(57)【要約】【課題】金属成形プロセスにおいて有用な改善された滑剤系を提供する。【解決手段】滑剤配合物は窒化ホウ素の滑剤を含むとともに、グラファイトが添加されている。これらの配合物は滑性を向上させるとともに、高温での良好な粘着性を維持する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属の加工物を少なくとも２５０℃の温度まで加熱する工程；
滑剤配合物を（a）金属の加工物の表面および（b）成形工具の表面のうちの少なくとも一つに塗布する工程；
金属の加工物を成形工具の中で成形工具の表面に実質的に一致するように変形させる工程；および、
金属の加工物を成形工具から取り出す工程
を含んでなり、
該滑剤配合物は窒化ホウ素とともに約５％以上のグラファイトを含む、高温金属成形方法。
【請求項２】
前記金属成形方法は高速塑性成形である、請求項１に記載の発明。
【請求項３】
前記金属成形方法は超塑性成形である、請求項１に記載の発明。
【請求項４】
前記金属成形方法は相補的な雄型と雌型の成形工具を用いる温間成形である、請求項１に記載の発明。
【請求項５】
前記金属成形方法はアルミニウムの成形方法である、請求項１に記載の発明。
【請求項６】
前記金属成形方法はマグネシウムの成形方法である、請求項１に記載の発明。
【請求項７】
金属の加工物を少なくとも２５０℃の温度まで加熱する工程；
滑剤配合物を（a）金属の加工物の表面および（b）成形工具の表面のうちの少なくとも一つに塗布する工程；
金属の加工物を成形工具の中で成形工具の表面に実質的に一致するように変形させる工程；および、
金属の加工物を成形工具から取り出す工程
を含んでなり、
該滑剤配合物は窒化ホウ素と約１０％〜約５０％のグラファイトとの組合わせから本質的になる、高温金属成形方法。
【請求項８】
前記金属成形方法は高速塑性成形である、請求項７に記載の発明。
【請求項９】
前記金属成形方法は超塑性成形である、請求項７に記載の発明。
【請求項１０】
前記金属成形方法は相補的な雄型と雌型の成形工具を用いる温間成形である、請求項７に記載の発明。
【請求項１１】
前記金属成形方法はアルミニウムの成形方法である、請求項７に記載の発明。
【請求項１２】
前記金属成形方法はマグネシウムの成形方法である、請求項７に記載の発明。
【請求項１３】
金属の加工物を少なくとも２５０℃の温度まで加熱する工程；
滑剤配合物を（a）金属の加工物の表面および（b）成形工具の表面のうちの少なくとも一つに塗布する工程；
金属の加工物を成形工具の中で成形工具の表面に実質的に一致するように変形させる工程；および、
金属の加工物を成形工具から取り出す工程
を含んでなり、
滑剤配合物は窒化ホウ素と約５％〜約３３％のグラファイトとの組合わせから本質的になる、高温金属成形方法。
【請求項１４】
前記金属成形方法は高速塑性成形である、請求項１３に記載の発明。
【請求項１５】
前記金属成形方法は超塑性成形である、請求項１３に記載の発明。
【請求項１６】
前記金属成形方法は相補的な雄型と雌型の成形工具を用いる温間成形である、請求項１３に記載の発明。
【請求項１７】
前記金属成形方法はアルミニウムの成形方法である、請求項１３に記載の発明。
【請求項１８】
前記金属成形方法はマグネシウムの成形方法である、請求項１３に記載の発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して、高速塑性成形、超塑性成形および温間成形のプロセスなどの高温での金属成形プロセスのために有用な滑剤配合物に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速塑性成形（quick plastic forming, QPF）、超塑性成形（superplastic forming, SPF）あるいは温間成形（warm forming）などの高温での金属成形プロセスのための滑剤を開発するためには、次の特徴が必要とされる：すなわち、低い摩擦係数、ブランク（blank, 半加工品）への良好な粘着性、均一な塗布パターン、低コストおよび成形後の取り出しの容易さ、である。石油化学製品をベースとする滑剤は、これらのプロセスにおいて用いられる高温のために、有効ではない。そのような高温を用いるプロセスのために最も一般的に用いられる滑剤は窒化ホウ素（BN）である。しかし、グラファイト、二硫化モリブデンおよび水酸化マグネシウム（これは一般に、水性懸濁液中にあるときはマグネシアのミルク（milk of magnesia）と呼ばれる）などのその他の滑剤も用いられてきた。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
発明の概要
本発明は、高温での金属成形プロセスにおいて有用な改善された滑剤配合物を提供することによって、従来実施されてきたものを上回る利益と代替物を提供すると考えられる。その配合物は窒化ホウ素の滑剤を含むとともに、グラファイトが添加されている。これらの配合物は滑性を向上させるとともに、ブランクの表面への良好な粘着性を維持する。
【０００４】
本発明の態様を上で例示して概略的に説明し、また特定の使われ得る好ましい手順と実施方法に関して以下で説明するが、本発明はここで例示され説明される態様と手順には決して限定されないことが理解され、また認識されるべきである。それとは反対に、本発明は、本発明の真正な精神と範囲の中でのその広い原理に包含されるであろう全ての代替物と修正に及ぶことが意図されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
詳細な説明
参照と理解を容易にするために、以下の説明は単純化された典型的な金属成形プロセスに関して提示される。重要なことは、本発明の潤滑系は決してそのような成形プロセスに限定されるのではないと理解すべきことである。むしろ、この潤滑系は多くの高温金属成形の実施に広く適用可能であると考えられ、またそのように意図されている。
【０００６】
ここで、様々な図面について言及するが、可能な限りにおいて、それら様々な図面における同じ要素は一致する参照符合によって示している。図１〜５は雄型と雌型の成形工具部材を用いる単純化された典型的な、いわゆる「温間成形」の実施方法を概略的に示す。例示された実施方法において、雌型部材12は、型の空隙部32、底面14、および二つの対向する壁面16を有する。金属のブランク22が雌型部材の上面に置かれ、このとき金属のブランク22の底面30の一部が雌型部材12の外面24と直接接触するようにされる。
【０００７】
図１は、金属のブランク22が雌型部材12と相補的な雄型工具18の間に配置され、金属のブランク22の上面28が雄型工具18に面していることを示す。雄型工具18と金属のブランク22の両者を適当な温度に加熱するための手段（図示せず）を設けることができる。雄型工具18は金属のブランク22の上面28を押圧する。この操作によって雄型工具18と金属のブランク22の上面28との間に境界面領域40（図２）が形成され、そして雌型部材12の型の空隙部32の形状に一致するように金属のブランク22の変形が起こる。
【０００８】
図２に示すように、金属のブランク22の上面28に作用する雄型工具18の圧力が、雌型部材12の底面14へ向かって下方へ金属のブランクを変形させる。金属のブランク22の底面30は対向する壁面16の部分と係合し、雌型部材12と金属のブランク22の底面30との間に境界面領域38を形成する。図３において、雄型工具18は金属のブランクの底面30を雌型部材12の対向する壁面16と底面14に対して完全に押し込んでいる。このさらなる変形によって、雌型部材12と金属のブランク22の間に連続した境界面領域38が形成され、また雄型工具18と金属のブランクの間に連続した境界面領域40が形成される。成形操作が完了すると、雄型工具18は金属のブランク22の上面28と係合した状態から引き上げられ（図４）、そして金属のブランク22は雌型部材12から取り出される（図５）。
【０００９】
当業者であれば認識するであろうが、図１〜５に例示して説明した成形プロセスは典型例であるに過ぎない。任意の他の高温成形プロセスも用いることができる。例としてのみ示せば、これに限定はされないが、米国特許5,819,572号（Krajewski）に様々な高温成形プロセスが開示されていて、その内容の全体をここに参考文献として取り込む。
【００１０】
用いられる成形方法にかかわらず、金属の成形プロセスの間に幾つかのタイプの滑剤が典型的に用いられる。滑剤は、貼り付き（sticking）の防止に必要であり、それによって加工物の変形を促進させる。滑剤は、成形した部品を型と工具部材から取り外すのを助ける働きもする。滑剤は、変形を受ける加工物の表面および／または成形工具の表面に塗布することができる。
【００１１】
本発明は、グラファイトを添加した窒化ホウ素（BN）の滑剤を用いる改善された潤滑系を提供し、それにより滑性を向上させるとともに、この滑剤が塗布される金属のブランクおよび／または工具部材への良好な粘着性を維持する。可能性ある好ましい一態様において、少なくとも５％、より好ましくは約５％〜約５０％のグラファイトを窒化ホウ素に添加することにより、BN単独と比較して滑性が向上する（摩擦係数が低くなる）。主としてグラファイトからなる潤滑配合物とは異なり、本発明の窒化ホウ素−グラファイト配合物は、金属ブランクと成形工具表面への良好な粘着性を維持させる。滑性と粘着性の特徴を実質的に劣化させない他の成分は、滑剤中に存在していてもよい。
【００１２】
予定される実施方法によれば、本発明の窒化ホウ素−グラファイト配合物は、通常の塗料噴霧方法を用いて金属ブランクまたは他の加工物の上に噴霧することができ、そして純粋なBNに対して現在用いられる標準的な方法で除去することができる。可能性のある好ましい実施方法において、金属の加工物はアルミニウムまたはマグネシウムであるが、他の加工物材料も同様に用いることができる。本発明の窒化ホウ素−グラファイト配合物は、約２５０℃以上の温度において行われる成形方法に特に適していると考えられる。
【００１３】
グラファイトを添加することによって達成される滑性の実際の利益を図６に示す。このグラフにおいて、窒化ホウ素への異なるレベルのグラファイト添加量に対して摩擦係数（coefficient of friction, CoF）が測定されている。摩擦係数は、キャメロンプリント往復プレート（Cameron Plint reciprocating plate）を用いて４５０℃におけるプレート試験手順に基づいて測定された。相対的な性能を確認するために、試験はそれぞれのレベルのグラファイト添加量について二回行われた。
【００１４】
示されているように、グラファイトを添加していない標準的な窒化ホウ素の滑剤（左の方の列）は、グラファイトを添加した試料よりも実質的に大きな摩擦係数のレベルを示した。このデータはまた、グラファイトを添加すると、滑性はより長期間にわたって実質的に同等のレベルに維持される傾向があることも示している。このことは、摩擦試験の後半の段階の間に摩擦係数が実質的に増大していないという事実によって表されている。さらに、摩擦試験の後の試料の目視検査によって、純粋なグラファイト（右の方の列）はある程度離層する傾向があるのに対して、BNとグラファイトとの組合わせはかなりの粘着性を維持することが示された。従って、滑剤のブレンドは、滑性の向上とともに、摩擦下での長期間の粘着性という利益をもたらす。
【００１５】
本発明を可能性のある好ましい態様、構成および手順に関して例証して説明したが、そのような態様、構成および手順は単に例示のものであって、本発明はそれらには決して限定されないと理解されるべきである。むしろ、本発明の原理を具体化する修正や変形は、当業者であれば必ず思いつくであろうと考えられる。従って、本発明は、本発明の真正な精神と範囲の中でのその広い見地に包含されるそのような修正や変形の全てのものに及ぶと考えられ、またそのように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は金属の成形を行う前の金属のブランクと雌型成形工具および雄型成形工具の断面図を示す。
【図２】図２は金属の成形を行っているときの金属のブランクと雌型成形工具および雄型成形工具の断面図を示す。
【図３】図３は金属の成形が完了したときの金属のブランクと雌型成形工具および雄型成形工具の断面図を示す。
【図４】図４は雄型工具を取り出した後の金属のブランクと雌型成形工具および雄型成形工具の断面図を示す。
【図５】図５は成形された金属のブランクを取り出した後の金属のブランクと雌型成形工具および雄型成形工具の断面図を示す。
【図６】図６はグラファイト対窒化ホウ素の比率の摩擦係数に及ぼす影響を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【外国語明細書】
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