結果 Ｃ発明の効果コ 以上説明したように、本発明の熱間鍛造用：ａ清処理方
法をアルミニウムまたはアルミニウム合金に連用するこ
とによって、加工度の大きな熱間鍛造にも焼き付きが発
生せず、また白色の固体潤滑皮膜剤を使用することによ
り、作業環境及び作業性を大幅に改善する二とが可能で
ある。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）アルミニウムまたはアルミニウム合金材被加工物
   の表面に、化成皮膜としてフッ化アルミニウム皮膜また
   はアルミン酸カルシウム皮膜を形成させ、金型に、二硫
   化モリブデン、グラファイト、シランカップリング剤で
   表面処理した炭酸カルシウム、二硫化タングステン、窒
   化ホウ素、フッ化グラファイト、タルク、ステアリン酸
   のカルシウム、マグネシウム、アルミニウム及びバリウ
   ム塩から選ばれる潤滑成分の１種または２種以上の５０
   〜４００ｇ／ｌと、界面活性剤の０．５〜４０ｇ／ｌと
   、バインダーとしてケイ酸、ホウ酸、及びリン酸のアル
   カリ金属塩及びアルカリ土類金属塩、無水マレイン酸と
   スチレンまたはイソブチレンの共重合体、ポリビニルア
   ルコール、ポリビニルピロリドン、ポリエチレングリコ
   ール及びセルロースから選ばれる１種又は２種以上の化
   合物の固形分として５〜１５０ｇ／ｌと、コロイダルチ
   タンのチタンとして１０ｐｐｍ以上と水とからなる水系
   潤滑処理液を塗布して潤滑皮膜を形成させることを特徴
   とするアルミニウムまたはアルミニウム合金及び金型の
   熱間鍛造前の潤滑処理方法。
2. （２）アルミニウムまたはアルミニウム合金材被加工物
   の表面に、化成皮膜としてフッ化アルミニウム皮膜また
   はアルミン酸カルシウム皮膜を形成させた後、その皮膜
   上にグラファイト、二硫化タングステン及び窒化ホウ素
   から選ばれる少なくとも１種類の固体潤滑剤の皮膜を形
   成させ、金型に、二硫化モリブデン、グラファイト、シ
   ランカップリング剤で表面処理した炭酸カルシウム、二
   硫化タングステン、窒化ホウ素、フッ化グラファイト、
   タルク、ステアリン酸のカルシウム、マグネシウム、ア
   ルミニウム及びバリウム塩から選ばれる潤滑成分の１種
   または２種以上の５０〜４００ｇ／ｌと、界面活性剤の
   ０．５〜４０ｇ／ｌと、バインダーとしてケイ酸、ホウ
   酸、及びリン酸のアルカリ金属塩及びアルカリ土類金属
   塩、無水マレイン酸とスチレンまたはイソブチレンの共
   重合体、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン
   、ポリエチレングリコール及びセルロースから選ばれる
   １種または２種以上の化合物の固形分として５〜１５０
   ｇ／ｌと、コロイダルチタンのチタンとして１０ｐｐｍ
   以上と水とからなる水系潤滑処理液を塗布して潤滑皮膜
   を形成させることを特徴とするアルミニウムまたはアル
   ミニウム合金及び金型の熱間鍛造前の潤滑処理方法。