(57)【要約】【課題】ホウ素、リン、フッ素のような元素を含まず、金属原材に適度な潤滑性や防錆性を付与できる塑性加工前処理剤を提供する。【解決手段】塑性加工前処理剤は、少なくとも１価および／または３価の金属イオンと、２価の金属イオンと、水酸化物イオンとで複水酸化物層を形成し、有機酸をその層間にインターカレートしている層状複水酸化物が、含有されている。有機酸は、Ｒ１−ＣＯＯＨ、Ｒ２−ＳＯ３Ｈ、および／またはＨＯＯＣ−Ｒ３−ＣＯＯＨである。【選択図】          なし。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１価および／または３価の金属イオンと、２価の金属イオンと、水酸化物イオンとで複水酸化物層を形成し、有機酸をその層間にインターカレートしている層状複水酸化物が、含有されていることを特徴とする塑性加工前処理剤。
【請求項２】
有機酸が、Ｒ１−ＣＯＯＨ（Ｒ１−は炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、無置換またはアルキル基置換フェニル基のいずれか）、Ｒ２−ＳＯ３Ｈ（Ｒ２−はＲ１−に同じ）、および／またはＨＯＯＣ−Ｒ３−ＣＯＯＨ（−Ｒ３−は炭素数０〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、無置換またはアルキル基置換フェニレン基のいずれか）であることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工前処理剤。
【請求項３】
前記１価の金属イオンがＬｉ＋、前記２価の金属イオンがＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｒ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｆｅ２＋、Ｍｎ２＋、前記３価の金属イオンがＡｌ３＋、Ｆｅ３＋、Ｃｏ３＋であることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工前処理剤。
【請求項４】
硫酸カリウム、展着助剤、および／または分散剤を含むことを特徴とする請求項１に記載の塑性加工前処理剤。
【請求項５】
前記層状複水酸化物が、水および／または有機溶媒に懸濁していることを特徴とする請求項１に記載の塑性加工前処理剤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、引抜加工等の塑性加工を施す金属原材に用いられる塑性加工前処理剤に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄、鋼、ステンレス鋼の金属原材は、引抜加工やプレス加工のような塑性加工が施され、成形製品になる。
【０００３】
金属原材は、その表面金属酸化被膜の酸洗浄や機械的研削の後、適度な潤滑性や防錆性を付与したり塑性加工し易くしたりするためにリン酸塩、ホウ酸塩、フッ素樹脂、石灰石鹸、シュウ酸塩等を含む塑性加工前処理剤により予め被膜形成され、必要に応じ潤滑剤存在下、塑性加工される。例えば、特許文献１にリン酸塩等を含む前処理剤、特許文献２にホウ酸塩を含む前処理剤、特許文献３に金属石鹸を含む前処理剤が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２１２４４４号公報
【特許文献２】特開２０００−３４５３６１号公報
【特許文献３】特開昭６３−６９８８９号公報
【０００５】
リン酸塩、ホウ酸塩、フッ化樹脂等は作業環境の悪化や自然環境の汚染を引き起こすおそれがあるのでそれらを含まず、また潤滑性や防錆性に一層優れた前処理剤が望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、ホウ素、リン、フッ素のような元素を含まず、金属原材に適度な潤滑性や防錆性を付与できる塑性加工前処理剤を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するためになされた本発明の塑性加工前処理剤は、少なくとも１価および／または３価の金属イオンと、２価の金属イオンと、水酸化物イオンとで複水酸化物層を形成し、有機酸をその層間にインターカレートしている層状複水酸化物が、含有されている。
【０００８】
この塑性加工前処理剤は、ホストである層状複水酸化物の機械的強度・耐熱性と、ゲストである有機酸の潤滑性とを併せ持ち、耐極圧性と展着性とに優れた被膜を金属原材上に形成させる。
【０００９】
有機酸は、Ｒ１−ＣＯＯＨ（Ｒ１−は炭素数１〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、無置換またはアルキル基置換フェニル基のいずれか）で示されるモノカルボン酸であることが好ましく、より具体的にはステアリン酸、オレイン酸、パルミチン酸が挙げられる。有機酸は、Ｒ２−ＳＯ３Ｈ（Ｒ２−はＲ１−に同じ）で示されるモノスルホン酸であってもよく、より具体的にはドデシル硫酸、ドデシルベンゼン硫酸が挙げられる。また有機酸は、ＨＯＯＣ−Ｒ３−ＣＯＯＨ（−Ｒ３−は炭素数０〜２４のアルキル基、炭素数２〜２４のアルケニル基、無置換またはアルキル基置換フェニレン基のいずれか）であってもよく、より具体的にはシュウ酸、マレイン酸、フマル酸が挙げられる。
【００１０】
１価の金属イオンがＬｉ＋、前記２価の金属イオンがＭｇ２＋、Ｚｎ２＋、Ｃａ２＋、Ｃｕ２＋、Ｚｒ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｆｅ２＋、またはＭｎ２＋、前記３価の金属イオンがＡｌ３＋、Ｆｅ３＋、またはＣｏ３＋であると好ましい。複水酸化物層は、これらイオンと水酸化物とから形成され、中でもＭｇ２＋とＡｌ３＋と水酸化物イオンとから形成されていると一層好ましい。
【００１１】
塑性加工前処理剤は、硫酸カリウムを含んでいてもよく、展着助剤、分散剤、防錆剤のような添加剤を含んでいてもよい。硫酸カリウムや添加剤は、層状複水酸化物１００重量部に対し、０．０５〜１３８重量部含まれていることが好ましい。
【００１２】
展着剤や分散剤は、イソブチレン／無水マレイン酸コポリマー、アルキルポリオキシエチレンエーテルカルボン酸、アラビアゴム、カルボキシメチルセルロース、デキストリン、ポリアクリル酸ナトリウム、アクリル酸／マレイン酸共重合体、アクリル酸／スルホン酸モノマー共重合体、ポリビニルピロリドン、ヘキサエチレングリコール（ＨＥＧ）、ベントナイトが好ましい。中でもイソブチレン／無水マレイン酸コポリマー、アルキルポリオキシエチレンエーテルカルボン酸、アラビアゴム、ベントナイトであると一層好ましい。
【００１３】
この塑性加工前処理剤は、例えば１価および／または３価の金属の水溶性塩と、２価の金属の水溶性塩または２価の金属の酸化物と、有機酸および／またはその金属塩とを、アルカリ性の水中で混合した後、生成した層状複水酸化物を分取して、得られるものである。
【００１４】
塑性加工前処理剤は、粉末のままであってもよいが、層状複水酸化物が水および／または有機溶媒で希釈され懸濁された処理液にされていると好ましい。水で希釈されていると一層好ましい。固形分３〜３０％好ましくは５〜１５％となるよう水で希釈されているとなお一層好ましい。
【００１５】
この前処理剤を用いた塑性加工前処理方法は、例えば、この処理液を塗布、噴霧、浸漬によって、金属材料と接触させた後、乾燥するというものである。処理液を温度６０℃以上で金属材料と接触させると好ましい。金属原材は、例えば鉄、鋼、ステンレス鋼が挙げられる。中でも、特にステンレス鋼が適当である。
【００１６】
この塑性加工前処理剤は、簡便に製造でき、安全で環境を汚染しないものである。
【００１７】
【実施例】
以下、本発明の塑性加工前処理剤の実施例を詳細に説明する。
【００１８】
先ず、層状複水酸化物を合成した。
【００１９】
（合成例）
滴下漏斗、攪拌機、冷却管、ｐＨメーターを備えた四つ口フラスコに、工業用ステアリン酸（ステアリン酸６５％、パルミチン酸３５％の混合物）５．２１ｇ、およびイオン交換水２９．５ｇを入れ、これを７０℃に加熱しながら、４８％水酸化カリウム水溶液２．２ｇを加えてｐＨ値１０．８１に調整したステアリン酸カリウム水溶液を調製した。硫酸マグネシウム７水和物１２．１ｇおよび硫酸アルミニウム１４水和物５．７ｇの混合物を２０．１ｇのイオン交換水に加え、これを７０℃に加熱し溶解させた混合金属水溶液を調製した。ステアリン酸カリウム水溶液に、この混合金属水溶液を滴下しながら、その反応混合液のｐＨ値が８〜１１になるように随時４８％水酸化カリウム水溶液にて調整し、７５〜８０℃で保持して撹拌し混和した。滴下終了後、７５〜８０℃で６時間熟成を行なった。熟成後、生成した沈殿物を濾過し、イオン交換水で洗浄し、常温で乾燥すると、層間にインターカレートされた有機酸を有する層状複水酸化物が、１３．２ｇ得られた。この層状複水酸化物に含有されるＭｇ２＋およびＡｌ３＋を原子吸光度分析法により定量した。また、この層状複水酸化物に含有される有機酸は、酸分解法により定量した。なお、酸分解法とは、試料を５ｇ量り取り、容量２００ｍＬの標線付きメスフラスコに入れ、次いで沸騰石を二、三個入れ、水を５０ｍＬ加え、更に白塩酸（濃塩酸）を５０ｍＬ加えて加熱沸騰させ、油分の分離を確認した後、油分が標線部に入るように温度約８０℃で濃度約５％の食塩水を加え、標線上下の数値差から油分量を測定するというものである。
【００２０】
その結果、層間に有機酸を有する層状複水酸化物は、
Ｍｇ２．６Ａｌ１．０（ＯＨ）７．２（Ｓｔｅａｒａｔｅ）１．０・３．５Ｈ２Ｏという組成式で示されるものであると同定された。
【００２１】
実施例１および２は、本発明を適用する塑性加工前処理剤を調製した例である。比較例１〜４は本発明を適用外の金属石鹸製塑性加工前処理剤の調製例である。
【００２２】
（実施例１）
合成例１で得た層状複水酸化物１００重量部に、添加剤として硫酸カリウム１３８重量部、イソブチレン／無水マレイン酸コポリマー２４重量部、アルキルポリオキシエチレンエーテルカルボン酸１４重量部、アラビアゴム１４重量部、ベントナイト０．０５重量、およびアクリル／マレイン酸共重合体の水酸化カリウム中和物０．０５重量部を加え、固形分として１０％となるように水で希釈し、常温でホモミキサーにより均一にミキシングし、処理剤を得た。
【００２３】
（実施例２）
合成例１で得られた層状複水酸化物１００重量部に、イソブチレン／無水マレイン酸コポリマー２４重量部、アルキルポリオキシエチレンエーテルカルボン酸１４重量部、アラビアゴム１４重量部、ベントナイト０．０５重量部、およびアクリル／マレイン酸共重合体の水酸化カリウム中和物０．０５重量部を加え、固形分として１０％となるように水で希釈し、常温でホモミキサーにより均一にミキシングし、処理剤を得た。
【００２４】
（比較例１）
ステアリン酸マグネシウム１００重量部、ステアリン酸アルミニウム５７重量部、および硫酸カリウム１３８重量部の混合物に、実施例１と同じ重量比の添加剤を加え、固形分として１０％となるように水で希釈し、常温でホモミキサーにより均一にミキシングし、処理剤を得た。
【００２５】
（比較例２）
ステアリン酸マグネシウム１００重量部、硫酸カリウム１３８重量部の混合物に、実施例１と同じ重量比の添加剤を加え、固形分として１０％となるように水で希釈し、常温でホモミキサーにより均一にミキシングし、処理剤を得た。
【００２６】
（比較例３）
ステアリン酸アルミニウム１００重量部、硫酸カリウム１３８重量部の混合物に、実施例１と同じ重量比の添加剤を加え、固形分として１０％となるように水で希釈し、常温でホモミキサーにより均一にミキシングし、処理剤を得た。
【００２７】
（比較例４）
ステアリン酸カルシウム１００重量部、硫酸カリウム１３８重量部の混合物に、実施例１と同じ重量比の添加剤を加え、固形分として１０％となるように水で希釈し、常温でホモミキサーにより均一にミキシングし、処理剤を得た。
【００２８】
実施例１〜２、比較例１〜４の処理剤を用いて、試験片に前処理である被膜処理を施し、その物性評価を行った。
【００２９】
（被膜処理）
試験片は、ＳＵＳ−３０４製で３５×５０×０．５ｍｍの金属片であり、機械研磨などを施していないものである。実施例１〜２および比較例１〜４の処理剤の１５０ｍｌを各々ビーカーに取り、温度６０℃に加温し保温した。試験片を１枚毎、各ビーカー中の処理剤に１分間浸漬した後、取り出し、６０℃で１０分間乾燥し、被膜を形成させた試験片を得た。
【００３０】
（物性評価方法）
この被膜を形成させた試験片について、バ−デンレーベン式往復摩擦摩耗試験機により物性評価を行った。試験条件は、荷重；４９Ｎ（５ｋｇ）、摺動速度；２０ｍｍ／ｓｅｃ、摺動距離；１０ｍｍ、球形（材質）；１０ｍｍ（ＳＵＪ２）である。被膜が破断するまでの摺動回数を計測した。その摩擦摩耗試験の結果を、図１に示す。
【００３１】
図１から明かなとおり、実施例１、２で得た処理剤は、比較例１〜４で得た処理剤に比べて、摩擦係数が低く、被膜が破断するまでの摺動回数が多かった。したがって、耐極圧性および展着性に優れるものであることが確認された。
【００３２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように本発明の塑性加工前処理剤を用いると、引抜加工等の塑性加工を施す金属原材に、優れた防錆性、潤滑性、耐極圧性および展着性を有する被膜を簡便かつ堅固に形成させることができる。
【００３３】
予めこの前処理剤で被膜が形成された鉄、鋼、ステンレス鋼等金属原材は、円滑に、引抜加工やプレス加工等の塑性加工が施される。また、必要に応じて用いられる乾式、水溶性または油性の潤滑剤とこの被膜とが馴染み易いので、一層潤滑性が向上する。
【００３４】
この前処理剤は、ホウ素、リン、フッ素元素を含まないので、作業環境の悪化や自然環境の汚染を引き起こさず、安全である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する塑性加工前処理剤、および本発明を適用外の塑性加工前処理剤で被膜を形成させた金属片の摩擦摩耗試験の結果を示す図である。
【図１】
2004351452.tif 000002