(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合水溶液を、冷間塑性加工する金属材料の表面に塗布し、乾燥して、結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合皮膜を形成させる冷間塑性加工用キャリア皮膜の形成方法であって、前記結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合比率を変化させて、混合皮膜の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）を２〜１０μｍにすることを特徴とする冷間塑性加工用キャリア皮膜の形成方法。
【請求項２】
結晶性無機化合物が、硫酸塩、リン酸塩及びミョウバンから選ばれる少なくとも一種以上である請求項１記載の冷間塑性加工用キャリア皮膜の形成方法。
【請求項３】
非晶質無機物質が、珪酸塩、粘土鉱物及び硼酸塩から選ばれる少なくとも一種以上である請求項１又は２記載の冷間塑性加工用キャリア皮膜の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷間塑性加工するに当って金属材料の表面に形成させるキャリヤー皮膜に関する。更に詳しくは、冷間塑性加工する金属材料の表面に形成することで、耐焼き付き性、潤滑剤の保持・導入性、防錆性を付与するキャリア皮膜に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鉄鋼、亜鉛めっき鋼、ステンレス、銅、アルミニウム、チタン等の金属材料の伸線、伸管、鍛造などの冷間塑性加工においては、被加工材と工具の焼き付き、かじりの防止、さらには潤滑剤の保持、導入性向上を目的として金属材料表面にキャリア皮膜を形成させている。例えば、鋼線の伸線加工においては、鋼線表面にキャリヤー皮膜を形成させ、その後に金属石けん粉末や消石灰を主成分とする潤滑剤、油又はワックスなどを塗布し、潤滑剤をキャリヤー皮膜上に保持させながら引き抜き加工が行われる。そして、このキャリア皮膜形成処理は、化学反応により皮膜を形成する方法と、物理的に直接塗布して形成する方法の２つに分けられる。
【０００３】
キャリア皮膜の形成において化学反応を用いる方法は、化成処理法と呼ばれ、リン酸亜鉛皮膜やリン酸カリシウム皮膜を形成させるリン酸塩処理法、蓚酸鉄皮膜を形成させる蓚酸塩処理法などに代表される。一般に化成処理皮膜は材料表面との密着性が良く被加工材の表面拡大に追随できるとともに、凹凸のある皮膜表面形状による潤滑剤の保持性や導入性が非常に良好であることから、被加工材と工具の焼き付きを防止すると共に、摩擦力を低減できるため工具寿命が長い。しかし、この化成処理法は、化学反応によって生成する大量のスラッジが発生し、産業廃棄物となることが避けられず、また化成処理後の水洗が必要なことから重金属イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、フッ酸イオンなどを含む廃水が生じ、これらの廃水処理にも多くの労力がかかるという問題がある。
【０００４】
一方、化学反応を伴わずに物理的にキャリア皮膜を付着させる方法、すなわち所謂塗布型キャリヤ皮膜形成方法としては、石灰石けん系やボラックス系などの塗布型皮膜形成方法が広く知られている。石灰石けん系で形成される皮膜は消石灰と石けんを主成分とする混合皮膜であり、この方法は酸洗い後の中和処理を兼ねた安価な処理として鋼線の引き抜きなどに使われているが、形成された皮膜は、前記の化成処理皮膜に比べて耐焼き付き性、潤滑性及び耐食性が劣る。また、水に分散している消石灰の結晶が凝集して大きなコロイドになると水中における分散安定性が不良となり、付着後の乾燥性も悪く、また乾燥後の皮膜が冷間塑性加工中に剥がれやすいという欠点を持つ。
【０００５】
また、ボラックス系のキャリヤー皮膜形成方法は液管理も簡便なことから広く使用されている。この方法で形成される皮膜は硼砂を主成分とする非結晶性皮膜であり、低融点で粘着性が高いため剥離し難く、金属材料表面との密着性がよく、展着性の良いキャリア皮膜として有効であるが、皮膜形状がフラットであることから潤滑剤の保持性や導入性では不利となり結果的に摩擦力がたかくなり工具への負荷を高めダイスなどの工具の寿命を低下させるなどの問題を有している。
【０００６】
また、ステンレスなどの引き抜き加工では、高粘度の樹脂を低沸点溶剤に溶解させたキャリア皮膜が使われる場合もあるが、使用時に溶剤が徐々に揮発するため濃度管理が煩雑であり、しかも溶剤の揮発が早いため液切りの過程で不均一な付着になり、加工後の成品表面欠陥となる。更に、一番の問題は有機溶剤が毒性、火災の危険性により使用しにくくなっていることである。
従って、現状では密着性、潤滑性、耐食性、環境への影響などを満足する冷間塑性加工用キャリア皮膜は得られていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、金属材料の冷間塑性加工において、前記従来技術が抱える問題点を解決するためのものであって、環境への影響を少なくして形成でき、且つ金属材料表面への密着性が良く、潤滑剤の保持性・導入性に優れ、潤滑性、耐食性にも優れたキャリア皮膜を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記課題を解決するための手段を鋭意検討した結果、結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合皮膜からなり、且つ皮膜の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）が２〜１０μｍであるキャリア皮膜が、その上に乗る潤滑剤の保持性、導入性を高め、また密着性、潤滑性、耐食性が従来の塗布型キャリア皮膜をこえることを見い出し、本発明を完成するに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合水溶液を、冷間塑性加工する金属材料の表面に塗布し、乾燥して、結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合皮膜を形成させる冷間塑性加工用キャリア皮膜の形成方法であって、前記結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合比率を変化させて、混合皮膜の表面粗さ（十点平均粗さＲｚ）を２〜１０μｍにすることを特徴とする冷間塑性加工用キャリア皮膜の形成方法である。上記の結晶性無機化合物は硫酸塩、リン酸塩及びミョウバンから選ばれた一種以上が好ましく、上記の非晶質無機物質は珪酸塩、粘土鉱物及び硼酸塩から選ばれた一種以上が好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明における塗布型キャリヤー皮膜の主成分は結晶性無機化合物である。この無機化合物は冷間塑性加工の工具、例えば伸線加工時のダイスの表面到達温度（約５００度以上）に耐えうるものを用いる。また、結晶性無機化合物は、その水溶液を金属表面に塗布し、乾燥したとき形成される皮膜が結晶形状となるものである。この結晶形状になる無機化合物を用いることによって、金属表面に形成した皮膜の表面に凹凸が生じ、表面粗さを高めることができる。結晶性無機化合物としては硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸アンモニウム等の硫酸塩；リン酸ナトリウム、リン酸カリウム等のリン酸塩；カリウムミョウバン、アンモニュウムミョウバン等のミョウバンなどが用いられる。これらのうちで硫酸塩が結晶性がよく、結晶サイズが大きい点で好ましい。
【００１１】
金属材料表面に上記の結晶性無機化合物の水溶液を塗布し、乾燥して結晶形状の皮膜を形成させた場合は、結晶間隙に金属の素地が露出し、この金属露出部分が錆びやすく、耐食性が劣る。そこで本発明では、この結晶間隙を減少させるべく、非晶質無機物質を併用して、結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合皮膜にする。また、併用によってキャリヤー性が向上した。この非晶質無機物質は、その水溶液を金属表面に塗布し、乾燥したとき形成される皮膜が非晶質になるものである。無機物質によっては、乾燥条件などで結晶質になったり、非晶質になったりするものがあるが、本発明では非晶質になる状態で析出させる。この非晶質無機物質としては、メタ珪酸ナトリウム、オルソ珪酸ナトリウム、メタ珪酸カリウム、オルソ珪酸カリウム等の珪酸塩；四硼酸ナトリウム、四硼酸カリウム、メタ珪酸ナトリウム、メタ珪酸カリウム等の硼酸塩；ヘクトライト、モンモリナイト等の粘土鉱物などが挙げられる。特に珪酸塩が好ましい。
【００１２】
上記の混合皮膜は、結晶性無機化合物と非晶質無機物質との混合水溶液を金属表面に塗布し、乾燥して形成させる。このときの結晶無性機化合物と非晶質無機物質との混合比率によって、形成される混合皮膜の形状、構造が変化する。すなわち、例えば、結晶性無機化合物として硫酸ナトリウムを単独で使用した場合は葉状の結晶皮膜が形成される。そして、非晶質無機物質の配合比率が高くなるにしたがって結晶サイズが小さくなり、結晶は葉状結晶→針状結晶→粒状結晶と変化する。
【００１３】
また、非晶質無機物質の配合比率を高くなるにつれて、混合皮膜の表面は平坦化する。混合皮膜が平坦になるにつれて、すなわち表面粗さが小さくなるにつれて、冷間塑性加工時における潤滑剤の保持性が低下し潤滑剤の導入性が悪化する。この潤滑剤の保持性を良くするという観点から、本発明においては、混合皮膜の表面粗さを、十点平均粗さＲｚ（ＪＩＳ  Ｂ０６０１）で表したとき２〜１０μｍ、好ましくは４〜８μｍにする。この表面粗さＲｚが２〜１０μｍの混合皮膜は、皮膜中の非晶質無機物質の含有量が３〜４０質量％、好ましくは１５〜３０質量％であるときに得られる。そして、この混合皮膜（キャリヤー皮膜）は、化成処理法によるリン酸亜鉛皮膜と同様な皮膜形状を有する。キャリヤー皮膜の付着量は特に制限がないが、密着性、耐食性などの点から３〜２０ｇ／ｍ2にするのが好ましい。
【００１４】
本発明のキャリヤー皮膜は、結晶性無機化合物と非晶質無機物質と混合水溶液を金属材料表面に塗布し、乾燥して形成させるが、このときの塗布は浸漬、スプレー、流しかけなど常法で行なえる。乾燥は常温でもよいが６０〜１２０℃で行なうのが好ましい。上記水溶液には非イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、両性界面活性剤などを配合して、金属材料表面への濡れ性を向上させてもよい。また、本発明のキャリヤー皮膜を形成させる対象金属は特に限定されないが、鉄鋼、ステンレス、銅、アルミニウム、チタンとの金属又はその合金などが挙げられる。金属材料表面を常法で脱脂、水洗、酸洗、水洗を行い、金属材料表面を清浄にした後、本発明のキャリヤー皮膜を設けるのが好ましい。
【００１５】
【実施例】
本発明の実施例を比較例と共に挙げることによって、本発明をその効果と共にさらに具体的に説明する。
実施例１〜７、比較例１〜５
市販の直径２５ｍｍφのＳ４５Ｃ球状化焼鈍線材を試験材にした。この試験材をアルカリ脱脂〔日本パーカライジング社製ファインクリーナ４３６０（登録商標）使用；濃度２０ｇ／Ｌ、温度６０℃、浸漬時間１０分〕、水洗（常温、浸漬時間６０秒）、酸洗（塩酸使用；濃度１７．５質量％、常温、浸漬時間１０分）、水洗（常温、浸漬時間６０秒）して、表面を清浄にした。
結晶性無機化合物と非晶質無機物質とを表１の各実施例及び比較例で示した割合で含む６０℃の水溶液に、上記の表面清浄にした試験材を３０秒間浸漬し、その後１００℃で３０分間乾燥して、キャリヤー皮膜を形成させた。それぞれのキャリヤー皮膜の表面粗さを測定したところ表１のとおりであった。この試験材から試験片を作成してキャリヤー性及び防錆性を試験し、評価した。試験及び評価は次に示す方法で行なった。その結果を併せて表１に示す。
【００１６】
試験方法及び評価
＜キャリア性＞
キャリア皮膜を施した試験片表面にステアリン酸カルシウム粉末を付着させ、特開平５−７９６９号公報の発明に準じたスパイク試験加工を行った。キャリア性は、加工後試験片をダイスからエジェクトするのに要する荷重によって評価した。潤滑剤であるステアリン酸カルシウムの保持性が高い場合はエジェクト荷重は低くなり、潤滑剤の保持性が低い場合はエジェクト荷重が高くなる。なお、試験片の形状は、直径が２５ｍｍφ、高さが３０ｍｍである。
評価基準：
Ａ：５０ｋｇｆ未満
Ｂ：５０ｋｇｆ以上、１００ｋｇｆ未満
Ｃ：１００ｋｇｆ以上、２００ｋｇｆ未満
Ｄ：２００ｋｇｆ以上
一般的にはＡ〜Ｃが実用範囲である。
【００１７】
＜防錆性＞
上記、スパイク試験加工を行った試験片について、屋内暴露での防錆性試験を行った。全面積の５％を超える錆発生までの日数にて防錆性を評価した。
評価基準：
Ａ：１０日以上
Ｂ：５日以上、１０日未満
Ｃ：３日以上、５日未満
Ｄ：３日未満
一般にはＡ〜Ｂが実用範囲である。
【００１８】
【表１】
0003772268.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
本発明の冷間塑性加工用キャリヤー皮膜は、金属材料表面への密着性が良く、潤滑剤の保持性・導入性に優れ、また潤滑性、耐食性にも優れている。そして、キャリヤー皮膜の形成に当たって、化成スラッジを生じないので環境への影響が少ない。