(57)【要約】【課題】塑性加工の困難なマグネシウム、アルミニウム、マグネシウム合金、アルミニウム合金等の塑性加工、特に圧延加工用潤滑剤、及びこの潤滑剤を用いて非鉄金属材料を塑性加工する方法を提供すること。【解決手段】基油を含む非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤において、基油の少なくとも４０質量％が、芳香族ポリカルボン酸エステルである非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤及びこの潤滑剤を用いて非鉄金属材料を塑性加工する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基油を含む非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤において、基油の少なくとも４０質量％が、芳香族ポリカルボン酸エステルであることを特徴とする非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
【請求項２】
芳香族ポリカルボン酸エステルの炭素数が10〜60である請求項1記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
【請求項３】
芳香族ポリカルボン酸エステルが、ベンゼン−１，２−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，３−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，４−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，３，５−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３，４−テトラカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３，５−テトラカルボン酸エステル、及びベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸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１又は２記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
【請求項４】
芳香族ポリカルボン酸エステルのケン化価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、動粘度が３０ｍｍ2／ｓ以上である請求項１〜３のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
【請求項５】
圧延加工用である請求項１〜４のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
【請求項６】
非鉄金属材料がマグネシウム又はマグネシウム合金である請求項１〜５のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤を、被加工部材表面及び／又は工具表面に給脂することを特徴とする非鉄金属材料の塑性加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非鉄金属塑性加工用潤滑剤及び塑性加工方法に関する。更に詳しくは、常温では塑性加工の困難なマグネシウム金属、マグネシウム合金、アルミニウム金属、アルミニウム合金等を塑性加工、特に圧延加工する際に好適な塑性加工用潤滑剤、及びこの潤滑剤を用いて行う塑性加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マグネシウム又はマグネシウム合金等は、温度によって結晶内滑り面が変化するという特徴があり、滑り面が少ない低温領域では加工性が極端に悪い為、通常１８０℃〜３５０℃の温間又は熱間領域で圧延やプレス成形等の塑性加工がなされる。その際、圧延荷重が低く、圧延後、被加工材表面の疵がなく、工具表面の焼付きがなく、高品質の圧延材を効率よく製造することができる潤滑剤が強く望まれている。
【０００３】
特許文献１には、分岐構造の炭素鎖を持つ多価アルコールの脂肪酸エステルを主成分（基油）として含む、塑性加工用潤滑剤が開示され、耐熱性に優れ、金属マグネシウム又はマグネシウム合金等の常温難塑性材料の塑性加工に好適であることが記載されている。
特許文献２には、上記多価アルコールの脂肪酸エステルにさらに酸化防止剤としてアミン系及びフェノール系のラジカル捕捉剤を添加することにより耐熱性をさらに向上させた塑性加工用潤滑剤が記載されている。
特許文献３には、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリアクリレート、アルキルベンゼン及びイソパラフィン等の基油に、アルキルアルコール、エステル及び脂肪酸等の油性剤を含有せしめた温間及び熱間加工用潤滑剤組成物が開示され、マグネシウムやマグネシウム合金の温間及び熱間領域での塑性加工において、加工負荷軽減、疵防止効果、加工後表面残渣が無く、優れた作業性を示すことが記載されている。
特許文献４には、アルカリ金属の炭酸塩又は炭酸水素塩と、芳香族カルボン酸塩を含有する塑性加工用潤滑剤が、難加工においても摩擦係数が小さく、優れた耐焼き付き性を発揮するとともに、作業環境の悪化もないことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３２３５６３
【特許文献２】特開２００７−１２６５８５
【特許文献３】特開２００６−１３１７２６
【特許文献４】特開２００１−２４０８９１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、非鉄金属塑性加工用潤滑剤を提供することである。
本発明の他の目的は、塑性加工の困難なマグネシウム、アルミニウム、マグネシウム合金、アルミニウム合金等を塑性加工、特に圧延加工する際に好適な塑性加工用潤滑剤を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、これらの潤滑剤を用いて非鉄金属材料を塑性加工する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、特定の合成エステルが上記課題を解決しうることを見出し、本発明を完成するに至った。本発明は以下に示す塑性加工用潤滑剤、及び非鉄金属材料の塑性加工方法を提供するものである。
１．基油を含む非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤において、基油の少なくとも４０質量％が、芳香族ポリカルボン酸エステルであることを特徴とする非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
２．芳香族ポリカルボン酸エステルの炭素数が１０〜６０である上記１記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
３．芳香族ポリカルボン酸エステルが、ベンゼン−１，２−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，３−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，４−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，３，５−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３，４−テトラカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３，５−テトラカルボン酸エステル、及びベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸エステルからなる群から選ばれる少なくとも１種である上記１又は２記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
４．芳香族ポリカルボン酸エステルのケン化価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、動粘度が３０ｍｍ2／ｓ以上である上記１〜３のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
５．圧延加工用である上記１〜４のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
６．非鉄金属材料がマグネシウム又はマグネシウム合金である上記１〜５のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤。
７．上記１〜６のいずれか１項記載の非鉄金属材料塑性加工用潤滑剤を、被加工部材表面及び／又は工具表面に給脂することを特徴とする非鉄金属材料の塑性加工方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の塑性加工用潤滑剤は、圧延荷重が低く、圧延後、被加工材表面の疵がなく、工具表面の焼付きがなく、高品質の圧延材を効率よく製造することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の潤滑剤は、基油として、芳香族ポリカルボン酸エステルを含む。基油中の芳香族ポリカルボン酸エステルの量は、少なくとも４０質量％、好ましくは６０質量％以上、最も好ましくは１００質量％である。該芳香族ポリカルボン酸エステルの含有量が４０質量％未満では、潤滑性不足という問題がある。
該芳香族ポリカルボン酸エステル以外の基油としては、植物油（例えば、ヤシ油、大豆油、菜種油、亜麻仁油、桐油、胡麻油、椿油、オリーブ油、落花生油など）、動物脂質（牛脂、豚脂、魚油など）、その他（微生物脂質、藻類脂質）等が挙げられる。
該芳香族ポリカルボン酸エステルのケン化価は、好ましくは２００ｍｇＫＯＨ／ｇ以上、さらに好ましくは２３６ｍｇＫＯＨ／ｇ以上４００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下である。ケン化価が、２００ｍｇＫＯＨ／ｇ未満では、望ましい潤滑効果が得られないことがある。４００ｍｇＫＯＨ／ｇを超えるとケン化価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇ以下のときと同様に望ましい潤滑効果が得られない傾向がある
該芳香族ポリカルボン酸エステルの動粘度は、好ましくは３０ｍｍ2／ｓ以上、さらに好ましくは４０ｍｍ2／ｓ以上１００ｍｍ2／ｓ以下である。動粘度が３０ｍｍ2／ｓ未満では、付着性に劣り圧延材の表面品質が悪くなる傾向がある。１００ｍｍ2／ｓを超えると過潤滑に陥り、スリップを引き起こす原因となる傾向がある。
【０００９】
該芳香族ポリカルボン酸エステルを構成する芳香族ポリカルボン酸成分としては、特にジ−、トリ−、テトラ−カルボン酸が好ましい。
該芳香族ポリカルボン酸エステルの炭素数は、好ましくは１０〜６０、さらに好ましくは２０〜５０である。炭素数が１０未満では、望ましい潤滑効果が得られにくく、炭素数が６０を超えると過潤滑に陥る傾向がある。
該芳香族ポリカルボン酸エステルの具体例としては、ベンゼン−１，２−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，３−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，４−ジカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，４−トリカルボン酸エステル、ベンゼン−１，３，５−トリカルボン酸エステル及びベンゼン−１，２，３，４−テトラカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，３，５−テトラカルボン酸エステル、ベンゼン−１，２，４，５−テトラカルボン酸エステル等が挙げられる。
【００１０】
該芳香族ポリカルボン酸エステルを構成するアルコール成分としては、炭素数が２〜５０のモノアルコール、ジアルコール、トリアルコール、糖、糖アルコールなどが挙げられる。
具体例としてはメタンアルコール、エタンアルコール、プロパンアルコール、１−メチルエタンアルコール、ブタンアルコール、１−メチルプロパンアルコール、２−メチルプロパンアルコール、１−エチルエタンアルコール、ペンタンアルコール、１−メチルブタンアルコール、２−メチルブタンアルコール、３−メチルブタンアルコール、１−エチルプロパンアルコール、２−エチルプロパンアルコール、ヘキサンアルコール、１−メチルペンタンアルコール、２−メチルペンタンアルコール、３−メチルペンタンアルコール、４−メチルペンタンアルコール、１−エチルブタンアルコール、２−エチルブタンアルコール、３−エチルブタンアルコール、１，２−ジメチルブタンアルコール、１，３−ジメチルブタンアルコール、１，４−ジメチルブタンアルコール、１−メチル−２−エチルプロパンアルコール、１−エチル−２−メチルプロパンアルコール、ヘプタンアルコール、２−メチルヘキサンアルコール、３−メチルヘキサンアルコール、３−エチルペンタンアルコール、２，２−ジメチルペンタンアルコール、２，４−ジメチルペンタンアルコール、３，３−ジメチルペンタンアルコール、２，２，３−トリメチルブタンアルコール、オクタンアルコール、２−メチルヘプタンアルコール、３−メチルヘプタンアルコール、４−メチルヘプタンアルコール、３−エチルヘキサンアルコール、２，２−ジメチルヘキサンアルコール、２，３−ジメチルヘキサンアルコール、２，４−ジメチルヘキサンアルコール、２，５−ジメチルヘキサンアルコール、３，３−ジメチルヘキサンアルコール、３，４−ジメチルヘキサンアルコール、２−メチル−３−エチルペンタンアルコール、３−メチル−３−エチルペンタンアルコール、２，２，３−トリメチルペンタンアルコール、２，２，４−トリメチルペンタンアルコール、２，３，３−トリメチルペンタンアルコール、２，３，４−トリメチルペンタンアルコール、２，２，３，３−テトラメチルブタンアルコール、ノナンアルコール、２−メチルオクタンアルコール、３−メチルオクタンアルコール、４−メチルオクタンアルコール、２，４−ジメチルヘプタンアルコール、２，５−ジメチルヘプタンアルコール、２，６−ジメチルヘプタンアルコール、２，５，５−トリメチルヘキサンアルコール、２，３，５−トリメチルヘキサンアルコール、３，３−ジエチルペンタンアルコール、デカンアルコール、２−メチルノナンアルコール、３−メチルノナンアルコール、４−メチルノナンアルコール、５−メチルノナンアルコール、２，４−ジメチルオクタンアルコール、２，５−ジメチルオクタンアルコール、２，６−ジメチルオクタンアルコール、２，７−ジメチルオクタンアルコール、３，６−ジメチルオクタンアルコール、４−プロピルヘプタンアルコール、２，２，６−トリメチルヘプタンアルコール、２，４，６−トリメチルヘプタンアルコール、３，３，５−トリメチルヘプタンアルコール、３，４−ジエチルヘキサンアルコール、２，２，３，４−テトラメチルヘキサンアルコール、３，３，４，４−テトラメチルヘキサンアルコール、エテンアルコール、プロペンアルコール、ブテンアルコール、ペンテンアルコール、ヘキセンアルコール、ヘプテンアルコール、オクテンアルコール、ノネンアルコール、デケンアルコール、エチンアルコール、プロピンアルコール、ブチンアルコール、ペンチンアルコール、ヘキシンアルコール、ヘプチンアルコール、オクチンアルコール、ノニンアルコール、デキンアルコール、
【００１１】
１，２−エタンジオール、１，２−プロパンジオール、１，２−ブタンジオール、ｒａｃ−１，２−プロパンジオール、２，３−ブタンジオール、β−ブチレングリコール、２−メチル−１，２−プロパンジオール、１，２−ペンタンジオール、２，３−ペンタンジオール、ｔｈｒｅｏ−２，３−ペンタンジオール、ｅｒｙｔｈｒｏ−２，３−ペンタンジオール、３−メチル−１，２−ブタンジオール、２−メチル−１，２−ブタンジオール、２−メチル−２，３−ブタンジオール、２，３−ジメチル−２，３−ブタンジオール、１，３−プロパンジオール、１，３−ブタンジオール、２，４−ペンタンジオール、２−メチル−２，４−ブタンジオール、２−メチル−２，４−ペンタンジオール、２，４−ジメチル−２，４−ペンタンジオール、２，３，３，４−テトラメチル−２，４−ペンタンジオール、２，２−ジメチル−１，３−プロパンジオール、２，２−ジメチル−１，３−ブタンジオール、２，２−ジメチル−１，３−ペンタンジオール、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタンジオール、１，４−ブタンジオール、１，４−ペンタンジオール、２−メチル−２，５−ペンタンジオール、３−メチル−２，５−ペンタンジオール、１，４−ヘキサンジオール、２，５−ヘキサンジオール、ペンタメチレングリコール、１，５−ヘキサンジオール、ヘキサメチレングリコール、１，７−ヘプタンジオール、１，８−オクタンジオール、１，９−ノナンジオール、１，１０−デカンジオール、１，１１−ウンデカンジオール、１，１２−ドデカンジオール、１，１３−トリデカンジオール、１，１４−テトラデカンジオール、１，１２−オクタデカンジオール、１，１８−オクタデカンジオール、２，５−ジメチル−２，５−ヘキサンジオール、３−ブテン−１，２−ジオール、２−ブテン−１，４−ジオール、２，５−ジメチル−３−ヘキセン−２，５−ジオール、１，５−ヘキサジエン−３，４−ジオール、２，６−オクタジエン−４，５−ジオール、２−ブチン−１，４−ジオール、３−ヘキシン−２，５−ジオール、２，５−ジメチル−３−ヘキシン−２，５−ジオール、２，４−ヘキサジイン−１，６−ジオール、３，５−オクタジイン−２，７−ジオール、２，６−オクタジイン−１，８−ジオール、２−メチル−２−オキシメチル−１，３−プロパンジオール、２−イソプロピル−２−オキシメチル−１，３−プロパンジオール、
【００１２】
１，２，３−プロパントリオール、１，２，３−ブタントリオール、１，２，３−ペンタントリオール、２−メチル−１，２，３−プロパントリオール、２−メチル−２，３，４−ブタントリオール、２−メチル−１，２，３−ブタントリオール、２−エチル−１，２，３−ブタントリオール、２，３，４−ペンタントリオール、２，３，４−ヘキサントリオール、４−プロピル−３，４，５−ヘプタントリオール、５−エチル−４，５，６−ノナントリオール、２，４−ジメチル−２，３，４−ペンタントリオール、２，４−ジメチル−２，３，４−ヘキサントリオール、ペンタメチルグリセリン、１，２，４−ブタントリオール、１，２，４−ペンタントリオール、２，２−ジメチルプロパントリオール、エリトリット、Ｄ−トレイット、Ｌ−トレイット、ｒａｃ−エリスロース、Ｌ−エリトルロース、ｒａｃ−トレイット、ペンタエリトリット、１，２，３，４−ペンタンテトロール、２，３，４，５−ヘキサンテトロール、２，５−ジメチル−２，３，４，５−ヘキサンテトロール、１，２，３，５−ペンタンテトロール、１，２，５，６−ヘキサンテトロール、１，３，４，５−ヘキサンテトロール、１，６−（エリトロ−３，４）−ヘキサンテトロール、３−ヘキセン−１，２，５，６−テトロール、３−ヘキシン−１，２，５，６−テトロール、アドニット、Ｄ−アラビット、Ｌ−アラビット、ｒａｃ−アラビット、キシリット、１−デオキシ−Ｄ−グルシット、１−デオキシ−Ｄ−アルトリット、１−デオキシ−Ｄ−マンニット、１−デオキシ−Ｄ−グリット、１−デオキシ−Ｄ−ガラクチット、２−デオキシ−Ｄ−マンニット、アリット、Ｄ−タリット、Ｄ−ソルビット、Ｄ−グルシット、Ｄ−マンニット、Ｄ−イジット、ズルシット、ガラクチット、Ｄ−マンノ−Ｄ−ｇａｌａ−ヘプチット、Ｄ−マンノ−Ｄ−タロ−ヘプチット、Ｄ−グルコ−Ｌ−ｇａｌａ−オクチット、マンノ−ｍａｎｎｏ−オクチット、α，α，α−Ｄ−グルコノニット、α，α，α−Ｄ−グルコデシット等が挙げられる。
【００１３】
本発明の潤滑剤は各種の塑性加工（例えば、圧延、鍛造、引き抜き、プレス）に使用できるが、特に好ましい塑性加工は、圧延加工である。圧延加工温度は、温間加工では通常は１５０〜８５０℃、熱間加工では、通常は９００〜１２５０℃である。
例えば、マグネシウム合金を圧延する際の適切な加工温度は１８０〜４５０℃と幅が狭い。これは、マグネシウム金属特有の原子構造からくるもので、温度が低いときは原子構造底面での塑性変形のみのため、加工性が悪い。２５０℃を過ぎると加工性が向上していき、原子構造非底面の塑性変形も加わり、大きな変形機構となり、延性が上昇し、変形速度依存性も大きくなる。
本発明の潤滑剤を使用して塑性加工を行う対象非鉄金属材料として好ましい材料は、通常は、塑性加工が困難な材料、例えば、金属マグネシウム、マグネシウム合金、金属アルミニウム、アルミニウム合金、金属チタン、チタン合金、金属ニッケル、ニッケル合金であり、金属マグネシウム、マグネシウム合金が特に好ましい。マグネシウム合金としてはＡｌ、Ｚｎ、Ｍｎ等を含有するマグネシウム合金が挙げられる。
【００１４】
本発明の潤滑剤は、該芳香族ポリカルボン酸エステルを単独で使用しても良いが、塑性加工用潤滑剤に普通に使用される添加剤を含有させてもよい。
このような添加剤としては、油性向上剤、極圧剤、固体潤滑剤、金属石鹸、酸化防止剤、金属不活性化剤、スラッジ分散剤、防錆剤、消泡剤、界面活性剤、防腐剤等が挙げられる。
本発明の潤滑剤は、原液で使用してもよく、これを適当な溶媒、例えば、水道水、イオン交換水等でウォーターインジェクション方式により攪拌し１０〜５０倍に希釈して使用してもよい。原液使用よりもウォーターインジェクション方式の方が好ましい。
本発明の潤滑剤は、被加工部材表面及び／又は工具表面に、噴霧、塗布等の任意の給脂手段により給脂することにより使用できる。給脂量は任意に決定できるが、通常は原液として０．１〜４０ｇ／ｍ2が適当である。
【００１５】
実施例
本発明を実施例及び比較例によりさらに具体的に説明する。
以下の表１に常温難加工材であるマグネシウム合金（ＡＺ３１（Ｍｇ：Ａｌ：Ｚｎ＝９６：３：１（質量比）））を使用して圧延試験を行った。結果を表２に示す。
【００１６】
【表１】
2010260908.tif 000002
【００１７】
評価基準は以下のとおりである。
圧延荷重
○：１．９０ｔｏｎｆ未満
×：１．９０ｔｏｎｆ以上
試験後の試験片のピックアップ疵は圧延後の試験片の外観から判断する。○以上が合格である。
疵無し：◎
疵僅かに有り：○
疵有り：×
ロール表面の焼付きは圧延後のロール表面の外観から判断する。
焼付き無し：○
焼付き有り：×
【００１８】
【表２】
2010260908.tif 000003
トリメリット酸エステル(株式会社ＡＤＥＫＡ製：商品名アデカプルーバーＴ−４５)（アルコール部分の合計炭素数２４〜２７）
ピロメリット酸エステル(株式会社ＡＤＥＫＡ製：商品名アデカプルーバーＬＸ−１８９２) （アルコール部分の合計炭素数３２〜３６）
【００１９】
該芳香族ポリカルボン酸エステルのみを使用した実施例１〜３では、圧延荷重は１．９０ｔｏｎｆ未満であり、試験片のピックアップ疵、ロール表面の焼付きも全くなかった。該芳香族ポリカルボン酸エステルの５０質量％を植物油に置き換えた実施例４及び５では、圧延荷重は１．９０ｔｏｎｆ未満であり、ロール表面の焼付きも全くなかった。また、試験片のピックアップ疵は僅かであった。  これに対して、動粘度は３０ｍｍ2／ｓ以上であるが、ケン化価が２００ｍｇＫＯＨ／ｇ未満である鉱物油を用いた比較例１〜３、動粘度が３０ｍｍ2／ｓ未満であるオレイン酸２−エチルヘキシルエステルを用いた比較例４、植物油を用いた比較例５、６では、いずれも圧延荷重は１．９０ｔｏｎｆ以上であり、ロール表面の焼付き及び試験片のピックアップ疵が認められた。