JPS63262500A - チタン又はチタン合金の潤滑性改善処理方法 - 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、チタ
ン又はチタン合金の潤滑性改善処理方法、特に、その冷
間加工の際に加工を容易にし、焼付きを防止し、表面仕
上りの優れた製品を得るための処理方法に関する。

〔従来の技術〕

金属を冷間加工する場合には、焼付き防止、即ち工具と
液加］二物の直接接触を防止するために、必ず潤滑剤が
使用され潤滑性が付与される。例えば、鋼の場合には、
比較的低加工では、極圧剤を含°む油が１、高加工では
、リン酸塩や蓚酸塩の上に、石鹸又は固体潤滑剤が用い
られている。

チタンやチタン合金の場合も、鋼の冷間加工と同様に、
種々の加工法がある。即ち、管の引抜、線の引抜、ヘッ
ダー加工、板の冷間圧延等である。　′しかし、チタン
及びチタン合金の場合には、工具との焼付き易い性質と
、化学的に安定した性質のために、それぞれの加工法に
適応した、満足な潤滑剤がないのが現状である。したが
って、管の引抜の場合には、下地皮膜として、焼鈍時の
スケールを利用し、その上に油性の潤滑剤を用いるか、
又は、樹脂皮膜の上に、油性のｆｊＩ滑剤を用いる方法
が採られ、又化成皮膜としては唯一つフッ化物皮膜が試
みられている。

次に、板の冷間圧延の場合には、その焼付ぎ易い性質と
、著しい加工硬化のために、大径ロールで圧延すること
が出来ず、一般的にステンレス鋼に用いられる、小径ロ
ールのセンジミア　ミルが利用されている。センジミア
　ミルでは、チャタリングを防止するために、一般に鉱
油系のニート油又はエマルジョンが用いられている。更
に、ヘッダー加■についても、他の加工法と同様に、種
棒の潤滑性改善法が検討されているが、まだ実用に供し
うるような方法は見出されていない。

〔発明が解決しにうとする問題点〕

しかしながら、上記管の引扱加工は、焼鈍時のスケール
を利用する場合も、樹脂皮膜を設ける場合も付与される
潤滑性は、満足出来るものではなく、焼付きや破断のた
めに強加工は困難である。

しかも、加工層、皮膜を除去するのに、非常に手間が掛
かる問題がある。

また、化成皮膜としてのフッ化物の皮膜は、その上に石
鹸潤滑剤を併用して、比較的良好な潤滑性を示すが、処
理液の寿命が著しく短かく、長期的に安定した性能を維
持することが難しい。又、チタン合金の中で、特に耐食
性の優れたものでは、弗化物を利用しても皮膜を形成す
ることが出来ない。

更にチタン又はチタン合金板を冷間圧延する場合には、
小径ロールであっても焼付ぎ易く、１バス当り１５％以
下の低圧下率で圧延せざるを得ず、非常に生産性が悪い
。これ等を解決するために、加熱して薄い酸化膜を付け
る方法が検討されているが、充分とは云えない。なお、
この場合に前記フッ化物系の化成皮膜を用いると、焼付
きに対しては著しい効果を発揮するが、処理液寿命に難
がある等の欠点がある 本発明は、かかる問題点を解決することを目的としてな
されたものであって、チタン又はチタン合金の冷間加工
において、高加工を加えても、焼付きや破断がなく、又
経時的に安定した潤滑性が付与されるような潤滑性改善
処理方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

前記目的を達成するためになされた本発明中、まず第１
発明は、チタン又はチタン合金を、酸性リン酸！［ｉｉ
鉛化成処理液中に浸漬させ、陰極電解してその表面にリ
ン酸亜鉛皮膜を形成させることを特徴とする、チタン又
はチタン合金の潤滑性改善処理方法である。

本発明に使用される酸性リン酸亜鉛化成処理液は、第１
リン酸亜鉛を主成分とする水溶液で、その亜鉛イオン濃
度は１〜５０’Ｊ／１、好ましくは５〜２０９／１、リ
ン酸イオン濃度はＰＯ４として３〜１４０ｇ／ｌ、好ま
しくは１０〜６０ｇ／オである。亜鉛イオン以外に、カ
ルシウム、マンガン、鉄イオンを加えれば、亜鉛とそれ
等の複合被膜を形成することが出来る。

更に、酸性リン酸亜鉛化成処理液に、硝酸、亜ｇ１酸ソ
ーダ、過酸化水素、過硫酸アンモニウム等の酸化剤や、
ニトロベンゼン、メタスルフオン酸ソーダ、パラニドＯ
フェノール類の無機、有機の復極化剤等を加えても良い
。またエツチング剤としてフッ化物を用いることもでき
る。

実施の際の使用１）Ｈは酸性側であり、ｐＨ１，０〜５
．０、好ましくはく１．５〜３．５になる様に調節する
。ｐＨの調整は、苛性ソーダ、炭酸ソーダ、アンモニア
等の塩基で行う。化成処理液の温度は、３０〜８０℃、
好ましくは４０〜６ｄ’Ｃが用いられる。チタン又はチ
タン合金の陰極電解は、被処理物を陰極にするわけであ
るが、陽極としては、一般に亜鉛板を用いる。しかし、
必要に応じて、炭木板、白金板、ステンレス鋼板等を用
いることを拒むものではない。

電解における権門距離、電流密度及び電解時間は、要求
する被膜の特性によってＩ！Ｊ節しなければならないが
、本発明の場合には、一応の目安としで、極面距離は５
〜３０υ、電流密度は０．２〜３０Ａ／ｄｌ　　、好ま
しくは０．５〜５Ａ／ｄＩ１２、電解時間は１０秒〜５
分である。電流密度が高過ぎたり、電解時間が艮過ぎる
と、形成される皮膜は黒色化したり、密着性が悪くなっ
たりする。

この様にして得られたリンＩＩＩ！Ｉｔ！鉛皮膜は、付
着量として２〜２０ｇ／ＴｒＬ２になるが、これのみで
は滑り性がないので、この上にｌＩ′１滑剤を付与しな
知のものである。

第２発明は、チタン又はチタン合金を、予めコロイドチ
タン系表面調整剤水溶液にて処理し、その後、酸性リン
酸亜鉛化成処理液中に浸漬させ、陰極電解して、その表
面にリン酸亜鉛皮膜を形成させることを特徴とする、チ
タン又はチタン合金の潤滑性改善処理方法である。

コロイドチタン系表面Ｉ？！剤としては、従来用いられ
ているチタンコロイド系表面調整剤を用いることが出来
るが、チタンイオン１０〜２００ｐｐ＋＋＋　、リン酸
イオン２００〜３０００１）ｆｉｌ、ビロリン酸イオン
３０〜６００　ＤＤ慟を含有し、Ｄ１１７．５〜９．５
からなるコロイド水溶液が好ましい。前記表面調整剤の
必須イオン供給源としては各種のものが使用されるが、
例えばチタンイオンとしては硫酸チタン、硫酸チタニル
、酸化チタン、リン酸イオンとしてはリン酸、リン酸の
アルカリ金属塩又はアンモニウム塩、ビロリン酸イオン
としては、ビロリン酸、ビロリン酸のアルカリ金属又は
アンモニウム塩が挙げられる。上記各成分供給源と水を
混合加熱し、次いで水分を除去し、残留物に所定ｐＨ値
を与える量の炭酸ソーダなどを均一混合し、該氾合物を
適最の水に溶解して表面ａ２整剤を調整すればよい。表
面ｖＡｌ剤はチタン又はチタン合金表面にチタン化合物
のコロイドを付着させて、化成性を向上させ、良好な皮
膜を得るものである。したがってチタンイオン１度が規
定値より低いと化成性が悪く、逆に規定値にり高くなっ
てもそれ以上の実質的な効果は望めない。リン酸イオン
も上記と同様に機能する。ビロリン酸イオンは化成皮膜
の化成性を良好にする効果があり、そのイオン濃度が規
定値より低いとその効果が認められず、逆に高くなって
もそれ以上の実質的な効果は望めない。表面調整剤水溶
液のｐＨが規定値より低いと、以後の化成皮膜の形成を
１１害し、逆に高すぎても化成皮膜の形成を阻害する。

この溶液に浸漬俊、直ちに取出し、酸性リン酸亜鉛化成
処理液に浸漬し陰極電解を行う。酸性リン酸亜鉛化成処
理液の液組成、処理条件及び陰極電解の条件は、第１の
発明と全く同じである。更に、この様にして形成された
皮膜の上に、公知のＴＡ潰剤を適用しなければならない
のは、前に述べたとおりである。

（作用〕 鋼の場合には、酸性リン酸亜鉛化成処理液に浸漬するの
みで、容易にリン酸亜鉛皮膜を形成させることが出来る
が、チタン又はチタン合金の場合には、表面が強固な酸
化膜で復われているため、リン酸によるエツチングが進
行せず、リン酸亜鉛皮膜を形成させることが困難である
。

酸性リン酸亜鉛化成処理液中での反応は次式で表わされ
る。

Ｍ　　ｅ　　＋　　２　８”　　　→　　Ｍ　　ｅ”＋
　　Ｈ２↑　・・・　・・・　（１）Ｍｅ：金属 ３Ｚｎ　　　（８２ＰＯ４）２　４ Ｚｎ３　　（ＰＯ４）２　＋４Ｈ３ＰＯ４−”・１２）
（１）の反応が起り、金属表面近傍のｐＨが上ると、（
２）の反応が生じ、金属の第三リン酸塩が析出、沈着し
、金属の表面に皮膜を形成する。要するに、（１）の反
応が起らなければ、皮膜を形成させることが出来ない。

チタン又はチタン合金の場合には、（１）の反応が起ら
ないので、皮膜が形成出来ないが、１極電解することに
より、電気的に（１）の反応が生じる。即ち、 ２Ｈ＋２ｅ−＋Ｈ２↑−−−　−−（３）これにより、
表面近傍でのｐＨが上昇し、（りの反応が生じることに
なる。要するに、チタン又はチタン合金がエツチングさ
れなくても、その表面にリン酸亜鉛皮膜を形成さＶるこ
とが出来ることになる。一方、処理液中には、亜鉛イオ
ンも存在するので、陰極電解することにより、一部金偶
亜鉛も析出する。

又、第２発明の、コロイドチタン系表面調整剤水溶液に
浸漬した場合の作用機構について述べる。

上記溶液に浸漬し、引上げた状態では、チタン又はチタ
ン合金の表面に、コロイド状のチタンが付着している。

一般に、前記（２）の反応が起り、リン酸亜鉛が析出す
る場合、金属の表面のカソード部にまず析出し、それが
核となって、次第に成長して行く。従って、最初に出来
る核が少いと、形成される皮膜は厚くなるが、粗いポー
ラスな状態になる。

それに反して、チタンコロイドが付着した状態では、そ
れが核となって、酸性リン酸亜鉛溶液中からのリン酸亜
鉛の析出が容易になり、更に、核が数多く存在するので
、皮膜は薄くなり、微細な密着性の良い皮膜になる。

チタン又はチタン合金に陰極電解で、リン酸亜鉛皮膜を
形成させる場合、鋼の場合の様に、エツチングが起らな
いので、溶出金属は液中に存在せず、化成液の老化が殆
んどなく、又溶出金属によって生ずるスラジの発生がな
いため、化成液の管理がやり易い。

〔実施例〕

以下、実施例をあげて更に具体的に説明する。

実施例１、比較例■〜■及びその対比 （１）　　実施例１ 清浄にした１　００ｓＸ　５０ｍｍＸ　０　、８８の純
チタン（ＪＩＳＩ種）板を用い、下記の処理液組成及び
電解化成条件で処理し、その後潤滑剤５Ｉ！１理を行な
った。

処理液組成 亜　　　鉛　　　　　９．６　　　ｇ／ｌリ　　ン　　
酸　　　　　３６　、　３　　　り　／　１硝　　酸　
　　２　　９／ｉ 硫　　酸　　　０．５９／１ ニッケル　　　０．０３１Ｊ／１ なお、水酸化すｌ−リウムにてｐｌ＋を約３．０に：１
１節した。

電解化成条件 陽極　　　　亜鉛板 電極間距ＩＩ　　１５３ 皮膜重層　約１０ｇ／ｍ２ 電流密度　　３Ａ／ｄＴｒＬ２ 時開　　　　１分 温度　　　　４５℃ 乳虱屋盟１ バループ２３５（日本バー力ライジング社製、ステアリ
ン酸ナトリウムを主成分とする水溶液）を用い、下記の
条件で処理した。

色直 濃度　　７（ＥＦ／ｊ 温度　　７５℃ 時間　　３分 （り　比較例■〜■ 実施例１と同じ純チタン板を用い、下記の条件で処理し
、比較用とした。

ｉ）比較例■ １１１ＱＤ（ハングスターファ社製、ゴム状、樹脂が主
成分）で処理し、１０μの皮膜を形成させ、その上にＪ
ｌ（ハングスターファ社ｉｉ）　　比較例■ ７００℃で１時間大気中焼鈍したスケールのとして使用
した。

１ｉｉ）　　比較例■ バルメット３８５１　（日本パーツノライジング社製、
フッ化物水溶液）を用い、下記条件で処理した。

条件 濃度　　２４９／１ ｒＱ度　　６０℃ フッ化物皮ｌＩＪ重量　約１０ｇ／ｍ２時！１１２分 この比較例■では、更にバルーブ２３５で実施例１と同
じ条件で潤滑剤処理を行なった。

１３）　　試験方法 バウデン試験１ｍ（東洋ボールドウィン社製ＥＦＭ−４
型）を用いて、下記条件で上記実施例１及び比較例■〜
■のものについて試験を行った。

荷　　ｍ　　　５Ｋｇ 摺動幅　１０＃ 摺！ＩＪ速度　　１０Ｍ／Ｓｅｃ 温　　　度　　　常温 （４）　　試験結果及び評価 評価のため摩擦係数０．２５（焼付き）になる迄の摺動
回数及び安定時のＦＪ擦係数を求め、その結果を次表（
第１表）に示す。

第１表 実施例１は、焼付き迄の摺動回数が、比較例■〜■に較
べて可成り高く、Ｉ！！ｔＳ係数は低い、ただ比較例■
は、実施例１に比較的近い数字を示しているが、これは
処理液の新しい時の値で処理間が０．３ｍ２／１を超え
ると、皮膜の密着性が著しく悪くなり、使用に耐えなく
なる。

実施例２、比較例■〜■及びその対比 （１）　　実施例２ ２００ｓ＊Ｘ　２０ａｍＸ　１　、３８１の純チタン（
ＪＩＳ１種）板を用いて、実施例１と同一条件で電解化
成処理を行なった。但しバルーブ２３５によるｎ１ｆＪ
剤処理は行なわなかった。

（り　比較例０〜■ 実施例２と同じ純チタン板を用い、下記の処理を行ない
、比較用とした。

ｉ）比較例０ 全く処理しないもの ｉｉ）　　比較例■ ３００℃加熱により、約２０００人の酸化膜をつけた。

１ｉｉ）　　比較例■ パルメット３８５１　（日本パー力ライジング社製）を
用い、次の条件で処理した。

紅 濃度　　２４ｇ／ｌ 温Ｕ　　　６０℃ 時間　　２分 （３）　　試験方法 ２重式短冊圧延機を使用して、下記条件で冷開圧延試験
を行った。

■　クーラント 圧延油　ファインロール７０４−３ く日本バー力ライジング社製、鉱油 エマルジョン） 濃　　度　　１０％ 温　　度　　４０℃ ■　圧延条件 ワークロール　１００麿φ、６１２０研磨圧延速度　Ｉ
ｏＴｒＬ／５ｉｎ （４）　　試験結果及び評価 各個についての試験結果よりΣ（％／Ｔ）を求めた結果
を次表（第２表）に示す。

第２表 但し、Σ（％／Ｔ）は各パスの圧下率（％）／単位幅当
りの圧延何重（Ｔｏｎ）を積算したちの実施例２は、比
較例■〜■に較べて優れている。特に比較例■は従来の
方法であるが、圧下率が高いために、０−ルに焼付き、
圧延性は著しく悪い。比較例■は、本発明に近い性能を
持っているが、まだ実用化されていない。

実　　３及びこれと実施例１との対比 第２発明にあたる下記処理（実施例３）を行ない、第１
発明にあたる実施例１の場合と比較した。

（１）実施例３ 処理液組成、電解化成条件及び潤滑剤処理は実施例１と
同じであるが、電解化成前にコロイドチタン系表面調整
剤水溶液で処理した。処理条件は、プレバレンＺ（日本
バー力うイジング社！！１）の３’Ｊ／１のの溶液に、
常温にて約１０秒浸漬した。

（′２Ｊ　　試験結果及びその評価 バウデン試験機により実施例１と同様の条件で試験を行
なった。実施例３、実施例１についてのその試験結果を
下表（第３表）に示す。

第３表 実施例３は、実施例１の本発明に較べて、耐焼付性は更
に向上している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のブタン又はチタン合金の
潤滑性改善処理方法は、チタン又はチタン合金を、酸性
リン酸亜鉛化成処理浴中に浸漬さことにより、高加工を
加えても、焼付きや破断がなく、経時的に安定した潤滑
性能を発揮すると云う優れた効果を奏するものである。

又、同時に、化成処理液中に金属の溶解がなく、処理液
寿命を延長させると共に、スラリの発生を抑制するので
、処理液管理がし易いと云う付随的な効果も見出される
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）チタン又はチタン合金を、酸性リン酸亜鉛化成処
   理液中に浸漬させ、陰極電解して、その表面にリン酸亜
   鉛皮膜を形成させることを特徴とする、チタン又はチタ
   ン合金の潤滑性改善処理方法。
2. （２）チタン又はチタン合金を、予め、コロイドチタン
   系表面調整剤水溶液にて処理し、その後、酸性リン酸亜
   鉛化成処理液中に浸漬させ、陰極電解して、その表面に
   リン酸亜鉛皮膜を形成させることを特徴とする。チタン
   又はチタン合金の潤滑性改善処理方法。