保护涂膜处理剂,具有保护涂膜的金属材料和保护涂膜的形成方法技术

一种在水中配合了式Ｍ↓［２］Ｏ.ｎＳｉＯ↓［２］（式中，ｎ表示２～９的数，Ｍ为Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ和ＮＲ↓［４］（式中各Ｒ独立地表示氢原子或烷基）中的至少１种）表示的硅酸碱的保护涂膜处理剂。通过在该保护涂膜处理剂中配合润滑成分，可赋予涂膜优异的自润滑性能。本发明专利技术的保护涂膜处理剂附着在金属材料表面上后，用干燥的简便方法便可形成具有与化学转化法一样或更佳的优异耐烧结性、优异防锈性的涂膜。本发明专利技术进一步涉及具有用该保护涂膜处理剂形成的保护涂膜的金属材料，和采用该保护涂膜处理剂的保护涂膜形成方法。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
,具有保护涂膜的金属材料和保护涂膜的形成方法
本专利技术涉及，具有保护涂膜的金属材料和保护涂膜的形成方法。更详细地，本专利技术涉及在需要冷塑性加工的金属材料表面上形成加工性、耐烧结性、进一步对加工热的耐热性、防锈性优异的保护涂膜用的处理剂，具有保护涂膜的金属材料和保护涂膜的形成方法，通过在涂膜表面涂布润滑成分，或者使涂膜中含有润滑成分，可获得加工所需的润滑性。
技术介绍
在以锻造、拉丝、管的拉伸加工等为代表的金属材料冷塑性加工中，为防止被加工材料和工具烧结在一起，在被加工材料的表面上形成保护涂膜。该保护涂膜起到的主要功能为避免被加工材料和工具之间发生直接的金属接触，其中金属材料表面和保护涂膜之间牢固的密合性，以及塑性加工时对表面积扩大的追随性特别重要。而且，通过在保护涂膜上涂布润滑成分或者使保护涂膜含有润滑成分，可降低与工具表面的摩擦系数，缓和对涂膜层本身的负载和加工热的产生等，由此来降低加工能量。作为形成这种保护涂膜的现有技术，迄今已作了各种研究，主要采用的方法有直接形成以油膜、皂膜、金属皂膜、蜡膜等为主要润滑成分的涂膜，或者在金属表面上形成磷酸盐或草酸盐涂膜层等的反应性化学转化涂层，然后形成润滑剂成分涂膜的方法。作为前者，通过在被加工材料表面上单独地涂布润滑成分或者根据需要将润滑成分与粘合剂成分一起涂布在被加工材料表面上，并进行干燥得到涂膜，因此存在处理工序少、液体管理简便的优点。但是由于在该方法中涂膜与被加工材料表面之间的密合性不足，特别在强加工领域中保护涂膜对材料表面面积扩大的追随性不佳，产生极薄的薄膜部或膜断裂部，经常产生不能确保保护涂膜功能的情况。另一方面，后者对被加工材料表面形成致密的反应性化学转化涂层，故该涂层与材料表面有牢固的密合性，即使对于强加工时表面积扩大的情形，也显示出足够的追随性。而且通过金属与化学转化涂层的表层部发生反应形成金属皂层，该金属皂层的表面粗度确保了与作为最上层润滑成分的钠皂层的密合性和保持性，因此也实现了大幅度降低加工能量的效果。但是由于化学转化处理涂层是由化学反应形成的，需要复杂的处理液管理或者多步工序，而且还包含废水处理和设备投资，需要较大成本。此外由于产生较多化学污泥等的工业废弃物，因此对地球环境的负荷也较大。而且，由于化学反应性根据对象材料有较大不同，其缺陷是特别对于缺乏化学反应性而难以化学转化的材料难以适用该方法。为解决该问题，研究人员努力地将根据前者方法形成的保护涂膜的性能提高到与化学转化处理一样的程度。作为该努力的结果，已提出了使用油性润滑剂或水性润滑剂的方法。作为油性润滑剂，在特公平4-1798号公报中公开了“向氯化石蜡、磷酸酯等的极压添加剂、异丁烯·正丁烯共聚物与动植物油等配合而成的润滑油中配合金属皂和固体润滑剂而形成的冷加工用润滑剂”。但是，尽管这些是高性能润滑剂，但与化学转化涂层处理后进行反应皂润滑处理的润滑法相比加工性稍难，而且由于使用了耐高压添加剂，其缺陷是在加工时产生臭气，在需要清洁的加工操作场所等的职场环境中，其成为产生油性污染物的原因。此外，作为最近的水性润滑剂技术，已经公开了一种这样的金属材料塑性加工用润滑剂组合物，其中以特定比例含有合成树脂和水溶性无机盐(特开2000-63880)。其中通过在被加工材料表面均匀地沉积合成树脂和水溶性无机盐而形成涂膜，由此可避免与工具发生直接的金属接触，并且通过在涂膜中以任意比例含有润滑成分等，可获得与在磷酸盐涂膜上形成润滑成分层时一样的或更高的性能。但是，由于这些涂膜单一而且同时承担着耐烧结性和润滑性两种功能，因此在实用时，由于通常需要保护加工前和加工后材料表面不被腐蚀的阻挡层效果，特别在加工后材料的残存膜量极少，因此与磷酸盐涂膜与润滑成分层的组合相比较，其现状是防锈性能大幅度变劣。专利技术的公开本专利技术是用于解决上述现有技术中存在的问题的专利技术。即，本专利技术的目的是提供一种这样的，其为水性，同时可大幅度减少复杂的处理液管理和减少由工序多、废水处理和工业废弃物等造成的负荷，并且通过采用浸渍法或喷涂法等使其附着后，用干燥的简便方法便可以获得具有与化学转化处理方法一样或更好的优异耐烧结性、优异防锈性的涂膜，此外通过在该保护涂膜上涂布润滑成分或者使润滑成分包含在涂膜中，可使所得的涂膜具有优异的自润滑性能，另外，本专利技术还提供具有保护涂膜的金属材料和保护涂膜的形成方法。本专利技术者等为解决上述问题进行了专门研究，结果发现通过在金属材料上涂布在水中配合特定硅酸碱(ケイ酸アルカリ)而形成的，并使其干燥的简便方法，可获得具有与化学转化处理方法一样或更加优异的耐烧结性、优异的防锈性的涂膜。而且还发现通过在该保护涂膜上涂布润滑成分，或者使润滑成分包含在涂膜中，可使所得的涂膜具有优异的自润滑性能，由此完成本专利技术。即，本专利技术涉及在水中配合式M2O·nSiO2(式中，n表示2～9的数，M为Na、K、Li和NR4(式中各R独立地表示氢原子或烷基)中的至少1种)表示的硅酸碱而形成的。由该处理剂得到的涂膜作为由油、皂、金属皂、蜡等形成的现有润滑膜的基底，显示出优异的耐烧结性和优异的防锈性。此外，为形成具有自润滑性的保护涂膜，进一步配合从油、皂、金属皂、蜡和聚四氟乙烯中选出的至少1种润滑成分，并以硅酸碱和润滑成分的总质量为基准配合1～90质量％(此时硅酸碱的配合量为10～99质量％)。此外，本专利技术还涉及一种具有保护涂膜的金属材料，其特征为形成由上述构成的保护涂膜。通过在金属材料上涂布上述并使其干燥而获得该具有保护涂膜的金属材料时，优选保护涂膜附着质量为0.3～50g/m2。本专利技术进一步涉及保护涂膜的形成方法，其特征为在金属材料表面上涂布上述。实施专利技术的最佳形式用于本专利技术的由上述式表示的硅酸碱为本专利技术处理剂中必须的涂膜成分，通过在金属表面上形成牢固的连续涂膜，表现这样的功能可避免被加工材料与工具之间发生直接的金属接触，使以润滑成分为主的其它配合成分保持在涂膜中等，同时还使赋予优异的防锈性。而且由于由硅酸碱构成的涂膜的熔融点大大高于冷塑性加工时材料的到达温度，因此以此作基底的润滑涂层不容易受到加工热的影响，可稳定地显示出上述功能。在用上述式表示的硅酸碱中，优选R为氢原子或碳原子数为1～4的烷基，更优选氢原子、或者甲基或乙基。在本专利技术中使用的硅酸碱通常以二氧化硅和碱金属氧化物构成的水溶液形式使用。这些硅酸碱可稳定地存在于溶液中这一事实，考虑是由于水和M+阻碍了带有OH的硅酸离子的缩合引起的，M2O越多，越容易溶解在水中，从而形成稳定的水溶液。但在本专利技术中，为了由硅酸碱形成玻璃状涂膜，需要使SiO2/M2O的摩尔比在2～9的范围内。当该值小于2时，不能获得足够强度的保护涂膜，而大于9时，水溶液的稳定性极端变差，因此难以制作水性。此外，上述SiO2/M2O的摩尔比不限于整数，只要在2～9的范围内，也可以是包括小数点以下的数字的数值。作为本专利技术中所用硅酸碱的具体实例可举出SiO2/M2O的摩尔比为2～4的硅酸钠和硅酸钾、SiO2/M2O的摩尔比为3.5～8.5的硅酸锂、SiO2/M2O的摩尔比为3～9的硅酸铵等，考虑到水溶液的稳定性、造膜性等，特别优选硅酸钠和硅酸钾，更加优选SiO2/M2O的摩尔比为2～4。本专利技术中所用的硅酸碱只要其作为整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种保护涂膜处理剂，其中在水中配合式Ｍ↓［２］Ｏ.ｎＳｉＯ↓［２］表示的硅酸碱，　　　　式中，ｎ表示２～９的数，Ｍ为Ｎａ、Ｋ、Ｌｉ和ＮＲ↓［４］中的至少１种，其中各Ｒ独立地表示氢原子或烷基。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小见山忍，对木雄吾，濑尾亮弘，
申请(专利权)人：日本帕卡濑精株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]