专利名称：金属材料的拉拔加工用载剂组合物的制作方法
技术领域：
本发明涉及钢铁、镀锌钢、不锈钢、铜、铝、钛等的金属材料的拉拔加工用载剂，较详细说时，则本发明是涉及一种不伴随化学反应，利用喷布或浸渍的物理方法可形成载性优越的被膜于被加工物的金属材料表面，且在不生成伴随反应的废弃物、废液的环境保护上亦优越的金属材料的拉拔加工用载剂组合物。
长久以来，在金属材料的拉拔加工方面，以防止被加工材及工具间的烘接和粘结，并且保持润滑剂，提高导入性为目的而于金属材料表面上进行形成载剂被膜的处理。此载剂处理可分成由于化学反应生成被膜的方法，及使物理的直接附着的方法二种，通常进行载剂处理后的材料，在加工前涂布以金属皂或消石灰为主成分的润滑剂或油、蜡并进行拉拔成形。
在载剂被膜的生成方面采用化学反应的方法，也被称作化学金属表面处理法，以使形成磷酸锌、磷酸钙系被膜的磷酸盐处理或使形成草酸铁被膜的草酸盐处理等使于金属表面上生成具有用作载剂的被膜。由于此方法在与材料间的附着性良好且耐烧接性非常优越，在锻造、拉管、伸线等塑性加工领域的广泛被使用。
然而，在这些的表面金属化学处理法中，由于化学反应生成的大量淤渣不可避免的成为产业废弃物，又金属表面化学处理后需水洗，故会发生含有多种重金属离子、磷酸离子、碳酸离子、氟离子等的废水，这些处理则耗费较多的劳力及费用。
另一方面，对于在不伴随化学反应下使载体被膜化学性的附着的方法，以硼砂为主成分是较通常的，硼砂与材料间的附着性也良好，由于药液管理较简单而被广泛使用，但是，由于存在被膜的吸湿引起的润滑性能降低，或耐蚀性有使金属表面化学处理被膜低劣的问题。再者，在湖泊附近由于废水中的硼而有使用受限制的情形。又，由石灰皂引起的处理也被广泛使用，但是也有润滑性、耐蚀性、发生粉尘等的问题。
为解决这些问题，在日本特开平10-36876号公报内揭示有以碱金属硫酸盐、碱金属硼酸盐为必要成分，于其中配合以任意成分的脂肪酸碱金属盐、脂肪酸碱土金属盐、固体润滑剂、水溶性热塑性树脂的润滑剂。此组合物可保持润滑性，同时仅以不挥发成分及pH的调整需要处理，并且虽然也不生成废液，但仍有含有硼或润滑性不足的问题。因此，目前尚未获得不含硼且在环境保护方面也无问题，并且在附着性、润滑性、耐蚀性均优越的金属材料的拉拔加工用载剂组合物。
本发明为解决上述习知技术所具有的问题，其目的是提供一种对于金属材料表面上形成附着性、润滑性、耐蚀性均优越的载剂被膜，且不含硼，废弃物处理容易的金属材料的拉拔加工用载剂组合物。
本发明人等对为解决上述课题而采的手段进行，经精心研究的结果发现在以特定比例含有碱金属硫酸盐及碱金属硅酸盐及水溶性或水分散性高分子的水溶液内，通过使金属材料浸渍干燥，使形成有不含硼且具有优越的润滑性能的强韧的被膜，以至完成本发明。
即，本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物，是以含有(A)成分的碱金属硫酸盐、(B)成分的碱金属硅酸盐、(C)成分的水溶性或水分散性高分子，以重量比计(B)/(A)=0.01-1的范围内，(C)/(A+B)的重量比在0.01～0.5的范围内的组合物。
前述水溶性或水分散性高分子是由聚氨酯树脂、聚羧酸盐、水溶性聚烯烃、聚醚及多糖类而构成的群体选出的至少一种为宜。
以下较详细地说明本发明的内容。
在本发明的金属材料的拉拔加工用载剂中，所使用的(A)成分的碱金属硫酸盐在组成上并未有特别的限定，可使用Na2SO4、K2SO4、NaKSO4等。也可使用这些的混合物。
又，本发明所使用的(B)成分的碱金属硅酸盐也无特别限定，可使用硅酸锂、硅酸钾、硅酸钠、正硅酸钠、偏硅酸钠、水玻璃等。也可使用这些的混合物。
另外，前述(A)碱金属硫酸盐及(B)碱金属硅酸盐的重量比(B)/(A)以在0.01～1的范围内为宜，较佳为0.05～0.7。当(B)成分对(A)成分的重量比(B)/(A)未满0.01时，被膜硬度变低，耐加重性会变差，所以金属材料及工具容易发生烧接。再者，耐蚀性也显著地降低。反之，当(B)/(A)超过1时，则被膜硬度过于变高，被膜本身会容易损伤工具或材料，故并不理想。
其次本发明所使用的(C)成分的水溶性或水分散性的高分子化合物也无特别限定，可由聚氨酯树脂、聚羧酸盐、水溶性聚烯烃、聚醚及多糖类而构成的群体选出的至少一种为宜。
在本发明所使用的聚氨酯树脂最好为水性聚氨酯，可采用一般可得到的任一种，例如可采用聚酯多元醇、多元醇、聚异氰酸酯为原料的水性聚氨脂。
本发明所使用的聚羧酸盐，一般可采用能得到的任一种，但是以采用含有丙烯酸、甲基丙烯酸、顺丁烯二酸、伊康酸等聚合物或于单体内含有这些的共聚物及这些的衍生物及钾盐、钠盐、铵盐等是理想的。
本发明所用的水溶性聚烯烃，若为通常容易得到的，则可采用任一种，但是以采用聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮及这些的衍生物是理想的。
本发明所用的聚醚，若为通常容易得到的，则可采用任一种，但是以采用聚乙二醇、聚丙二醇及这些的衍生物是理想的。
本发明所使用的多糖类，若为通常容易得到的，则可采用任一种，但是以采用甲基纤维素、甲基淀粉、甲基愈疮木橡胶、乙基纤维素、乙基淀粉、乙基愈疮木橡胶、羧甲基纤维素、羧甲基淀粉、羧甲基愈疮木橡胶、羧甲基羟乙基纤维素、羧甲基羟乙基淀粉、羧甲基羟乙基愈疮木橡胶、羟乙基纤维、羟乙基淀粉、羟乙基愈疮木橡胶、羟乙基甲基纤维素、羟乙基甲基淀粉、羟乙基甲基愈疮木橡胶、羟丙基纤维素、羟丙基淀粉、羟丙基愈疮木橡胶、羟丙基伊基纤维、羟丙基甲基淀粉、羟丙基甲基愈疮木橡胶、三羧基淀粉、三羧基直链淀粉、三羧基角质素、占吨橡胶、磺醋酸-β1,3葡聚糖等的群体选出的至少一种为宜。
(C)成分的配合以(C)/(A+B)的重量比计为0.01～0.5，较佳为0.05～0.2，为重量比(C)/(A+B)未满0.1时，由于处理后的干燥步骤的被膜生成的过程中，碱金属硫酸盐的结晶大量过于成长，润滑剂的保持，导入性会变差。又重量比(C)/(A+B)超过0.5时，被膜的附着性降低，会变成容易发生烧接。并且，此时吸湿性也会显著增加。
在本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物中，为提高耐锈性也可添加通常采用的亚硝酸盐、钼酸盐、烷醇胺、杂环胺类的防锈添加剂。
在本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物中，为提高液体安定性，也可添加一般常用的酒石酸盐、葡糖酸盐、EDTA等螯合剂。
在本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物中，尤其在金属表面的扩大率较高的加工条件下为提高耐烧接性，也可添加通常常用的硫黄系、磷系、氯等耐特压添加剂。
在本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物中，为提高对原金属表面的湿润性，也可添加一般常用的非离子性表面活性剂、阴离子性表面活剂、两性表面活性剂选出的至少一种。
本发明的金属材料的拉拔加工组合物在使形成被膜时，不发生化学反应，因此，对对象材料并未给予特别限定，但是在实用上，以对钢铁、不锈钢、铜、铝、钛等金属或其合金进行加工时使用是理想的。本发明的载剂组合物，对金属材料的表面进行脱脂(可使用通常的碱脱脂剂系)、进行水洗、酸洗、水洗等的前处理，使表面成洗净后予以附着是理想的。并且，在不附着氧化污垢的情形下也可不进行酸洗。这些前处理可依常规方法进行处理。
本发明的金属材料的拉拔加工组合物，在金属材料上使形成被膜时并不发生化学反应，故不生成金属表面化学处理淤渣类废弃物。因此，只要不大量携带酸、碱，则不需要溶液的废弃更新、废弃物的除去等，并且因成分也几乎不变动，因此也不需要对溶液进行补给。
本发明的载剂组合物可利用浸渍、喷布或流涂等常用方法予以涂布于金属材料上，对涂布的温度或时间也无特别限制。涂布后需有干燥载剂组合物。浴湿及干燥温度在常湿亦可，但是为使较有效地干燥，以设成浴温50～80℃，干燥温度60～120℃为宜。且对形成于金属材料上的载剂被膜的附着量也无特别限制，但是考虑润滑性、附着性、耐蚀性，以设成3～20g/m2为宜，较佳为5～15g/m2。
实施例1
下面同时举出本发明的实施例及比较例，较具体的说明本发明的效果。
实施例1～9、比较例1～3以表1所示的比例制备载剂组合物。调制是将硫酸盐、硅酸盐及水溶性或水分散性高分子溶解或分散于水内。
另外，将实施例1～9及比较例1～3所示的载剂组合物加温至60℃，浸渍试验材(材质S45C球状退火材、直径3mmφ，长度20m的线材)30秒后，在100℃干燥30分钟，进行载剂处理。
比较例4～6(石灰皂、硼砂、磷酸盐)以一般的条件用现行载剂进行处理。
且拉线用试验材是在涂布载剂组合物前，进行以下的前处理步骤(1)～(4)。
(1)碱脱脂日本Parkerizing公司制造Finecleaner 4360(注册商标)浓度20g/L，温度60℃，浸渍10分钟。
(2)水洗常温的自来水，浸渍60秒。(3)酸洗盐酸，浓度17.5重量％，温度RT，浸渍时间10分钟。(4)水洗常温的自来水，浸渍60秒。拉线试验是使用单头拉线机并在下一步骤进行连续拉线加工。原材料线3.00mmφ→1拉；2.76mm→2拉；2.40mm→3拉；2.17mmφ→4拉；1.90mm→5拉；1.72mmφ→6拉；1.51mm且对拉线的各路径，是使用市售的钙系干式粉末。载剂被膜附着量及残存附着量(g/m2)是将5％铬酸加温至75℃，浸渍15分钟，由剥离载剂被膜的前后的重量差算出。
润滑性的评估是系由六次连续拉伸后的拉拔负载，被膜残存量予以评估。
耐蚀性是对原材料线进行载剂处理，在恒温高湿槽温度30℃，相对湿度80％的环境下置放四星期后，评估于材料表面的生锈面积％。
由表1，采用本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物的实施例1～9与不满足本发明的构成要件的比较例1～3相比较，六次连续拉伸后的拉拔负载低，残存附着量也变多，可明显得知在润滑性是优越的。又，实施例1～9，即使与现行处理的比较例4～6相比也具有显示出不逊色的性能。另一方面，与耐蚀性也有关，与比较例4、5相比明显提高，可代替现行处理。
表1
于实施例1～9及比较例1～3内添加防锈添加剂亚硝酸钠0.5重量％。
聚羧酸盐聚丙烯酸钠分子量40000。
聚氨酯聚乙二醇分子量1000及六亚甲二异氰酸酯的聚合物。(分子量5000以上)多糖类纤雒素1取代物1K硅酸钾SiO2/K2O摩尔比为0.45～0.55。
石灰皂LUB-CAOI(日本Parkerizing公司制造)150g/L 80'C 5分锺。
磷酸盐处理磷酸盐PB421WD(日本Parkerizing公司制造)80g/L 80'C 10分钟。
实施例2量产拉线试验是使用连续拉伸机进行连续拉线加工。
材料Si.Cr钢线(9254)。
原线杆(φ8.00mm)→削皮(φ7.40mm)→热处理→线上涂布。
拉线路径排程(φ7.40mm)→6.40mm→5.60mm→5.0mm→4.50mm→异形线φ4.07mm(换算成圆线)→异形线中φ3.67mm(换算成圆线)。在表2的实施例是采用表1的实施例6作为载剂。又在表2的比较例则采用表1的比较例5及6。且对每一路径的拉线用润滑剂为钙系干式粉末。表2
由以上结果可判断出本涂料由于硼砂可使拉线性格外改善，即使与磷酸锌比较亦具有毫不逊色的拉线性。对耐蚀性也由硼砂可予提高，可在大量制造使用上无问题。并且，如硼砂一样，在排水方面并不含硼，不致如磷酸锌生成淤渣等废弃物。产生对排水、废弃物处理等环境问题，同时也减轻作业人员的负担。
如上述可明显得知本发明的金属材料的拉拔加工用载剂组合物，是以简便的处理可生成与金属表面化学处理相当的较高润滑性及耐蚀性的被膜，并且不致生成如金属表面化学处理淤渣类废弃物。由于不含硼等，在排水处理性良好，在作业性、环境保护方面上也是有益的。
权利要求
1．一种金属材料的拉拔加工用载剂组合物，其特征在于含有(A)成分的碱金属硫酸盐、(B)成分的碱金属硅酸盐、(C)成分的水溶性或水分散性高分子，且以(B)/(A)的重量比在0.01～1的范围内，(C)/(A+B)的重量比在0.01～0.5范围内。
2．如权利要求1所述的金属材料的拉拔加工用载剂组合物，其中前述水溶性或水分散性高分子为由聚氨酯树脂、聚羧酸盐、水溶性聚烯烃、聚醚及多糖类而构成的群体选出的至少一种。
全文摘要
一种金属材料的拉拔加工用载剂组合物是含有(A)成分的碱金属硫酸盐、(B)成分的碱金属硅酸盐、(C)成分的水溶性或水分散性高分子,以重量比计(B/(A)=0.01—1,(c)/[(A)十(B)]=0.01—0.5的金属材料的拉拔加工用组合物。上述水溶性或水分散性高分子可由聚氨酯树脂、聚羧酸盐、水溶性聚烯烃、聚醚选出的一种或二种而成。该组合物因不含有硼且无淤渣等对环境保护有益。
文档编号B21C1/00GK1301806SQ0013613
公开日2001年7月4日 申请日期2000年12月25日 优先权日1999年12月27日
发明者熊谷学, 永田秀二 申请人:日本巴卡莱近估股份有限公司