金屬材料加工用含水潤滑劑組合物的制作方法

金屬材料加工用含水潤滑劑組合物的制作方法
【專利摘要】本發明涉及金屬材料加工用含水潤滑劑組合物。其公開一種金屬材料加工用含水潤滑劑組合物，它具有優異加工性、脫脂性能和加工狀態。該含水潤滑劑組合物適合用于塑性加工領域，特別是各種金屬材料，尤其是鎂基或鋁基非鐵金屬材料的溫壓成形。該金屬材料加工用含水潤滑劑組合物包含(A)固體潤滑劑，(B)選自(i)有機金屬羧酸鹽和(ii)有機磷酸酯或硼酸酯的金屬鹽中的至少一種，以及需要的話，(C)含氮化合物。
【專利說明】金屬材料加工用含水潤滑劑組合物 本申請是申請號為200580009714. 8(國際申請日為2005年3月29日）、發明名稱為 "金屬材料加工用含水潤滑劑組合物"的進入國家階段的PCT申請的分案申請。

【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬加工用水基潤滑劑組合物和采用該水基潤滑劑組合物生產溫壓 加工的金屬材料的方法。更具體地說，本發明涉及這樣的金屬加工用水基潤滑劑組合物，它 具有優異加工性、脫脂性能、加工環境等，并且優選地用于塑性加工領域，特別優選用于各 種金屬材料，具體地說，鎂基或鋁基非鐵金屬材料的溫壓加工領域，并涉及采用該水基潤滑 劑組合物高效地生產溫壓加工的金屬材料的方法。

【背景技術】
[0002] 因此，潤滑劑被用于金屬的塑性加工以達到下列目的：降低金屬材料與工具或模 具之間的摩擦；使金屬塑性變形進行得更平穩；以及促進工具或模具的冷卻和對其起保護 作用以及金屬材料從工具或模具上的脫離。 同時，由于鎂合金乃是實用金屬當中最輕的合金并具有優異性能如電磁波屏蔽性能因 而近年來得到廣泛應用。鎂合金目前主要通過壓鑄和觸融模塑來加工，但是已經指出，此種 加工技術要求在加工后進行表面拋光，而且此種加工技術幾乎無法應用于薄壁產品。
[0003] 而以鎂合金片材作為待加工材料的壓力加工卻能夠應用于薄壁產品而且不要求 加工后進行表面拋光。可是，鎂合金在常溫下加工性很差，因此一般在200?300°C的溫度 進行壓力加工。壓力加工期間壓制油的潤滑性能不足會造成被加工材料的斷裂，其在模具 上的粘附或諸如此類。因此，壓力加工采用專門的潤滑劑。 如上所述，鎂合金片材的塑性加工用的潤滑劑必須具有，在溫熱的溫度，一般介于 100°C?300°C的溫度范圍，抑制被加工材料斷裂和在模具上粘附的潤滑性能，才能表現出 高加工性能，并且必須能通過一般脫脂方法除掉。
[0004] 固體膜潤滑劑目前已經應用于鎂合金片材的溫加工。然而，此種工況要求在加工 后實施去膜處理，并且不能實施簡單脫脂處理。因此，生產率不可避免地下降。 與此同時，油基潤滑劑存在環境問題，因為模具溫度在壓制期間升高到約300°C，造成 油煙，加工性很差，并且可能造成加工缺陷或裂紋。可見，油基潤滑劑存在著在應用中遇到 各種困難的問題。 例如，JP2003-89797A公開一種鎂合金的塑性加工潤滑劑，它具有優異脫脂性能并能防 止加工環境惡化，由一種水溶液組成，該溶液含有7?20wt % 10?18個碳原子脂肪酸的堿 金屬鹽、2?6wt% 12?18個碳原子脂肪酸的堿土金屬鹽，以及規定數量提供12?14的 pH值的堿金屬氫氧化物。然而，該鎂合金塑性加工用潤滑劑不含固體潤滑劑，因此不一定能 提供充分的塑性加工性。
[0005]


【發明內容】

[0006] 在此種情況下，本發明的目的是提供一種金屬加工用水基潤滑劑組合物，它具有 優異加工性、脫脂性能、加工環境等，并優選地用于塑性加工領域，特別優選在各種金屬材 料，特別是鎂基或鋁基非鐵金屬材料的溫壓加工領域；以及采用該水基潤滑劑組合物生產 溫壓加工金屬材料的方法。
[0007] 本發明人為達到以上目的進行了深入研究并發現，含有固體潤滑劑和特定化合物 的水基組合物可達到作為金屬加工用水基潤滑劑組合物的目的，并且溫壓加工的金屬材料 可通過將上面描述的組合物施加到待加工金屬材料表面并對該待加工金屬材料實施壓制 處理而高效地生產出來。本發明人就是基于這些發現完成了本發明的。
[0008] 就是說，本發明提供以下（1)?（15)。 (1) 一種金屬加工用水基潤滑劑組合物，它包含固體潤滑劑作為組分（A);以及至少一 種金屬鹽作為組分（B)，后者選自有機羧酸的金屬鹽（i)和有機磷酸酯或有機硼酸酯的金 屬鹽（ii)。 (2) 以上項目（1)的金屬加工用水基潤滑劑組合物，還包括含氮化合物作為組分（C)。 (3) 以上項目（1)或（2)的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中作為組分（A)的固體潤 滑劑是至少一種粉末，選自聚四氟乙烯、碳酸鈣、氧化鋅、二硫化鑰和石墨。 (4) 以上項目（1)?（3)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（B)的 有機羧酸金屬鹽（i)是至少一種金屬鹽，選自一元羧酸的堿金屬鹽和堿土金屬鹽，以及多 羧酸的堿金屬鹽和堿土金屬鹽。 (5) 以上項目（1)?（3)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（B)的 有機磷酸酯或有機硼酸酯的金屬鹽（ii)是至少一種金屬鹽，選自磷酸或亞磷酸的堿金屬 鹽和堿土金屬鹽，以及原硼酸的堿金屬鹽和堿土金屬鹽。
[0009] (6)以上項目⑴?（5)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中作為組 分（C)的含氮化合物是至少一種選自苯并三唑、噻二唑、胺、酰胺和酰亞胺的化合物。 (7) 以上項目（1)?（6)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，還包含至少一種 添加劑作為組分（D)，選自腐蝕抑制劑、抗氧化劑、殺蟲劑和消泡劑。 (8) 以上項目（1)?（7)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（A)與 組分（B)的含量之比是10:90?95:5,按質量比。 (9) 以上項目（1)?（8)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中水含量是 10 ?50wt %。 (10) 以上項目（1)?（9)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，它具有介于 3?12之間的pH值。
[0010] (11)以上項目⑴?（10)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，它用于溫 壓加工、冷壓加工、鍛造加工、壓延、打薄、彎曲、元件軋制或研光。 (12) 以上項目（11)的金屬加工用水基潤滑劑組合物，它用于非鐵金屬材料的溫壓加 工。 (13) 以上項目（11)或（12)中任何一項的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中非鐵金 屬材料是鎂合金。 (14) 一種生產溫壓加工的金屬材料的方法，包括將以上項目（1)?（10)中任何一項的 潤滑劑組合物施加到待加工金屬材料表面上；通過熱處理蒸發掉水；以及對待加工金屬材 料實施壓制處理。 (15)以上項目（14)的生產溫壓加工的金屬材料的方法，其中施加到待加工金屬材料 表面上的潤滑劑組合物中的水在加熱壓制模具上蒸發；并就地對待加工金屬材料實施壓制 處理。
[0011] 本發明提供一種金屬加工用水基潤滑劑組合物，它具有優異加工性、脫脂性能、力口 工環境以及諸如此類，并優選地用于塑性加工領域，特別優選在各種金屬材料，特別是鎂基 或鋁基非鐵金屬材料的溫壓加工中。 另外，按照本發明方法，由于采用該潤滑劑組合物，可高效地生產溫壓加工的金屬材 料。 發明的最伴實施方式
[0012] 本發明金屬加工用水基潤滑劑組合物是這樣的水基組合物，它包含固體潤滑劑作 為組分（A);至少一種金屬鹽作為組分（B)，后者選自有機羧酸的金屬鹽（i)和有機磷酸或 有機硼酸酯的金屬鹽（ii);含氮化合物作為組分（C)和/或至少一種添加劑作為組分（D)， 后者，按照要求，選自腐蝕抑制劑、抗氧化劑、殺蟲劑和消泡劑；以及水介質。 本發明潤滑劑組合物中的組分（A)的固體潤滑劑的例子包括粉末，例如，聚四氟乙烯、 碳酸鈣、氧化鋅、二硫化鑰或石墨。可以單獨使用一種類型粉末，或者使用2或更多種類型 粉末的組合。基于加工環境的考慮，非黑色粉末比黑色粉末如二硫化鑰或石墨更優選，而聚 四氟乙烯（Teflon)粉末，從加工環境、潤滑性能等的觀點，特別優選。固體潤滑劑粉末的平 均粒度，但一般介于約〇. 1?20 μ m，優選0. 2?7 μ m，從分散性、潤滑性能等觀點考慮。聚 四氟乙烯（Teflon)粉末的例子是一種市售供應的產品"LUBR0NL-2"（商品名，由Daikin工 業公司制造）。 組分（A)的含量優選介于5?80wt%，相對于組合物的總量而言，從潤滑性能的角度考 慮。
[0013] 同時，組分（B)的有機羧酸的金屬鹽（i)具有賦予脫脂性能的功能，可使用一元羧 酸或多羧酸的堿金屬鹽和堿土金屬鹽。可單獨使用一種類型金屬鹽，或者可將2或更多種 類型組合使用。 堿金屬鹽的例子包括包括鈉鹽、鉀鹽和鋰鹽。堿土金屬鹽的例子包括鈣鹽、鋇鹽和鎂 鹽。 在有機羧酸的金屬鹽中，除了羧酸基團之外的烴基團優選含有17個或更少碳原子，更 優選12或更少碳原子每個羧酸基團，從脫脂性能的角度考慮。烴基團的例子包括烷基基 團、鏈烯基基團、芳基基團和芳烷基基團。這些當中，烷基基團和鏈烯基基團是優選的。烷 基基團和鏈烯基基團可以是線型、支化或環狀的。從脫脂性能的角度考慮，堿金屬鹽比堿土 金屬更優選。
[0014] 有機羧酸的金屬鹽的例子包括酸的堿金屬鹽（例如，鈉鹽、鉀鹽或鋰鹽）：脂族一 元羧酸（例如乙酸、丙酸、乳酸、異乳酸、戊酸、異戊酸、新戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己 酸、癸酸、月桂酸、肉豆蘧酸、棕櫚酸、硬脂酸、丙烯酸、甲基丙烯酸、巴豆酸、辛烯酸、癸烯酸 或油酸）的或脂族多羧酸（例如，草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸 二酸、十二烷二酸、十四烷二酸、十六烷二酸、十八烷二酸、7-乙基十六烷二羧酸或丁烷四羧 酸）的；以及它們的堿土金屬鹽（例如，鈣鹽、鋇鹽或鎂鹽）。這些當中，堿金屬鹽是優選的。
[0015] 當采用堿金屬鹽（i)作為組分⑶時，有機羧酸與堿金屬的摩爾比優選介于 0. 5:1 ?1:0. 5。 組分（B)的有機磷酸或有機硼酸酯的金屬鹽（ii)具有賦予脫脂性能的功能。可以使 用磷酸或亞磷酸（膦酸）酯的堿金屬鹽或堿土金屬鹽，原硼酸酯的堿金屬鹽或堿土金屬鹽 以及諸如此類。可單獨使用一種類型金屬鹽，或者使用2或更多種類型的組合。 堿金屬鹽的例子包括鈉鹽、鉀鹽和鋰鹽。堿土金屬鹽的例子包括鈣鹽、鋇鹽和鎂鹽。 構成酯的烴基團的例子包括烷基基團、鏈烯基基團、芳基基團和芳烷基基團，每一種優 選總共具有等于或小于32個碳原子，更優選等于或小于24個碳原子。這些當中，烷基基團 和鏈烯基基團是優選的。該烷基基團和鏈烯基基團可以是線型、支化或環狀的。從脫脂性 能的角度考慮，堿金屬鹽比堿土金屬鹽更優選。
[0016] 磷酸酯的金屬鹽的例子包括：二烷基或二鏈烯基磷酸酯（例如，二甲基磷酸、二乙 基磷酸、二丙基磷酸、二丁基磷酸、二己基磷酸、二辛基磷酸、二癸基磷酸、二月桂基磷酸、二 烯丙基磷酸、二辛烯基磷酸或二癸烯基磷酸）的鈉鹽、鉀鹽或鋰鹽；一烷基或一鏈烯基磷酸 的酯（例如，一甲基磷酸、一乙基磷酸、一丙基磷酸、一丁基磷酸、一己基磷酸、一辛基磷酸、 一癸基磷酸、一月桂基磷酸、一棕櫚基磷酸、一硬脂基磷酸、一烯丙基磷酸、一辛烯基磷酸、 一癸烯基磷酸或一油基磷酸）的一鈉鹽、一鉀鹽或一鋰鹽，例如，一烷基或一鏈烯基磷酸氫 一堿金屬鹽；以及一烷基或一鏈烯基磷酸酯的二鈉鹽、二鉀鹽或二鋰鹽，例如，一烷基或一 鏈烯基磷酸二堿金屬鹽。
[0017] 亞磷酸酯（phosphorusester)的金屬鹽的例子包括：二燒基或二鏈烯基亞磷酸酯 (例如，二甲基亞磷酸、二乙基亞磷酸、二丙基亞磷酸、二丁基亞磷酸、二己基亞磷酸、二辛基 亞磷酸、二癸基亞磷酸、二月桂基亞磷酸、二烯丙基亞磷酸、二辛烯基亞磷酸或二癸烯基亞 磷酸）的鈉鹽、鉀鹽或鋰鹽；一烷基或一鏈烯基亞磷酸酯（例如，一甲基亞磷酸、一乙基亞磷 酸、一丙基亞磷酸、一丁基亞磷酸、一己基亞磷酸、一辛基亞磷酸、一癸基亞磷酸、一月桂基 亞磷酸、一棕櫚基亞磷酸、一硬脂基亞磷酸、一烯丙基亞磷酸、一辛烯基亞磷酸、一癸烯基亞 磷酸或一油基亞磷酸）的一鈉鹽、一鉀鹽或一鋰鹽，例如，一烷基或一鏈烯基亞磷酸氫一堿 金屬鹽；以及一烷基或一鏈烯基亞磷酸酯的二鈉鹽、二鉀鹽或二鋰鹽，例如，一烷基或一鏈 烯基亞磷酸（酯）的二堿金屬鹽。
[0018] 原硼酸酯的金屬鹽的例子包括：二烷基或二鏈烯基原硼酸酯的各種堿金屬鹽；以 及一烷基或一鏈烯基原硼酸酯的各種二堿金屬鹽或一堿金屬鹽。 當堿金屬鹽（ii)被用作組分（B)時，磷酸酯、亞磷酸酯或原硼酸酯（酸）與堿金屬之 間的摩爾比優選介于0.5:1?1:0. 5。 就本發明組合物而言，堿金屬鹽（i)或堿金屬鹽（ii)可獨立地或以各組分間的恰當組 合的形式使用。組分（A)與組分（B)含量的比值優選介于10:90?95:5,更優選15:85? 95:5,按質量比計，從潤滑性能（加工性）、脫脂性能等角度考慮。
[0019] 作為組分（C)的含氮化合物具有賦予耐腐蝕性能的功能，可使用苯并三唑、噻二 唑、胺、酰胺等。可單獨使用一種類型化合物或者以其2或更多種的組合使用。 苯并三唑的例子包括苯并三唑、N-二烷基氨甲基-1，2, 3-苯并三唑和N-甲基苯并三 唑。噻二唑的例子包括：2, 5-雙（正壬基二硫代）-1，3, 4-噻二唑；和2, 5-雙（1，1，3, 3-四 甲基丁基二硫代）-1，3, 4-噻二唑。
[0020] 胺的例子包括伯、仲或叔烷基胺或鏈烯基胺和環烷基胺。其具體的例子包括丁基 胺、二丁基胺、三丁基胺、己基胺、二己基胺、三己基胺、環己基胺、二環己基胺、三環己基胺、 辛基胺、二辛基胺、二辛基胺、癸基胺、二癸基胺、二癸基胺、月桂基胺、二月桂基胺、二月桂 基胺、棕櫚基胺、二棕櫚基胺、三棕櫚基胺、硬脂基胺、二硬脂基胺、三硬脂基胺、油基胺、二 油基胺和三油基胺。 酰胺的例子包括二辛基酰胺和N-油基肌氨酸。酰亞胺的例子包括聚丁烯基琥珀酰亞 胺。這些當中，苯并三唑和胺是優選的，而苯并三唑和二辛基胺是特別優選的。 組分（C)的含量優選介于0. 1?10wt %，更優選0. 5?5wt %，相對于該組合物的總量 而言，從耐腐蝕性和效率考慮。
[0021] 本發明組合物可隨意地含有，作為組分（D)，金屬加工用、傳統水基潤滑劑組合物 通常使用的各種添加劑，例如，根據要求，腐蝕抑制劑、抗氧化劑、殺蟲劑和消泡劑。 本發明組合物的pH值優選在3?12的范圍內，更優選在6?10,從加工性、脫脂性能 等觀點考慮。水含量優選介于10?50wt %，更優選在15?40wt %范圍內，相對于組合物 的總量而言。調節到以上范圍內的水含量能形成在潤滑表面上恰當的潤滑膜，提供有利的 潤滑性能和有利的操作性。 本發明潤滑劑組合物可用于塑性加工領域，例如，溫壓加工、冷壓加工、鍛造加工、壓 延、熨平、彎曲、元件軋制或研光。待加工材料可采用各種金屬或其合金，例如，鋼、不銹鋼、 鎂合金、錯、錯合金、鈦、鈦合金和銅。
[0022] 本發明潤滑劑組合物優選用于，尤其是非鐵金屬材料，例如，鎂合金、鋁、鋁合金、 鈦、鈦合金或銅的溫壓加工。 本發明提供一種生產溫壓加工金屬材料的方法，包括將本發明潤滑劑組合物施加到待 加工的金屬材料表面上；通過熱處理蒸發掉水；以及對待加工金屬材料實施壓制處理。 在上面提到的方法中，被施加到金屬材料表面上去的潤滑劑組合物中的水可在加熱的 壓制模具中蒸發，然后就地對待加工金屬材料實施壓制處理。 實施例
[0023] 下面，將結合實施例更詳細地描述本發明，但本發明從任何意義上都不限于這些 實施例。 潤滑劑組合物的性能通過下面所描述的程序進行評估。 (1) 潤滑性 (a) 深度壓延性試驗 深度壓延性試驗，采用厚1mm的鎂合金片材在沖壓速率l〇mm/s、沖壓直徑32mm、模具直 徑34. 4mm和溫度250°C的條件下進行，用肉眼觀察缺陷和裂紋。 (b) Bowden 試驗 Bowden試驗采用鎂合金片材在SUJ2鋼球（3/16英寸（4. 8mm))、49N的載荷、20mm/s的 速率、50mm的套筒距離和200°C的溫度條件下進行，以確定摩擦系數。 (2) 脫脂性能 樣品施涂到鎂合金片材（80mmx60mm)上，整個組件在200°C下干燥5min。然后，獲得的 組件用水洗滌lOmin，并確定脫脂部分的面積百分率。 (3) 加工環境 AA代表沒有造成潤滑劑組合物的操作性能問題或將機器周邊的沾污的情況。CC代表 造成這方面問題的情況。 (4) 耐腐蝕試驗 樣品被潤滑到鎂合金片材上，然后實施暴露試驗以評估1個月后在片材表面是否存在 腐蝕。
[0024] 實施例1?11，和對比例1?3 制備其組成載于表1和2的每種潤滑劑組合物以便用于評估性能。表1和2顯示結果。

【權利要求】
1. 一種金屬加工用水基潤滑劑組合物，它用于非鐵金屬材料的溫壓加工，并且包含固 體潤滑劑作為組分（A)、金屬鹽作為組分（B)，以及10?50wt%的水，其中所述金屬鹽是 有機羧酸的金屬鹽（i)，或者有機羧酸的金屬鹽（i)和有機磷酸酯或有機硼酸酯的金屬鹽 (ii)，上述有機羧酸為選自草酸、丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、癸二酸、 十二烷二酸、十四烷二酸、十六烷二酸、十八烷二酸、7-乙基十六烷二羧酸和丁烷四羧酸中 的脂族多羧酸，并且所述非鐵金屬材料是鎂合金。
2. 權利要求1的金屬加工用水基潤滑劑組合物，還包括含氮化合物作為組分（C)。
3. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中作為組分（A)的固體潤滑劑 由至少一種粉末組成，所述粉末選自聚四氟乙烯、碳酸鈣、氧化鋅、二硫化鑰和石墨這一組。
4. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（B)的有機羧酸金屬鹽 (i)由至少一種金屬鹽組成，其選自多羧酸的堿金屬鹽和堿土金屬鹽。
5. 權利要求4的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（B)的有機羧酸金屬鹽（i) 是多羧酸的堿金屬鹽，有機羧酸和堿金屬的摩爾比在〇. 5 :1?1:0. 5的范圍。
6. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（B)的有機羧酸金屬鹽 (i)的除羧基之外的烴基是支化的烷基或鏈烯基。
7. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分（B)的有機磷酸酯或有 機硼酸酯的金屬鹽（ii)由至少一種金屬鹽組成，其選自磷酸或亞磷酸的堿金屬鹽和堿土 金屬鹽，以及原硼酸的堿金屬鹽和堿土金屬鹽。
8. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中作為組分（C)的含氮化合物 包含至少一種選自苯并三唑、噻二唑、胺、酰胺和酰亞胺的化合物。
9. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中作為組分（C)的含量為0. 1? 10wt %。
10. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，還包含至少一種添加劑作為組分 (D)，其選自腐蝕抑制劑、抗氧化劑、殺蟲劑和消泡劑。
11. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其中組分㈧與組分⑶的含量 之比是10:90?95:5,按質量比。
12. 權利要求1或2的金屬加工用水基潤滑劑組合物，它具有介于3?12之間的pH 值。
13. 權利要求1的金屬加工用水基潤滑劑組合物，其包含組分（A)固體潤滑劑、組分 (B)有機羧酸金屬鹽（i)，以及水。
14. 一種生產溫壓加工的金屬材料的方法，包括將權利要求1?13中任何一項的潤滑 劑組合物施加到待加工金屬材料表面上；通過熱處理蒸發掉水；以及對要加工的金屬材料 進行壓制處理。
15. 權利要求11的生產溫壓加工的金屬材料的方法，其中施加到待加工金屬材料表面 上的潤滑劑組合物中的水在加熱的壓制模具上蒸發；并就地對要加工的金屬材料進行壓制 處理。
16. 權利要求14或15的生產溫壓加工的金屬材料的方法，所述溫壓加工的加工溫度介 于100°C?300°C的溫度范圍。
【文檔編號】C10N40/20GK104194906SQ201410437665
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2005年3月29日 優先權日:2004年3月31日
【發明者】金子正人, 金森英夫, 木村琢磨 申請人:出光興產株式會社