塑性加工用金属材
【課題】皮膜中にリンを含有しなくても、潤滑性、耐焼き付き性、耐食性に優れており、且つ、塑性加工の各工程などに適応可能な適切な摩擦係数を有する塑性加工用金属材を提供する。
【解決手段】潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材であり、潤滑皮膜は、下記Ａ〜Ｄの成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で以下の範囲で含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、バウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲を満足している。
（潤滑皮膜）
Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％、
Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％、
Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％、
Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と
Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
【解決手段】潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材であり、潤滑皮膜は、下記Ａ〜Ｄの成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で以下の範囲で含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、バウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲を満足している。
（潤滑皮膜）
Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％、
Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％、
Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％、
Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と
Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材および当該塑性加工用金属材の摩擦係数制御方法に関するものである。本発明の塑性加工用金属材は、例えば、引き抜き、プレス、鍛造、圧造などの塑性加工によって得られる機械部品（ボルト、ナット、ねじなどの締結部品や、更には、ばね、軸受けなどを含む機械部品）、スチールコード、ビードワイヤー、ＰＣ（prestressed concrete）鋼線などの伸線加工品などの金属加工品を製造するのに好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
塑性加工用金属材は、用途に応じて、引き抜き、伸線、圧造、鍛造などの様々な塑性加工が施されるが、その際、加工工具（ダイス、プラグ、パンチなど）と被加工材（金属材）との間に高い圧力が加わり、相互間に滑りを伴って焼き付きが発生しやすくなる。そこで、被加工材表面の摩擦を軽減し、焼き付きを防止するため、金属材の表面には、通常、潤滑皮膜が形成されている。
【０００３】
潤滑皮膜として、代表的には、リン酸塩皮膜と石けん層とからなる複合皮膜（以下、「化成処理皮膜」と呼ぶ場合がある。）が挙げられる。この化成処理皮膜は、金属材にリン酸塩処理を行ってリン酸塩皮膜を形成した後、反応型石けん潤滑処理を行い、石けんの主成分であるステアリン酸ナトリウムとリン酸塩皮膜とを反応させ、密着性の良いステアリン酸亜鉛（金属石けん）とステアリン酸ナトリウム（湯浴石けん）とからなる石けん層を形成するなどして得られる。上記化成処理皮膜は、潤滑性および耐焼き付き性に優れており、耐錆性も良好なため、当該化成処理皮膜を備えた金属材は、例えば、冷間鍛造加工のような過酷な加工に好適に用いられる。
【０００４】
しかしながら、上記の金属材を用い、冷間伸線加工後に熱処理してボルトなどの最終製品を作製すると、熱処理の際、金属材中にリンが拡散（浸リン）し、遅れ破壊が発生するという問題がある。また、リン酸塩皮膜の形成には、煩雑な処理液の管理と多くの工程とを必要とするほか、処理液と被処理材（金属材）との化学反応によって大量のスラッジが発生し、その処理に多大な労力と費用とを要する。
【０００５】
そこで、リン酸塩皮膜を介在させることなしに、耐焼き付き性及び潤滑性に優れた潤滑皮膜を形成する方法が提案されている（例えば特許文献１〜４）。
【０００６】
特許文献１には、所定の水溶性無機塩（硫酸塩、硼酸塩など）と、固体潤滑剤［脂肪酸と金属との塩（金属石けん）、カルシウム化合物など］と、油成分と、界面活性剤と、水とからなり、固体潤滑剤および油成分が均一に分散および乳化した金属材の冷間塑性加工用水系潤滑剤が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、固体潤滑剤（例えば、メラミンとシアヌル酸の付加物など）および水溶性熱可塑性樹脂を含む潤滑剤組成物が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、珪酸塩と、ポリカルボン酸塩（例えば、カルボン酸基を有する重合性モノマーの重合体とアルカリ成分との塩）と、水親和性ポリマー及び／又は水親和性有機ラメラ構造体と、モリブデン酸塩及び／又はタングステン酸塩とを含有する皮膜形成剤が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、下地処理として、ステアリン酸塩ナトリウムと酸化カルシウムとを添加して得られる水溶液を被伸線材の表面に塗付した後、所定のステアリン酸塩などの金属石けんと、フッ素系樹脂及び／又は二硫化モリブデンを含有し、残部が水酸化カルシウムである粉末状の潤滑剤を用いて伸線法によって潤滑皮膜を形成する方法が記載されている。
【００１０】
また、特許文献５および特許文献６には、水溶性金属塑性加工用の油剤について記載されている。このうち、特許文献５には、黒鉛などの従来油剤よりも作業環境などを改善し得る油剤として、例えば、ポリマレイン化イソブチレンを部分エステル化し、アンモニアで部分アミン塩とした高分子化合物が開示されている。また、特許文献６には、動植物油脂などの基油中に、特定のカチオン性乳化剤、ノニオン性高分子化合物、及び高級脂肪酸アルコールを含む冷間圧延油組成物が開示されており、これにより、圧延潤滑性や乳化安定性が高められる旨記載されている。
【特許文献１】特開平１０−８０８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３６８７６号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３５９３号公報
【特許文献４】特開２００３−４９１８８号公報
【特許文献５】特開平１０−４６１８４号公報
【特許文献６】特開平１１−６１１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、塑性加工用金属材には、上述した耐焼き付き性や潤滑性のほかに、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の最終製品の用途などに適応可能な適切な摩擦係数を有していることも要求される。前述したように、塑性加工時の焼き付き防止という観点からすれば、塑性加工用金属材の摩擦係数はできるだけ小さい方が好ましい。しかし、摩擦係数が小さくなり過ぎると滑りが大きくなって、例えば、伸線加工などの塑性加工時や、圧造や鍛造加工などの高温での塑性加工時に悪影響を及ぼすようになるほか、塑性加工後の金属加工品の製品特性なども低下する。具体的には、伸線加工時における伸線機のドラムでのスリップやドラムからの脱落、結束材の荷崩れなど；圧造や鍛造加工時における金属材の金型への食い込みや、それに伴う噛み込みの発生などが挙げられる。また、金属加工品における問題点としては、ボルトやナットなどの締結部品では充分な締め付けが得られず、締結性が低下するなどの弊害；摺動部品などでは所望とする摺動特性が得られないなどの問題が挙げられる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、皮膜中にリンを含有しなくても、耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れており、且つ、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の最終製品の用途などに適応可能な適切な摩擦係数を有する塑性加工用金属材を提供することにある。詳細には、本発明の目的は、皮膜中にリンを含有しなくても、耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性などの皮膜特性に優れているだけでなく、常温および高温での摩擦係数が適切に制御されており、常温下での塑性加工性や、塑性加工後の金属加工品の製品特性なども良好な塑性加工用金属材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決することのできた本発明に係る耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れた塑性加工用金属材は、潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材であり、前記潤滑皮膜は、下記Ａ〜Ｄの成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で以下の範囲で含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、以下の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲内であるところに要旨を有している。
（潤滑皮膜）
Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％、
Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％、
Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％、
Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と
Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
（試験条件）
試験片の形状：０．８ｍｍ×８０ｍｍ×１００ｍｍ
錘の荷重：３ｋｇｆ
滑り速度：３．６６ｍｍ／ｓｅｃ
鋼球 ：ＳＵＪ−２、直径φ３／１６インチ
摺動長さ：５０ｍｍ
【００１４】
本発明には、上記の塑性加工用金属材を塑性加工して得られる締結部品などの金属加工品も包含される。
【００１５】
更に、本発明には、上記塑性加工用金属材の摩擦係数を制御する方法も包含される。具体的には、潤滑皮膜中のＡ成分の種類や比率を適切に制御することによって当該塑性加工用金属材の摩擦係数を調整することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の塑性加工用金属材は、耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れているだけでなく、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の金属加工品の用途などに適応可能な摩擦係数を有している。そのため、上記の塑性加工用金属材を用いれば、常温および高温での塑性加工を良好に行うことができ、金属加工品に塑性加工したときの製品特性が阻害されることもない。また、塑性加工用金属材の組成を制御することによって塑性加工用金属材の摩擦係数を調整することもできる。更に、上記の塑性加工用金属材は、皮膜中にリンを含有していないため、浸リンによる遅れ破壊の発生もない点で非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
はじめに、本発明に到達した経緯を説明する。
【００１８】
まず、本発明者は、化成処理皮膜と同等またはそれ以上の潤滑性および耐焼き付き性を有し、耐食性にも優れた非リン系潤滑皮膜を備えた塑性加工用金属材を提供するため、特に、金属材と潤滑皮膜との密着性向上という観点から、鋭意検討してきた。その結果、水溶性無機塩（Ａ成分）、有機金属塩（Ｂ成分）、およびアルカリ土類金属塩（Ｃ成分）に、固体の分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物（Ｄ成分）を含有し、且つ、これらの比率が適切に制御された塑性加工用水溶性潤滑剤を用いて潤滑皮膜を形成すれば、所期の目的が達成されることを見出し、先に出願を行なった（特願２００６−２９４５０７）。
【００１９】
上記の出願後も、本発明者は、特に、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の金属加工品の用途などに適応可能な摩擦係数を有する塑性加工用金属材を提供するという観点から、検討を行なった。その結果、先の出願で開示した塑性加工用金属材は、塑性加工時の焼き付きを充分防止できる程度に摩擦係数が低減されているだけでなく、伸線加工や圧造、鍛造加工などの塑性加工を良好に行うことができる程度の摩擦係数、更には最終製品の特性を損なわない程度の摩擦係数を有していることが判明した。しかも、水溶性無機塩（Ａ成分）の種類や含有量を制御すると塑性加工用金属材の摩擦係数を調節可能であることも判明した。すなわち、先の出願で開示した水溶性潤滑剤は、いわば、塑性加工用金属材の摩擦調整剤としての作用も有していることを見出し、本発明を完成した。
【００２０】
本発明の塑性加工用金属材は、従来技術との関係で言えば、上記Ａ、Ｂ、Ｃの成分に、上記Ｄの固体分散剤を含む潤滑剤を用いて得られる潤滑皮膜を採用したところに特徴がある。以下に詳しく説明するように、上記Ｄ成分は種々の作用を有しており、主な作用として、潤滑剤を水系溶剤中に分散し得る分散作用のほか、造膜作用、濡れ向上作用なども挙げられる。本発明者の実験によれば、（ア）Ｄ成分による上記作用は、特に、Ａ〜Ｃの成分中に所定量配合させることによって有効に発揮されること、（イ）Ａ〜Ｄの成分を含む潤滑皮膜は、Ａ〜Ｃの成分のみを含みＤ成分を含有しない潤滑皮膜に比べ、金属材との密着性が一層高められるため、潤滑皮膜の耐焼き付き性や潤滑性が一層向上することが明らかになった（後記する実施例を参照）。
【００２１】
なお、本発明を特徴付ける上記Ｄ成分は、前述した特許文献６にも開示されている。しかしながら、特許文献６は、水溶性金属塑性加工用油剤（エマルジョン圧延油）の技術に関するものであり、Ｄ成分をカチオン性乳化剤として使用している点で、皮膜潤滑剤の技術に関し、上記Ｄ成分を固体の分散剤として配合する本発明とは、技術分野およびＤ成分の添加目的（使用形態）が相違している。特許文献６では、主に、ノニオン性乳化剤を用いたときのプレートアウト量（圧延油が被圧延材表面に付着する量）の上昇やエマルジョンの安定性低下を防止する目的で、Ｄ成分を配合しており、上記Ａ〜Ｃの成分中にＤ成分を配合するという本発明の構成要件は開示されていない。勿論、特許文献６には、皮膜潤滑剤の潤滑性や耐焼き付き性などを高める目的で、上記Ａ〜Ｃの成分中にＤ成分を配合するという技術的思想も開示されていない。
【００２２】
また、特許文献５には、オレフィン−マレイン酸系重合体が開示されているが、本発明に用いられるＤ成分については、実質的に開示されていない。さらに、特許文献５には、上記Ａ〜Ｃの成分中にＤ成分を配合するという本願発明の構成要件は開示されていないし、前述した本発明の技術的思想も開示されていない。
【００２３】
以下、本発明に係る塑性加工用金属材を特徴付ける潤滑皮膜の構成成分（Ａ成分〜Ｄ成分）を詳しく説明する。上記の潤滑皮膜は、皮膜の形成に使用した潤滑剤の組成に応じた成分を含有している。本明細書において、「％」は質量％を意味する。
【００２４】
（１）Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％
水溶性無機塩（Ａ成分）は、金属材との密着性に優れた潤滑皮膜を得るための造膜剤（皮膜形成剤）として有用な成分である。本発明に用いられる潤滑皮膜は、造膜剤としてアルカリ土類金属塩（Ｃ成分）を含有しており、上記のＡ成分は、Ｃ成分との関係で言えば、造膜補助剤として位置づけられる。更に、Ａ成分は、金属材との密着性が高いため、Ａ成分の添加により、塑性加工用工具と金属材との間の焼き付きが抑制され、キャリア性及び潤滑性が高められる。また、Ａ成分は、金属材の摩擦係数調整剤としての作用も有しており、後記する実施例３および図４に示すように、Ａ成分の種類や含有量を変化させることによって金属材の摩擦係数を適切に制御することもできる。
【００２５】
本発明に用いられる水溶性無機塩は、塑性加工用潤滑剤のキャリアとして一般に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、硼酸塩、珪酸塩、モリブデン酸塩などが代表的に挙げられる。耐焼き付き性の向上という観点からすれば硼酸塩が好ましく、金属材の摩擦係数低減化という観点からすれば、珪酸塩が好ましい。上記の水溶性無機塩は、単独で使用しても良いし、２種以上を併用してもよい。例えば、硼酸塩と珪酸塩の混合物を用いた場合、珪酸塩の比率を多くしたほうが、摩擦係数の低減作用が大きくなる（後記する実施例を参照）。
【００２６】
上記の硼酸塩において、硼酸には、例えば、オルト硼酸、二硼酸、メタ硼酸、四硼酸、五硼酸、八硼酸などが挙げられる。硼酸塩としては、アルカリ金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩など）、アルカリ土類金属塩（Ｍｇ塩、Ｃａ塩など）などの金属塩のほか、アルカノールアミン塩（モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなど）、アンモニウム塩などの窒素含有塩も包含される。好ましい硼酸塩は、メタ硼酸塩、四硼酸塩などであり、例えば、メタ硼酸ナトリウム、四硼酸ナトリウム（硼砂、ボラックスと呼ばれるＮａ2Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4・８Ｈ2Ｏなど）、四硼酸カリウム、四硼酸アンモニウ
ムなどが代表的に挙げられる。
【００２７】
硼酸塩は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２８】
上記の珪酸塩としては、式ｘＭI2Ｏ・yＳｉＯ2（式中、ｘ、ｙは自然数を示し、ＭIはアルカリ金属を示す）で表される塩の他、珪酸を構成する水素原子の一部又は全部がアルカリ成分に置き換わったものなどが挙げられる。珪酸には、オルト珪酸（Ｈ4ＳｉＯ4）の他、メタ珪酸（Ｈ2ＳｉＯ3）、メタ二珪酸（Ｈ2Ｓｉ2Ｏ5）、メタ三珪酸（Ｈ4Ｓｉ3Ｏ8）、メタ四珪酸（Ｈ6Ｓｉ4Ｏ11）なども含まれる。また、アルカリ成分としては、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋなど）、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａなど）などが挙げられる。好ましいアルカリ成分は、Ｎａ、Ｋ、Ｃａなどである。好ましい珪酸塩として、珪酸アルカリ金属塩（珪酸カリウム、珪酸ナトリウムなど）、メタ珪酸アルカリ金属塩（メタ珪酸ナトリウムなど）、珪酸アルカリ土類金属塩（珪酸カルシウムなど）、水ガラス［例えば、式Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（式中、ｎは２〜４の整数を示す）で表される化合物など］などが挙げられる。
【００２９】
珪酸塩は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
モリブデン酸塩は、防錆剤としても有用である。上記のモリブデン酸塩において、モリブデン酸には、オルトモリブデン酸、メタモリブデン酸、パラモリブデン酸などが含まれる。モリブデン酸塩としては、例えば、アルカリ金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩など）、アルカリ土類金属塩（Ｍｇ塩、Ｃａ塩など）、アミン塩（モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン塩など）などが挙げられる。好ましいモリブデン酸塩は、メタモリブデン酸ナトリウムである。
【００３１】
モリブデン塩は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ａ成分の比率は、１０〜３０％である。Ａ成分の比率が１０％未満の場合、造膜剤としての作用が有効に発揮されず、一方、３０％を超えると摩擦係数が高くなり、加工時の抵抗が大きくなって、逆に皮膜が剥離するようになる。Ａ成分の比率は、１５〜２５％の範囲内であることが好ましく、２０〜２３％の範囲内であることがより好ましい。
【００３３】
（２）Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％
有機金属塩（Ｂ成分）は、潤滑剤として有用な成分であり、これにより、潤滑皮膜の潤滑性が高められる。
【００３４】
本発明に用いられる有機金属塩は、塑性加工用潤滑剤の潤滑剤として一般に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、脂肪酸と金属との塩などが代表的に挙げられる。「脂肪酸」には、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸の両方が含まれる。飽和脂肪酸としては、例えば、酢酸（Ｃ＝２）、プロピオン酸（Ｃ＝３）、酪酸（Ｃ＝４）、吉草酸（Ｃ＝５）などの低級飽和脂肪酸；パルミチン酸（Ｃ＝１６）、ステアリン酸（Ｃ＝１８）、アラキジン酸（Ｃ＝２０）、ペヘン酸（Ｃ＝２２）、リグノセリン酸（Ｃ＝２４）、セロチン酸（Ｃ＝２６）、モンタン酸（Ｃ＝２８）などの炭素数１６以上の高級飽和脂肪酸が挙げられる。また、椰子油脂肪酸も包含される。好ましい飽和脂肪酸は高級飽和脂肪酸であり、パルミチン酸、ステアリン酸がより好ましい。不飽和脂肪酸としては、例えば、炭素数１６以上の高級不飽和脂肪酸が挙げられ、パルミトオレイン酸（Ｃ＝１６）、オレイン酸（Ｃ＝１８）、パクセル酸（Ｃ＝１８）、リノール酸（Ｃ＝１８）、リノレン酸（Ｃ＝１８）、アラキドン酸（Ｃ＝２０）、ネルボン酸（Ｃ＝２２）などが例示される。好ましい不飽和脂肪酸は、アラキドン酸、オレイン酸である。また、脂肪酸と金属との塩における「金属塩」としては、例えば、アルカリ金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩など）、アルカリ土類金属塩（Ｍｇ塩、Ｃａ塩、Ｓｒ塩、Ｂａ塩など）、アルミニウム塩、遷移金属塩（Ｃｕ塩、Ｚｎ塩、Ａｇ塩、Ｔａ塩、Ｎｉ塩、Ｃｏ塩、Ｐｂ塩、Ｍｎ塩など）が挙げられる。これらは、単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても構わない。
【００３５】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ｂ成分の比率は、５〜３０％である。Ｂ成分の比率が５％未満の場合、摩擦係数が高くなると共に撥水性が低下する。一方、Ｂ成分の比率が３０％を超えると、皮膜の密着性が低下する。Ｂ成分の比率は、１０〜２５％の範囲内であることが好ましく、１９〜２２％の範囲内であることがより好ましい。
【００３６】
（３）Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％
アルカリ土類金属塩（Ｃ成分）は、造膜剤および分散剤として有用な成分である。Ｃ成分の添加により、皮膜の造膜性が高められるだけでなく、潤滑性や耐焼き付き性も向上するが、これは、金型やダイスなどの加工工具と金属材（被加工材料）との接触部（金属間接触）が約１５０〜４００℃程度に上昇してもＣ成分は溶解せず、加工工具と金属材との接触を防止する役割を有するためと考えられる。
【００３７】
本発明に用いられるアルカリ土類金属塩は、塑性加工用潤滑剤の潤滑剤および造膜剤として一般に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、水酸化カルシウム、硫酸カルシウムなどのＣａ塩；水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどのＭｇ塩、水酸化バリウムなどのＢａ塩などが挙げられる。好ましいアルカリ土類金属塩はＣａ塩であり、例えば、水酸化カルシウムなどが挙げられる。これらは、単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても構わない。
【００３８】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ｃ成分の比率は、１０〜８４．５％である。Ｃ成分の比率が１０％未満の場合、所定の膜厚を確保することが困難になり、一方、Ｃ成分の比率が８４．５％を超えると皮膜の密着性が低下する。Ｃ成分の比率は、４０〜６０％の範囲内であることが好ましく、４５〜５０％の範囲内であることがより好ましい。
【００３９】
（４）Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
Ｄ成分は、本発明を特徴付ける成分であり、分散剤、造膜剤、濡れ向上剤などとして有用である。
【００４０】
具体的には、Ｄ成分は、主に、水酸化カルシウムなどのＣ成分の分散性を一層高め、金属材との密着性の更なる向上に大きく寄与する成分である。後記する実施例に示すように、Ａ〜Ｄの成分すべてを含有する潤滑皮膜は、Ｄ成分を含有しない潤滑皮膜に比べ、金属材との密着性が一層向上し、耐焼き付き性なども改善される。
【００４１】
本発明において、Ｄ成分に着目した理由は、以下のとおりである。
【００４２】
従来、例えば、硼酸塩などのＡ成分を主成分とする潤滑皮膜では、皮膜の硬度が高いため、金属材の塑性加工時の変形に追随し難く、塑性加工用工具と金属材との間の焼き付きが見られていた。特に、高度の塑性加工が要求される場合、焼き付きが顕著に見られ、問題になっていた。そこで、塑性加工時の変形に追随し易く、耐焼き付き性に優れた成分を探求するため、無機成分、有機成分の両方について検討をした。その結果、無機成分を用いた場合は、塑性加工度が高くなったり皮膜の膜厚が厚くなると亀裂が発生し易くなるのに対し、有機成分を用いた場合は、このような問題がないことから、有機成分に絞って更に検討を行なった。その結果、上記Ｄ成分を用いれば、所期の目的が達成されることを見出し、Ｄ成分を採用することにした。
【００４３】
Ｄ成分は、水系溶剤に溶解すると適度な粘性を有し、熱的に安定なポリマー骨格を有する為、金属材との密着性に極めて優れている。本発明のように、Ｄ成分を固体の潤滑剤として使用すると、前述した特許文献６のようにエマルジョンとして使用した場合に比べ、耐焼き付き性や皮膜密着性などが向上するようになる。
【００４４】
Ｄ成分は、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物であり、例えば、上記の付加物が挙げられる。Ｄ成分の数平均分子量は、１０，０００〜５０，０００程度、炭素数は２２〜５０程度の範囲内であり、好ましい数平均分子量は１２，０００〜３５，０００、好ましい炭素数は２０〜３０程度である。Ｄ成分の数平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法を用い、ポリスチレン換算によって求めたものである。
【００４５】
Ｄ成分を構成するα−オレフィンとしては、炭素数が６〜３５程度の直鎖状または分岐状のものが用いられる。好ましくは、炭素数が８〜２８程度の直鎖状または分岐状のα−オレフィンであり、例えば、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセンなどが挙げられる。
【００４６】
また、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンは、下式（１）で表される化合物であり、式中、ｎは１〜１０の整数、Ｒ1またはＲ2は同一または異なって、炭素数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキルである。好ましくは、ｎは１〜４の整数、Ｒ1またはＲ2は同一または異なって、炭素数１〜３の直鎖状または分岐状のアルキル基である。好ましいＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンは、例えば、ジメチルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノヘキシルアミン、ジエチルアミノプロピルアミンなどである。
【化１】
【００４７】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ｄ成分の比率は、０．５〜３０％である。Ｄ成分の比率が０．５％未満の場合、造膜作用が低下し、所定の膜厚を確保することが困難になり、一方、Ｄ成分の比率が３０％を超えると、摩擦係数が高くなり、加工時の抵抗が大きくなって、逆に皮膜が剥離するようになる。Ｄ成分の比率は、５〜２０％の範囲内であることが好ましく、１５〜１８％の範囲内であることがより好ましい。
【００４８】
Ｄ成分は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合物であるポリマレイン化オレフィンを、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの無極性溶媒中に溶解する。次に、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンを添加し、加熱してアミド化する。その後、ＮａＯＨを滴下して部分ナトリウム塩とし、用いた溶媒を留去する。
【００４９】
本発明に用いられる潤滑皮膜は、有効成分として、基本的に上記Ａ〜Ｄの成分を含有しているが、本発明の作用を損なわない範囲で、潤滑皮膜中に通常含まれる他の成分を含有してもよく、これらも、本発明の範囲内に包含される。
【００５０】
上記潤滑皮膜に含まれ得る他の成分として、使用する潤滑剤に通常添加され得る以下の成分が挙げられる。
【００５１】
（界面活性剤）
界面活性剤は、潤滑皮膜の作製過程で、必要に応じて添加される成分である。後に詳しく説明するように、上記潤滑皮膜は、前述した成分を含有する水溶液中に金属材を浸漬して形成される（浸漬法）が、ステアリン酸塩などのような水に殆ど溶解しない皮膜密着性向上成分を用いる場合は、界面活性剤を添加して分散性（塗布性）を高めることが好ましい。また、界面活性剤は、金属材の表面に吸着して防錆作用も有するため、耐食性も高められる。
【００５２】
潤滑皮膜に含まれる界面活性剤の含有量は、潤滑皮膜を構成する成分や使用する界面活性剤の種類などによっても相違するが、おおむね、０．１〜１％の範囲内であることが好ましい。界面活性剤の含有量が０．１％未満では耐食性および分散性が不足し、一方、１％を超えて添加しても、これらの作用は飽和し、コストが上昇するだけである。
【００５３】
本発明に用いられる界面活性剤としては、陽イオン、陰イオン、非イオンの各種界面活性剤が挙げられる。陽イオン系界面活性剤としては、例えば、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、塩化ベンザルコニウムなどが挙げられ、陰イオン系界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムなどが挙げられ、非イオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノール類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類などが挙げられる。
【００５４】
（固体潤滑剤）
潤滑皮膜の摩擦係数を低減して潤滑性を更に高めるため、潤滑剤は固体潤滑剤を含有してもよい。固体潤滑剤の種類は特に限定されず、例えば、パラフィンワックス、二硫化モリブデン、黒鉛、窒化硼素、雲母、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンなどが挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、２種以上を併用しても良い。潤滑剤中に含まれる固体潤滑剤の量は、おおむね、０．１〜５％の範囲内であることが好ましい。
【００５５】
（防錆剤）
潤滑皮膜中には、耐食性を更に高める目的で、防錆剤を含有してもよい。防錆剤の種類は、特に限定されず、潤滑皮膜に通常含まれるものを用いることができるが、例えば、アルケニルコハク酸アミン塩、バナジン酸塩、ポリアクリル酸、シリカ、ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。潤滑剤中に含まれる防錆剤の量は、おおむね、０．１〜５％の範囲内であることが好ましい。
【００５６】
（硫酸塩）
硫酸塩は、キャリア性及び皮膜強度の向上に寄与し、金属材と加工用工具との焼き付き低減化に有用な成分である。特に、硫酸塩は、変形度の高い塑性加工を行う金属材に皮膜を形成する場合に極めて有用である。硫酸塩としては、例えば、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩などが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。好ましい硫酸塩は、アルカリ金属硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなど）である。潤滑剤中に含まれる硫酸塩の量は、おおむね、５〜１０％の範囲内であることが好ましい。
【００５７】
次に、上記の潤滑皮膜を形成する方法を説明する。
【００５８】
潤滑皮膜は、前述した成分（Ａ〜Ｄの成分、および必要に応じて含まれる他の成分）を含む潤滑剤を用いて形成することができる。具体的には、潤滑皮膜は、上記の成分と水系溶剤との混合液（調製液、処理液などと呼ぶ場合がある。）を金属材と接触させ、必要に応じて乾燥することによって得られる（乾式法）。接触方法は、特に限定されず、塑性加工用潤滑剤を用いて潤滑皮膜を得るのに通常用いられる方法を適宜採用することができる。例えば、上記の混合液に金属材を浸漬して乾燥する方法、金属材に上記混合液を塗布（スプレーによる塗布など）する方法などが挙げられる。
【００５９】
ここで、本発明に用いられる乾式法について説明する。水系潤滑剤を用いて潤滑皮膜を形成する方法は、湿式法と乾式法とに大別される。湿式法は、鉱油や動植物油などを基油とする潤滑剤を用いる場合に適用されるものであり、当該潤滑剤を金属材（加工材料）に直接流しかけて液状皮膜を形成する方法である。この方法は、主に、比較的加工度が低い材料を得る場合に汎用されている。これに対し、乾式法は、潤滑剤中に金属材を浸漬処理などした後、必要に応じて、乾燥工程で水分を蒸発させて固体皮膜を形成する方法である。本発明の方法は、後者の乾式法を採用している点で、前者の湿式法を採用する特許文献６の技術と相違している。
【００６０】
本発明法によれば、付着ムラなどの、乾式法による問題点を回避できる。すなわち、水系潤滑剤を用いる乾式法では、通常、金属材を一度に大量に浸漬処理し、その後強制乾燥することによって皮膜を形成しているが、その場合、金属材の部分的な接触による付着ムラが発生することが多く、引抜き加工時に焼き付きが起こりやすくなるなどの問題があった。本発明によれば、上記Ａ〜Ｃ成分にＤ成分を組合わせた構成からなる潤滑剤を用いているため、金属材との密着性が格段に向上され、前述した付着ムラに起因する焼き付き低下などの問題は解消される。
【００６１】
以下では、乾式法の代表例である浸漬工程を経て潤滑皮膜を形成する方法について詳しく説明する。
【００６２】
まず、前述したＡ〜Ｄ成分、更には、必要に応じて他の成分を水系溶剤と混合した混合液を用意する。
【００６３】
本発明に用いられる水系溶剤としては、水のほか、水と水溶性溶剤との混合物が挙げられる。水溶性溶剤としては、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどのアルコール類；アセトンなどのケトン類；テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類；アセトニトリルなどのニトリル類が例示される。好ましい水系溶剤は、水である。
【００６４】
水系溶剤と混合したときの潤滑剤の濃度は、おおむね、好ましくは５％以上、より好ましくは７％以上、更に好ましくは１０％以上である。潤滑剤の濃度が薄すぎると、皮膜の生成が不均一になる場合がある。一方、潤滑剤の濃度の上限は、潤滑剤が水系溶剤に溶解可能である限り特に限定されないが、おおむね、好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下である。ただし、潤滑剤の濃度が濃すぎると、皮膜の密着性が低下する場合があるため、上記観点を考慮すれば、潤滑剤の濃度は、おおむね、好ましくは５０％以下であり、より好ましくは４５％以下である。
【００６５】
次に、上記の混合液中に金属材を浸漬する。具体的な浸漬条件は、特に限定されないが、おおむね、約３０〜８０℃（より好ましくは４０〜７０℃）の温度で約５秒間以上（より好ましくは１０秒間以上）行うことが好ましい。浸漬温度が上記範囲を下回ると、夏期などの高温環境下で浸漬温度を厳密に管理することが必要となって不便であり、一方、上記範囲を超えると、混合液の蒸発が多くなり、潤滑剤の濃度が変動しやすくなる。また、浸漬時間が上記範囲を下回ると密着性が低下する。なお、浸漬時間の上限は特に限定されないが、約１５分間を超えて浸漬しても密着性改善作用は得られない。
【００６６】
浸漬後、必要に応じて乾燥してもよく、これにより、所望の潤滑皮膜が得られる。
【００６７】
上記では、金属材と、潤滑剤と水系液剤との混合物とを接触させる工程（皮膜形成工程）を詳しく説明したが、当該皮膜形成工程の前工程において、金属材表面を清浄化処理する目的で、清浄化工程を行なってもよい。清浄化処理としては、例えば、脱スケール処理、脱脂処理などが挙げられる。脱スケール処理は、慣用の方法を適用でき、例えば、機械的脱スケール法（ショットブラストなどのブラスト法、ベンディングなど）、化学的脱スケール法（酸洗など）が挙げられる。好ましい脱スケール法は、機械的脱スケール法である。機械的脱スケール法によれば、バッチ処理ではなくインライン処理によって脱スケールできるため、物理的に短時間で皮膜を形成する本発明に適している。
【００６８】
このようにして得られる潤滑皮膜は、使用した潤滑剤の組成に応じた成分を含有している。具体的には、上記Ａ〜Ｄ成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で、Ａ成分：１０〜３０％、Ｂ成分：５〜３０％、Ｃ成分：１０〜８４．５％、Ｄ成分：０．５〜３０％含有している。潤滑剤に含まれる有効成分として、上記Ａ〜Ｄ成分以外の他の成分を含有する場合、潤滑皮膜には、潤滑剤中に含まれる他の成分の濃度に応じたものが含まれるようになる。
【００６９】
潤滑皮膜の付着量は、おおむね、２〜４０ｇ／ｍ2の範囲内であることが好ましい。付着量が２ｇ／ｍ2未満では、連続伸線を多く行なうことが困難であり、一方、付着量が４０ｇ／ｍ2を超えても、潤滑皮膜による上記作用が飽和し、コストの上昇を招くだけで経済的に無駄だからである。潤滑皮膜の付着量は、おおむね、４ｇ／ｍ2以上２０ｇ／ｍ2以下の範囲内であることがより好ましい。
【００７０】
なお、上記の潤滑皮膜は、金属材の上に、下地層を介さずに直接形成しても優れた特性を発揮する（後記する実施例を参照）が、金属材との密着性を更に高め、上記特性を一層改善する目的で、汎用の下地層（シリカ含有層）を介しても良い。
【００７１】
また、上記潤滑皮膜の上には、防錆性などを付与する目的で、シリカなどを含有する他の皮膜が被覆されていてもよい。これらの他の皮膜は、単層で形成されていてもよいし、二層以上が積層されていてもよい。
【００７２】
本発明の金属材は、上記の潤滑皮膜を表面に有しており、塑性加工用（詳細は後述する）に用いられる。
【００７３】
本発明に用いられる金属材の組成は、塑性加工に用いられるものであれば特に限定されない。例えば、鋼材（鉄鋼、ステンレス鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、チタン鋼など）、非鉄金属材（アルミ材、チタン材、銅材など）の種々の金属材が用いられる。好ましい金属材は、鋼材である。
【００７４】
上記金属材の形態は、塑性加工するための金属材である限り特に限定されず、例えば、線材又は棒材、前記線材又は棒材を切断した切断材（ブランク材）、鋼板などの種々の金属材が使用できる。好ましい金属材は、線材、棒材、ブランク材などである。線材又は棒材としては、例えば、ボルト、ナット、ばね、ＰＣ（prestressed concrete）鋼、スチールコード、ビードワイヤーなどを製造するための線材又は棒材が挙げられる。ブランク材としては、前方又は後方押出部品を製造するためのブランク材が挙げられる。
【００７５】
本発明の塑性加工用金属材は、上記の成分を含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、以下の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲（好ましくは、０．０５〜０．１４）を満足している。本発明では、神鋼造機社製のバウデン試験機を用い、摩擦係数を測定している。この値は、従来の代表的な潤滑皮膜である化成処理皮膜を用いたときの摩擦係数とほぼ同じである。このように、本発明によれば、従来とほぼ同程度の摩擦係数が得られるため、摩擦係数の過剰な低減による滑り発生に伴う問題（伸線加工時のドラムからの脱落など、締結部品の締め付け不良など、圧造や鍛造加工時の噛み込みなど）も発生しない。よって、本発明の塑性加工用金属材を用いれば、常温および高温での塑性加工を良好に行うことができると共に、最終製品に加工したときの製品特性も阻害されることがないなどの利点が得られる。
試験片の形状：０．８ｍｍ×８０ｍｍ×１００ｍｍ
錘の荷重 ：３ｋｇｆ
滑り速度 ：３．６６ｍｍ／ｓｅｃ
鋼球 ：ＳＵＪ−２、直径φ３／１６インチ
摺動長さ ：５０ｍｍ
【００７６】
更に、本発明では、上記の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２００℃における摩擦係数が好ましくは０．０１〜０．１５の範囲（好ましくは、０．０２〜０．０８）を満足している。また、後記する実施例に示すように、この試験条件下で摩擦係数が０．１０に増加するまでの往復摺動回数を測定して潤滑皮膜の耐焼き付き性を評価すると、従来の化成処理皮膜よりも優れた耐焼き付き性が得られることも確認された。
【００７７】
ここで、摩擦係数の測定に用いられるバウデン試験について、図１に示すバウデン試験機を参照しながら説明する。
【００７８】
バウデン試験は、耐焼き付き性や摺動性などの評価に用いられる試験であり、試験片の長手方向を摺動方向とし、鋼球により荷重を付与した状態で往復摺動試験を行なったときの摩擦係数を測定して上記特性を評価している。バウデン試験機１０は、図１に示すように、試験片１１を保持し、左右方向に往復してスライドするステージ１２と、ステージ１２上で試験片１１を水平に保持する左右一対のホルダ１３ａ、１３ｂと、試験片１１に荷重を付与するための錘１４と、固定軸に取り付けられた鋼球１５と、を備えている。摩擦係数は、鋼球１５を試験片１１の表面に接触させた状態で、ステージ１２を左右方向に摺動させ、試験片１１に加わる荷重の値を読み取り、この値と錘１４の重量（ここでは３ｋｇ）の比をとって測定する。バウデン試験の詳細は、例えば、養賢堂発行「トライボロジスト」第４５巻第４号第３１３頁（２０００年）に記載されているので、参照することができる。
【００７９】
本発明には、上記の潤滑皮膜を備えた金属材を塑性加工して得られる金属加工品も包含される。上記金属加工品としては、例えば、ボルト、ナット、ねじなどの締結部品、上記締結部品やばね、前方又は後方押出部品などを含む機械部品、ＰＣ鋼線、スチールコード、ビードワイヤーなどの伸線加工品、圧延鋼板などが挙げられる。
【００８０】
本明細書において、「塑性加工」には、引抜又は伸線加工、圧造又は鍛造加工、圧延加工などが含まれる。圧造または鍛造には、例えば、冷間圧造や温間圧造なども包含される。
【００８１】
塑性加工の種類は、金属材の用途に応じて適宜選択することができる。なお、金属材の用途によっては、複数の塑性加工を行う場合がある。例えば、ボルト、ナットなどを製造する場合には、引抜加工した後、圧造を行う。前方又は後方押出部品を製造する場合には、線材又は棒材を引抜加工し、切断した後で、鍛造する。スチールコード、ビードワイヤーなどを製造する場合には、一次伸線、二次伸線などのように複数の段階に分けて伸線加工を行う。複数の塑性加工を行う場合、少なくとも一つの塑性加工の前に、前述した潤滑皮膜形成工程を施してもよいし、あるいは、それぞれの塑性加工の前に前述した潤滑皮膜形成工程を施してもよい。
【００８２】
金属加工品表面の皮膜付着量は、前述した金属材表面の皮膜付着量と同程度であってもよいが、通常、金属材表面の付着量よりも小さく、例えば、好ましくは２ｇ／ｍ2以上４０ｇ／ｍ2以下（より好ましくは３ｇ／ｍ2以上３０ｇ／ｍ2以下、更に好ましくは４ｇ／ｍ2以上２０ｇ／ｍ2以下）である。
【００８３】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００８４】
実施例１
本実施例では、バウデン試験(試験温度２００℃)、およびボール通し試験を行い、潤滑皮膜の耐焼き付き性および皮膜強度を測定した。詳細な実験条件は以下のとおりである。
（供試材の作製）
金属材として、鋼種ＳＣＭ４４０を熱間圧延して得られた熱間圧延線材（直径１０．３ｍｍ）を、７６０℃で球状化焼鈍した後、酸洗（２０％硫酸、７５℃の酸洗液中に１３分間浸漬後、１５％塩酸、３０℃の酸洗液中に１３．５分間浸漬）して脱スケールし、水洗したものを用意した。
【００８５】
一方、皮膜処理液として、表１に示すＮｏ．１〜１０の潤滑剤を水に５倍希釈した混合液を用意した。
【００８６】
表１中、Ａ〜Ｅ成分の詳細は以下のとおりである。
Ａ：メタ硼酸ナトリウム
Ｂ：ステアリン酸亜鉛
Ｃ：水酸化カルシウム
Ｄ１：１−ドデセン／無水マレイン酸共重合体（数平均分子量２８，０００）のジメチルアミノプロピルアミン付加物・部分ナトリウム塩
Ｄ２：１−エイコセン／無水マレイン酸共重合体（数平均分子量１６，０００）のジエチルアミノヘキシルアミン付加物・部分ナトリウム塩
Ｅ１：界面活性剤としてスルホン酸ナトリウム
Ｅ２：防錆剤としてドデセニルコハク酸アミン塩
【００８７】
上記のＤ１成分およびＤ２成分の構造は以下に示すとおりであり、これらは、以下のようにして製造した。
【００８８】
【化２】
【００８９】
【化３】
【００９０】
まず、α−オレフィン（Ｄ１では１−ドデセン、Ｄ２では１−エイコセン）と無水マレイン酸の共重合物であるポリマレイン化オレフィンを、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの無極性溶媒中に溶解した。次に、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンを添加し、約８０〜１３０℃で５時間反応させてアミド化した後、４０％ＮａＯＨ（ＮａＯＨ１モル）を滴下して部分ナトリウム塩とし、溶媒を留去した。
【００９１】
上記の皮膜処理液中に上記の金属材を１０秒間浸漬し、乾燥することによって表２に示す種々の潤滑皮膜を備えたＮｏ．１〜１０の供試材を得た。
【００９２】
更に、参考のため、リン酸亜鉛と石けん層とからなる化成処理皮膜を備えたＮｏ．１１の供試材（直径１０．３ｍｍ）を作製した。具体的には、上記と同様にして得られた金属材を、リン酸亜鉛化成処理剤（日本パーカライジング(株)製「パルボンド４２１Ｘ」）を１５０ｇ／Ｌ含む水溶液（８０℃）中に１０分間浸漬した後、水洗し、リン酸亜鉛皮膜を形成した。次いで、石けん潤滑剤（日本パーカライジング(株)製「パルーブ２３５」）を７０ｇ／Ｌ含む処理液（８０℃）中に５分間浸漬し、石けん処理を行った。
【００９３】
このようにして得られた供試材を用い、前述した方法によって潤滑皮膜の組成および含有量を測定すると共に、下記の試験を行った。
【００９４】
（バウデン試験）
前述した方法に基づき、バウデン試験を行った。ここでは、神鋼造機社製のバウデン試験機を用い、鋼球により荷重を付与した状態で往復摺動試験を行なったとき、摩擦係数μが０．１０に増加するまでの往復摺動回数［ネジレ（歪）］を測定した。摺動回数が多いほど、耐焼き付き性および皮膜密着性に優れていることを意味している。
【００９５】
本実施例では、往復摺動回数ｎが３００以上のものを「耐焼き付き性および皮膜密着性に優れる」と評価した。
【００９６】
（ボール通し試験）
ボール通し試験は、潤滑皮膜の耐焼き付き性および皮膜強度を評価するために行なわれる試験である。前述したバウデン試験も、皮膜の耐焼き付き性を評価している点でボール通し試験と一致するが、バウデン試験は、主に皮膜密着性との関係で耐焼き付き性を評価している点で、主に、皮膜強度との関係で耐焼き付き性を評価するボール通し試験とは、厳密には相違している。本実施例では、耐焼き付き性を評価するため、これら両方の試験を実施しており、いずれの試験結果についても良好なものを、「耐焼き付き性に優れる」と総合評価している。
【００９７】
図２を参照しながら、ボール通し試験の概要を説明する。ここでは、コマツ社製１１０Ｔクランクプレス試験機を用いた。
【００９８】
ボール通し試験は、図２に示すように、ダイ４に設置された供試材３（外径２０ｍｍ）に、供試材３の内径よりも大きい径を有するボール５をパンチ２で貫通させたとき、焼き付きが生じない最大の減面率に基づいて耐焼き付き性を評価するものである。減面率は、表３に示すように、ボールの直径と供試材の内径との組合わせによって変化させている。減面率が大きいほど、耐焼き付き性に優れていることを意味する。減面率は、試験前後における供試材断面積の減少率によって表され、具体的には、下式に基づいて算出される。
減面率（％）＝［（Ａ−Ｂ）／（Ａ）］×１００
Ａ：試験前の供試材の断面積
Ｂ：試験後の供試材の断面積
【００９９】
ここでは、減面率が７％以上のものを「耐焼き付き性および皮膜強度に優れる」と評価した。
【０１００】
これらの結果を表２に併記する。
【０１０１】
また、図３にバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す。詳細には、図３Ａ〜図３Ｋに、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１における摺動回数と摩擦係数の関係を示している。
【０１０２】
【表１】
【０１０３】
【表２】
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
表より、以下のように考察することができる。
【０１０６】
Ｎｏ．１〜６は、本発明の要件を満足する潤滑剤を用いて潤滑皮膜を形成した例であり、バウデン試験およびボール通し試験の結果は、いずれも良好であり、従来例のＮｏ．１１に比べて耐焼き付き性に優れている。
【０１０７】
詳細には、Ｎｏ．１に対し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６は以下の点で相違しているが、いずれも、本発明の要件を満足しているため、所望の特性が発揮されている。
Ｎｏ．２：Ｎｏ．１において、Ｄ成分の種類のみを変えた例
Ｎｏ．３：Ｎｏ．１において、Ｄ成分の量を３／５に低減した例
Ｎｏ．４：Ｎｏ．１において、Ｄ成分の量を１／５に低減した例
Ｎｏ．５：Ｎｏ．１において、Ａ〜Ｄ成分の量を１／２に低減した例
（Ａ〜Ｄ成分の比率は変化せず）
Ｎｏ．６：Ｎｏ．２において、Ａ〜Ｄ成分の量を１／２に低減した例
（Ａ〜Ｄ成分の比率は変化せず）
【０１０８】
これに対し、本発明の要件のいずれかを満足しない下記の例は、以下の不具合を有している。
【０１０９】
Ｎｏ．７は、Ａ〜Ｃ成分のみを含有し本発明を特徴付けるＤ成分を含有しない例であり、Ｄ成分を含有するＮｏ．１に比べ、ボール通し試験の結果は同等である（いずれも、減面率８％）が、バウデン試験の結果は著しく低下した。
【０１１０】
Ｎｏ．８は、Ｄ成分を含有せず、且つ、Ｎｏ．１におけるＡ成分の量を１／２に低減した例であり、Ｎｏ．１に比べ、ボール通し試験の結果は同等である（いずれも、減面率８％）が、バウデン試験の結果は著しく低下した。
【０１１１】
Ｎｏ．９は、Ａ成分およびＤ成分を含有しない例であり、Ａ成分およびＤ成分を含有するＮｏ．１に比べ、ボール通し試験およびバウデン試験の両方の結果が著しく低下した。
【０１１２】
Ｎｏ．１０は、Ａ成分およびＤ成分を含有せず、且つ、Ｎｏ．１のＢ、Ｃ、Ｅ１、およびＥ２の各成分の量を１．５倍に増量して皮膜付着量をＮｏ．１とほぼ同量にした（Ｎｏ．１０は７．１ｇ／ｍ２、Ｎｏ．１は８．２ｇ／ｍ２）例であり、Ｎｏ．１に比べ、ボール通し試験およびバウデン試験の両方の結果が著しく低下した。
【０１１３】
これらの結果より、耐焼き付き性に優れ、皮膜密着性および強度も高められた潤滑皮膜を得るためには、Ａ〜Ｄ成分を含み、これらの比率が本発明で規定する範囲内に制御された潤滑剤の使用が重要であることが確認された。
【０１１４】
なお、本発明による優れた効果は、上記のように潤滑剤を構成する成分を適切に制御したことに起因するものであって、潤滑皮膜の付着量に基づくものではないことを、念のため考察する。
【０１１５】
例えば、Ｎｏ．１（Ａ〜Ｄ成分を含有）とＮｏ．１０（Ｂ、Ｃ成分のみ、Ａ、Ｄ成分なし）を対比すると、両者の皮膜付着量は、おおむね、８．２ｇ／ｍ２（Ｎｏ．１）および７．１ｇ／ｍ２（Ｎｏ．１０）と同程度であり、Ｂ成分／Ｃ成分の比率も同じにした例であるが、前述したように、Ｎｏ．１に比べ、Ｎｏ．１０の皮膜特性は著しく低下している。
【０１１６】
同様に、Ｎｏ．５（Ａ〜Ｄ成分を含有）とＮｏ．９（Ｂ、Ｃ成分のみ、Ａ、Ｄ成分なし）を対比すると、両者の皮膜付着量は、おおむね、２．８ｇ／ｍ２（Ｎｏ．５）および３．１ｇ／ｍ２（Ｎｏ．９）と同程度であり、Ｂ成分／Ｃ成分の比率も同じにした例であるが、Ｎｏ．５に比べ、Ｎｏ．９の皮膜特性は著しく低下している。
【０１１７】
上記より、本発明による優れた効果は、上記のように潤滑剤を構成する成分を適切に制御したことに基づくことが実証された。
【０１１８】
実施例２
本実施例では、前述した表２のＮｏ．１（本発明例）、Ｎｏ．１０（比較例）およびＮｏ．１１（従来例）を用い、以下のようにして、順次伸線加工を行った後の潤滑性および耐食性を評価した。
【０１１９】
実施例１の方法によって得られた供試材（φ１０．３ｍｍ）を用い、φ９．５ｍｍ（１パス）→φ８．３ｍｍ（２パス）→φ７．４５ｍｍ（３パス）→φ６．３ｍｍ（４パス）→φ５．６ｍｍ（５パス）→φ４．９ｍｍ（６パス）→φ４．２ｍｍ（７パス）→φ３．６ｍｍ（８パス）→φ３．２ｍｍ（９パス）→φ２．８ｍｍ（１０パス）→φ２．５ｍｍ（１１パス）→φ２．２ｍｍ（１２パス）→φ１．９６ｍｍ（１３パス）の順に、繰り返し伸線を行なった。詳細には、単釜伸線機を用い、伸線速度を５０ｍ／ｍｉｎに調整して行なった。
【０１２０】
（潤滑性の評価）
上記のように伸線を行なったときの各伸線材の伸線荷重（引き抜き荷重）をそれぞれ測定すると共に、表面状態（表面肌）を観察した。具体的には、表４に示す減面率で繰り返し試験を行い、ロードセルによる荷重測定によって伸線荷重を測定した。なお、伸線は、表面に焼き付きが発生した時点で終了した。
【０１２１】
ここでは、伸線荷重が２ｋＮ以下であり、且つ、表面に焼き付けが発生せずに１０パス以上伸線できたものを「潤滑性に優れる」と評価した。
【０１２２】
（耐食性の評価）
耐食性は、皮膜処理後の各供試材を、温度４０℃、湿度９０％の恒温恒湿試験器（タバイエスペックＰＬ−３ＳＰ）内に２週間放置した後、線材側面の表面（３２．３ｃｍ2）
に発生した錆の面積率を目視で観察し、評価した。
【０１２３】
ここでは、錆の面積率が０％のものを「耐食性に優れる」と評価した。
【０１２４】
表４に伸線荷重の測定結果を、表５に耐食性の結果を、それぞれ、示す。
【０１２５】
【表４】
【０１２６】
【表５】
【０１２７】
表２のＮｏ．１（本発明例）を用いると、表４に示すように、φ１．９６ｍｍ（１３パス）まで伸線しても焼き付きは見られず、各伸線時の伸線荷重も小さい。また、錆の面積率は０％であり、従来例のＮｏ．１１（錆の面積率０％）と同程度の優れた耐食性を有している。
【０１２８】
これに対し、表２のＮｏ．１０（比較例）およびＮｏ．１１（従来例）を用いたときは、表４に示すように、いずれも、φ２．８ｍｍで焼き付きが発生した。また、Ｎｏ．１０は、Ｎｏ．１に比べ、各伸線時の伸線荷重も大きくなったほか、錆の面積率が９０％と、耐食性が著しく低下した。
【０１２９】
実施例３
本実施例では、潤滑皮膜中のＡ成分の種類や含有量が摩擦係数に及ぼす影響を調べるため、２５℃の試験温度でバウデン試験を行ったときの各摺動回数における摩擦係数を調べた。バウデン試験は、実施例１におけるバウデン試験の試験温度を２５℃に変更したこと以外は実施例１と同様にして行った。供試材としては、実施例１に用いた表２のＮｏ．１の供試材（Ａ成分としてメタ硼酸ナトリウムを、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対して２０．７％の比率で含有）をベースとして用い、当該Ｎｏ．１の供試材において、表６に示すように、Ａ成分の種類（メタ硼酸ナトリウムのほかにメタ珪酸ナトリウムも使用）や含有量のみを変化させた供試材（表６のＮｏ．１〜７）を用いた。従って、本実施例で用いた供試材は、Ａ成分が相違すること以外は他の成分（Ｂ、Ｃ、Ｄ１、Ｅ１、Ｅ２）は全く同じである。また、比較のため、表２のＮｏ．１１（従来の化成処理皮膜を備えた例）も用いた。表６中、Ａ１はメタ硼酸ナトリウム、Ａ２はメタ珪酸ナトリウムであり、Ｂ、Ｃ、Ｄ１、Ｅ１、Ｅ２は実施例１と同じである。
【０１３０】
【表６】
【０１３１】
図４にバウデン試験（試験温度２５℃）の結果を示す。
【０１３２】
まず、Ａ成分の種類が摩擦係数に及ぼす影響について、Ｎｏ．１（硼酸塩のみを２０．７％含有）およびＮｏ．７（珪酸塩のみを２０．７％含有）を参照しつつ考察する。Ｎｏ．１とＮｏ．７の摩擦係数を比較すると、図４に示すように、硼酸塩よりも珪酸塩の方が摩擦係数低減作用は大きく、珪酸塩を用いたＮｏ．７は、従来の化成処理皮膜とほぼ同レベルの摩擦係数を確保できることが分かる。その理由は、珪酸塩の方が比較的軟質であり、塑性加工時の変形に追随し易いためと考えられる。
【０１３３】
次に、Ａ成分の含有量が摩擦係数に及ぼす影響について、硼酸塩のみを単独で用いて硼酸塩の含有量を変化させたＮｏ．１〜Ｎｏ．３を参照しつつ考察する。図４に示すように、硼酸塩の比率が２０．７％（Ｎｏ．１）→１１．５％（Ｎｏ．２）→４．２％（Ｎｏ．３）と低くなるにつれて摩擦係数も低下する傾向が見られた。ここで、Ｎｏ．３は、本発明で規定するＡ成分の下限（１０％）を下回る例であって本発明例ではないが、硼酸塩の含有量が摩擦係数と密接な関係を有していることを明らかにするため、参考のため、Ｎｏ．３の摩擦係数を測定した次第である。
【０１３４】
また、Ａ成分として、硼酸塩と珪酸塩の混合物を用いた場合について、混合物の合計量が６％であるＮｏ．５〜Ｎｏ．６などを参照しつつ考察する。図４に示すように、混合物中の珪酸塩の比率が０％（Ｎｏ．１）→５０％（Ｎｏ．５）→８３％（Ｎｏ．６）→１００％（Ｎｏ．７）と多くなるにつれ、おおむね、摩擦係数も低下する傾向が見られ、珪酸塩の混合比率が過半以上を占めるＮｏ．６やＮｏ．７では、従来の化成処理皮膜とほぼ同レベルの摩擦係数が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１は、本実施例に用いたバウデン試験の概要を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施例に用いたボール通し試験の概要を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例１のＮｏ．１におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施例１のＮｏ．２におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施例１のＮｏ．３におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、実施例１のＮｏ．４におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、実施例１のＮｏ．５におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、実施例１のＮｏ．６におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、実施例１のＮｏ．７におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、実施例１のＮｏ．８におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、実施例１のＮｏ．９におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、実施例１のＮｏ．１０におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、実施例１のＮｏ．１１におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図４】図４は、実施例３におけるバウデン試験（試験温度２５℃）の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３６】
１ ロードセル
２ パンチ
３ 供試材
４ ダイ
５ ボール
１０ バウデン試験機
１１ 試験片
１２ ステージ
１３ａ、１３ｂ ホルダ
１４ 錘
１５ 鋼球
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材および当該塑性加工用金属材の摩擦係数制御方法に関するものである。本発明の塑性加工用金属材は、例えば、引き抜き、プレス、鍛造、圧造などの塑性加工によって得られる機械部品（ボルト、ナット、ねじなどの締結部品や、更には、ばね、軸受けなどを含む機械部品）、スチールコード、ビードワイヤー、ＰＣ（prestressed concrete）鋼線などの伸線加工品などの金属加工品を製造するのに好適に用いられる。
【背景技術】
【０００２】
塑性加工用金属材は、用途に応じて、引き抜き、伸線、圧造、鍛造などの様々な塑性加工が施されるが、その際、加工工具（ダイス、プラグ、パンチなど）と被加工材（金属材）との間に高い圧力が加わり、相互間に滑りを伴って焼き付きが発生しやすくなる。そこで、被加工材表面の摩擦を軽減し、焼き付きを防止するため、金属材の表面には、通常、潤滑皮膜が形成されている。
【０００３】
潤滑皮膜として、代表的には、リン酸塩皮膜と石けん層とからなる複合皮膜（以下、「化成処理皮膜」と呼ぶ場合がある。）が挙げられる。この化成処理皮膜は、金属材にリン酸塩処理を行ってリン酸塩皮膜を形成した後、反応型石けん潤滑処理を行い、石けんの主成分であるステアリン酸ナトリウムとリン酸塩皮膜とを反応させ、密着性の良いステアリン酸亜鉛（金属石けん）とステアリン酸ナトリウム（湯浴石けん）とからなる石けん層を形成するなどして得られる。上記化成処理皮膜は、潤滑性および耐焼き付き性に優れており、耐錆性も良好なため、当該化成処理皮膜を備えた金属材は、例えば、冷間鍛造加工のような過酷な加工に好適に用いられる。
【０００４】
しかしながら、上記の金属材を用い、冷間伸線加工後に熱処理してボルトなどの最終製品を作製すると、熱処理の際、金属材中にリンが拡散（浸リン）し、遅れ破壊が発生するという問題がある。また、リン酸塩皮膜の形成には、煩雑な処理液の管理と多くの工程とを必要とするほか、処理液と被処理材（金属材）との化学反応によって大量のスラッジが発生し、その処理に多大な労力と費用とを要する。
【０００５】
そこで、リン酸塩皮膜を介在させることなしに、耐焼き付き性及び潤滑性に優れた潤滑皮膜を形成する方法が提案されている（例えば特許文献１〜４）。
【０００６】
特許文献１には、所定の水溶性無機塩（硫酸塩、硼酸塩など）と、固体潤滑剤［脂肪酸と金属との塩（金属石けん）、カルシウム化合物など］と、油成分と、界面活性剤と、水とからなり、固体潤滑剤および油成分が均一に分散および乳化した金属材の冷間塑性加工用水系潤滑剤が開示されている。
【０００７】
特許文献２には、アルカリ金属硫酸塩及びアルカリ金属ホウ酸塩を必須成分とし、脂肪酸のアルカリ金属塩、脂肪酸のアルカリ土類金属塩、固体潤滑剤（例えば、メラミンとシアヌル酸の付加物など）および水溶性熱可塑性樹脂を含む潤滑剤組成物が開示されている。
【０００８】
特許文献３には、珪酸塩と、ポリカルボン酸塩（例えば、カルボン酸基を有する重合性モノマーの重合体とアルカリ成分との塩）と、水親和性ポリマー及び／又は水親和性有機ラメラ構造体と、モリブデン酸塩及び／又はタングステン酸塩とを含有する皮膜形成剤が開示されている。
【０００９】
特許文献４には、下地処理として、ステアリン酸塩ナトリウムと酸化カルシウムとを添加して得られる水溶液を被伸線材の表面に塗付した後、所定のステアリン酸塩などの金属石けんと、フッ素系樹脂及び／又は二硫化モリブデンを含有し、残部が水酸化カルシウムである粉末状の潤滑剤を用いて伸線法によって潤滑皮膜を形成する方法が記載されている。
【００１０】
また、特許文献５および特許文献６には、水溶性金属塑性加工用の油剤について記載されている。このうち、特許文献５には、黒鉛などの従来油剤よりも作業環境などを改善し得る油剤として、例えば、ポリマレイン化イソブチレンを部分エステル化し、アンモニアで部分アミン塩とした高分子化合物が開示されている。また、特許文献６には、動植物油脂などの基油中に、特定のカチオン性乳化剤、ノニオン性高分子化合物、及び高級脂肪酸アルコールを含む冷間圧延油組成物が開示されており、これにより、圧延潤滑性や乳化安定性が高められる旨記載されている。
【特許文献１】特開平１０−８０８５号公報
【特許文献２】特開平１０−３６８７６号公報
【特許文献３】特開２００２−３６３５９３号公報
【特許文献４】特開２００３−４９１８８号公報
【特許文献５】特開平１０−４６１８４号公報
【特許文献６】特開平１１−６１１６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
一方、塑性加工用金属材には、上述した耐焼き付き性や潤滑性のほかに、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の最終製品の用途などに適応可能な適切な摩擦係数を有していることも要求される。前述したように、塑性加工時の焼き付き防止という観点からすれば、塑性加工用金属材の摩擦係数はできるだけ小さい方が好ましい。しかし、摩擦係数が小さくなり過ぎると滑りが大きくなって、例えば、伸線加工などの塑性加工時や、圧造や鍛造加工などの高温での塑性加工時に悪影響を及ぼすようになるほか、塑性加工後の金属加工品の製品特性なども低下する。具体的には、伸線加工時における伸線機のドラムでのスリップやドラムからの脱落、結束材の荷崩れなど；圧造や鍛造加工時における金属材の金型への食い込みや、それに伴う噛み込みの発生などが挙げられる。また、金属加工品における問題点としては、ボルトやナットなどの締結部品では充分な締め付けが得られず、締結性が低下するなどの弊害；摺動部品などでは所望とする摺動特性が得られないなどの問題が挙げられる。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、皮膜中にリンを含有しなくても、耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れており、且つ、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の最終製品の用途などに適応可能な適切な摩擦係数を有する塑性加工用金属材を提供することにある。詳細には、本発明の目的は、皮膜中にリンを含有しなくても、耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性などの皮膜特性に優れているだけでなく、常温および高温での摩擦係数が適切に制御されており、常温下での塑性加工性や、塑性加工後の金属加工品の製品特性なども良好な塑性加工用金属材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決することのできた本発明に係る耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れた塑性加工用金属材は、潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材であり、前記潤滑皮膜は、下記Ａ〜Ｄの成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で以下の範囲で含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、以下の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲内であるところに要旨を有している。
（潤滑皮膜）
Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％、
Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％、
Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％、
Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と
Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
（試験条件）
試験片の形状：０．８ｍｍ×８０ｍｍ×１００ｍｍ
錘の荷重：３ｋｇｆ
滑り速度：３．６６ｍｍ／ｓｅｃ
鋼球 ：ＳＵＪ−２、直径φ３／１６インチ
摺動長さ：５０ｍｍ
【００１４】
本発明には、上記の塑性加工用金属材を塑性加工して得られる締結部品などの金属加工品も包含される。
【００１５】
更に、本発明には、上記塑性加工用金属材の摩擦係数を制御する方法も包含される。具体的には、潤滑皮膜中のＡ成分の種類や比率を適切に制御することによって当該塑性加工用金属材の摩擦係数を調整することが可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の塑性加工用金属材は、耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れているだけでなく、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の金属加工品の用途などに適応可能な摩擦係数を有している。そのため、上記の塑性加工用金属材を用いれば、常温および高温での塑性加工を良好に行うことができ、金属加工品に塑性加工したときの製品特性が阻害されることもない。また、塑性加工用金属材の組成を制御することによって塑性加工用金属材の摩擦係数を調整することもできる。更に、上記の塑性加工用金属材は、皮膜中にリンを含有していないため、浸リンによる遅れ破壊の発生もない点で非常に有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
はじめに、本発明に到達した経緯を説明する。
【００１８】
まず、本発明者は、化成処理皮膜と同等またはそれ以上の潤滑性および耐焼き付き性を有し、耐食性にも優れた非リン系潤滑皮膜を備えた塑性加工用金属材を提供するため、特に、金属材と潤滑皮膜との密着性向上という観点から、鋭意検討してきた。その結果、水溶性無機塩（Ａ成分）、有機金属塩（Ｂ成分）、およびアルカリ土類金属塩（Ｃ成分）に、固体の分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物（Ｄ成分）を含有し、且つ、これらの比率が適切に制御された塑性加工用水溶性潤滑剤を用いて潤滑皮膜を形成すれば、所期の目的が達成されることを見出し、先に出願を行なった（特願２００６−２９４５０７）。
【００１９】
上記の出願後も、本発明者は、特に、塑性加工の各工程や、塑性加工した後の金属加工品の用途などに適応可能な摩擦係数を有する塑性加工用金属材を提供するという観点から、検討を行なった。その結果、先の出願で開示した塑性加工用金属材は、塑性加工時の焼き付きを充分防止できる程度に摩擦係数が低減されているだけでなく、伸線加工や圧造、鍛造加工などの塑性加工を良好に行うことができる程度の摩擦係数、更には最終製品の特性を損なわない程度の摩擦係数を有していることが判明した。しかも、水溶性無機塩（Ａ成分）の種類や含有量を制御すると塑性加工用金属材の摩擦係数を調節可能であることも判明した。すなわち、先の出願で開示した水溶性潤滑剤は、いわば、塑性加工用金属材の摩擦調整剤としての作用も有していることを見出し、本発明を完成した。
【００２０】
本発明の塑性加工用金属材は、従来技術との関係で言えば、上記Ａ、Ｂ、Ｃの成分に、上記Ｄの固体分散剤を含む潤滑剤を用いて得られる潤滑皮膜を採用したところに特徴がある。以下に詳しく説明するように、上記Ｄ成分は種々の作用を有しており、主な作用として、潤滑剤を水系溶剤中に分散し得る分散作用のほか、造膜作用、濡れ向上作用なども挙げられる。本発明者の実験によれば、（ア）Ｄ成分による上記作用は、特に、Ａ〜Ｃの成分中に所定量配合させることによって有効に発揮されること、（イ）Ａ〜Ｄの成分を含む潤滑皮膜は、Ａ〜Ｃの成分のみを含みＤ成分を含有しない潤滑皮膜に比べ、金属材との密着性が一層高められるため、潤滑皮膜の耐焼き付き性や潤滑性が一層向上することが明らかになった（後記する実施例を参照）。
【００２１】
なお、本発明を特徴付ける上記Ｄ成分は、前述した特許文献６にも開示されている。しかしながら、特許文献６は、水溶性金属塑性加工用油剤（エマルジョン圧延油）の技術に関するものであり、Ｄ成分をカチオン性乳化剤として使用している点で、皮膜潤滑剤の技術に関し、上記Ｄ成分を固体の分散剤として配合する本発明とは、技術分野およびＤ成分の添加目的（使用形態）が相違している。特許文献６では、主に、ノニオン性乳化剤を用いたときのプレートアウト量（圧延油が被圧延材表面に付着する量）の上昇やエマルジョンの安定性低下を防止する目的で、Ｄ成分を配合しており、上記Ａ〜Ｃの成分中にＤ成分を配合するという本発明の構成要件は開示されていない。勿論、特許文献６には、皮膜潤滑剤の潤滑性や耐焼き付き性などを高める目的で、上記Ａ〜Ｃの成分中にＤ成分を配合するという技術的思想も開示されていない。
【００２２】
また、特許文献５には、オレフィン−マレイン酸系重合体が開示されているが、本発明に用いられるＤ成分については、実質的に開示されていない。さらに、特許文献５には、上記Ａ〜Ｃの成分中にＤ成分を配合するという本願発明の構成要件は開示されていないし、前述した本発明の技術的思想も開示されていない。
【００２３】
以下、本発明に係る塑性加工用金属材を特徴付ける潤滑皮膜の構成成分（Ａ成分〜Ｄ成分）を詳しく説明する。上記の潤滑皮膜は、皮膜の形成に使用した潤滑剤の組成に応じた成分を含有している。本明細書において、「％」は質量％を意味する。
【００２４】
（１）Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％
水溶性無機塩（Ａ成分）は、金属材との密着性に優れた潤滑皮膜を得るための造膜剤（皮膜形成剤）として有用な成分である。本発明に用いられる潤滑皮膜は、造膜剤としてアルカリ土類金属塩（Ｃ成分）を含有しており、上記のＡ成分は、Ｃ成分との関係で言えば、造膜補助剤として位置づけられる。更に、Ａ成分は、金属材との密着性が高いため、Ａ成分の添加により、塑性加工用工具と金属材との間の焼き付きが抑制され、キャリア性及び潤滑性が高められる。また、Ａ成分は、金属材の摩擦係数調整剤としての作用も有しており、後記する実施例３および図４に示すように、Ａ成分の種類や含有量を変化させることによって金属材の摩擦係数を適切に制御することもできる。
【００２５】
本発明に用いられる水溶性無機塩は、塑性加工用潤滑剤のキャリアとして一般に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、硼酸塩、珪酸塩、モリブデン酸塩などが代表的に挙げられる。耐焼き付き性の向上という観点からすれば硼酸塩が好ましく、金属材の摩擦係数低減化という観点からすれば、珪酸塩が好ましい。上記の水溶性無機塩は、単独で使用しても良いし、２種以上を併用してもよい。例えば、硼酸塩と珪酸塩の混合物を用いた場合、珪酸塩の比率を多くしたほうが、摩擦係数の低減作用が大きくなる（後記する実施例を参照）。
【００２６】
上記の硼酸塩において、硼酸には、例えば、オルト硼酸、二硼酸、メタ硼酸、四硼酸、五硼酸、八硼酸などが挙げられる。硼酸塩としては、アルカリ金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩など）、アルカリ土類金属塩（Ｍｇ塩、Ｃａ塩など）などの金属塩のほか、アルカノールアミン塩（モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなど）、アンモニウム塩などの窒素含有塩も包含される。好ましい硼酸塩は、メタ硼酸塩、四硼酸塩などであり、例えば、メタ硼酸ナトリウム、四硼酸ナトリウム（硼砂、ボラックスと呼ばれるＮａ2Ｂ4Ｏ5（ＯＨ）4・８Ｈ2Ｏなど）、四硼酸カリウム、四硼酸アンモニウ
ムなどが代表的に挙げられる。
【００２７】
硼酸塩は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００２８】
上記の珪酸塩としては、式ｘＭI2Ｏ・yＳｉＯ2（式中、ｘ、ｙは自然数を示し、ＭIはアルカリ金属を示す）で表される塩の他、珪酸を構成する水素原子の一部又は全部がアルカリ成分に置き換わったものなどが挙げられる。珪酸には、オルト珪酸（Ｈ4ＳｉＯ4）の他、メタ珪酸（Ｈ2ＳｉＯ3）、メタ二珪酸（Ｈ2Ｓｉ2Ｏ5）、メタ三珪酸（Ｈ4Ｓｉ3Ｏ8）、メタ四珪酸（Ｈ6Ｓｉ4Ｏ11）なども含まれる。また、アルカリ成分としては、アルカリ金属（Ｌｉ、Ｎａ、Ｋなど）、アルカリ土類金属（Ｍｇ、Ｃａなど）などが挙げられる。好ましいアルカリ成分は、Ｎａ、Ｋ、Ｃａなどである。好ましい珪酸塩として、珪酸アルカリ金属塩（珪酸カリウム、珪酸ナトリウムなど）、メタ珪酸アルカリ金属塩（メタ珪酸ナトリウムなど）、珪酸アルカリ土類金属塩（珪酸カルシウムなど）、水ガラス［例えば、式Ｎａ2Ｏ・ｎＳｉＯ2（式中、ｎは２〜４の整数を示す）で表される化合物など］などが挙げられる。
【００２９】
珪酸塩は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３０】
モリブデン酸塩は、防錆剤としても有用である。上記のモリブデン酸塩において、モリブデン酸には、オルトモリブデン酸、メタモリブデン酸、パラモリブデン酸などが含まれる。モリブデン酸塩としては、例えば、アルカリ金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩など）、アルカリ土類金属塩（Ｍｇ塩、Ｃａ塩など）、アミン塩（モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンなどのアルカノールアミン塩など）などが挙げられる。好ましいモリブデン酸塩は、メタモリブデン酸ナトリウムである。
【００３１】
モリブデン塩は、単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３２】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ａ成分の比率は、１０〜３０％である。Ａ成分の比率が１０％未満の場合、造膜剤としての作用が有効に発揮されず、一方、３０％を超えると摩擦係数が高くなり、加工時の抵抗が大きくなって、逆に皮膜が剥離するようになる。Ａ成分の比率は、１５〜２５％の範囲内であることが好ましく、２０〜２３％の範囲内であることがより好ましい。
【００３３】
（２）Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％
有機金属塩（Ｂ成分）は、潤滑剤として有用な成分であり、これにより、潤滑皮膜の潤滑性が高められる。
【００３４】
本発明に用いられる有機金属塩は、塑性加工用潤滑剤の潤滑剤として一般に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、脂肪酸と金属との塩などが代表的に挙げられる。「脂肪酸」には、飽和脂肪酸および不飽和脂肪酸の両方が含まれる。飽和脂肪酸としては、例えば、酢酸（Ｃ＝２）、プロピオン酸（Ｃ＝３）、酪酸（Ｃ＝４）、吉草酸（Ｃ＝５）などの低級飽和脂肪酸；パルミチン酸（Ｃ＝１６）、ステアリン酸（Ｃ＝１８）、アラキジン酸（Ｃ＝２０）、ペヘン酸（Ｃ＝２２）、リグノセリン酸（Ｃ＝２４）、セロチン酸（Ｃ＝２６）、モンタン酸（Ｃ＝２８）などの炭素数１６以上の高級飽和脂肪酸が挙げられる。また、椰子油脂肪酸も包含される。好ましい飽和脂肪酸は高級飽和脂肪酸であり、パルミチン酸、ステアリン酸がより好ましい。不飽和脂肪酸としては、例えば、炭素数１６以上の高級不飽和脂肪酸が挙げられ、パルミトオレイン酸（Ｃ＝１６）、オレイン酸（Ｃ＝１８）、パクセル酸（Ｃ＝１８）、リノール酸（Ｃ＝１８）、リノレン酸（Ｃ＝１８）、アラキドン酸（Ｃ＝２０）、ネルボン酸（Ｃ＝２２）などが例示される。好ましい不飽和脂肪酸は、アラキドン酸、オレイン酸である。また、脂肪酸と金属との塩における「金属塩」としては、例えば、アルカリ金属塩（Ｌｉ塩、Ｎａ塩、Ｋ塩など）、アルカリ土類金属塩（Ｍｇ塩、Ｃａ塩、Ｓｒ塩、Ｂａ塩など）、アルミニウム塩、遷移金属塩（Ｃｕ塩、Ｚｎ塩、Ａｇ塩、Ｔａ塩、Ｎｉ塩、Ｃｏ塩、Ｐｂ塩、Ｍｎ塩など）が挙げられる。これらは、単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても構わない。
【００３５】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ｂ成分の比率は、５〜３０％である。Ｂ成分の比率が５％未満の場合、摩擦係数が高くなると共に撥水性が低下する。一方、Ｂ成分の比率が３０％を超えると、皮膜の密着性が低下する。Ｂ成分の比率は、１０〜２５％の範囲内であることが好ましく、１９〜２２％の範囲内であることがより好ましい。
【００３６】
（３）Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％
アルカリ土類金属塩（Ｃ成分）は、造膜剤および分散剤として有用な成分である。Ｃ成分の添加により、皮膜の造膜性が高められるだけでなく、潤滑性や耐焼き付き性も向上するが、これは、金型やダイスなどの加工工具と金属材（被加工材料）との接触部（金属間接触）が約１５０〜４００℃程度に上昇してもＣ成分は溶解せず、加工工具と金属材との接触を防止する役割を有するためと考えられる。
【００３７】
本発明に用いられるアルカリ土類金属塩は、塑性加工用潤滑剤の潤滑剤および造膜剤として一般に使用されるものであれば特に限定されず、例えば、水酸化カルシウム、硫酸カルシウムなどのＣａ塩；水酸化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどのＭｇ塩、水酸化バリウムなどのＢａ塩などが挙げられる。好ましいアルカリ土類金属塩はＣａ塩であり、例えば、水酸化カルシウムなどが挙げられる。これらは、単独で使用しても良いし、２種以上を併用しても構わない。
【００３８】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ｃ成分の比率は、１０〜８４．５％である。Ｃ成分の比率が１０％未満の場合、所定の膜厚を確保することが困難になり、一方、Ｃ成分の比率が８４．５％を超えると皮膜の密着性が低下する。Ｃ成分の比率は、４０〜６０％の範囲内であることが好ましく、４５〜５０％の範囲内であることがより好ましい。
【００３９】
（４）Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
Ｄ成分は、本発明を特徴付ける成分であり、分散剤、造膜剤、濡れ向上剤などとして有用である。
【００４０】
具体的には、Ｄ成分は、主に、水酸化カルシウムなどのＣ成分の分散性を一層高め、金属材との密着性の更なる向上に大きく寄与する成分である。後記する実施例に示すように、Ａ〜Ｄの成分すべてを含有する潤滑皮膜は、Ｄ成分を含有しない潤滑皮膜に比べ、金属材との密着性が一層向上し、耐焼き付き性なども改善される。
【００４１】
本発明において、Ｄ成分に着目した理由は、以下のとおりである。
【００４２】
従来、例えば、硼酸塩などのＡ成分を主成分とする潤滑皮膜では、皮膜の硬度が高いため、金属材の塑性加工時の変形に追随し難く、塑性加工用工具と金属材との間の焼き付きが見られていた。特に、高度の塑性加工が要求される場合、焼き付きが顕著に見られ、問題になっていた。そこで、塑性加工時の変形に追随し易く、耐焼き付き性に優れた成分を探求するため、無機成分、有機成分の両方について検討をした。その結果、無機成分を用いた場合は、塑性加工度が高くなったり皮膜の膜厚が厚くなると亀裂が発生し易くなるのに対し、有機成分を用いた場合は、このような問題がないことから、有機成分に絞って更に検討を行なった。その結果、上記Ｄ成分を用いれば、所期の目的が達成されることを見出し、Ｄ成分を採用することにした。
【００４３】
Ｄ成分は、水系溶剤に溶解すると適度な粘性を有し、熱的に安定なポリマー骨格を有する為、金属材との密着性に極めて優れている。本発明のように、Ｄ成分を固体の潤滑剤として使用すると、前述した特許文献６のようにエマルジョンとして使用した場合に比べ、耐焼き付き性や皮膜密着性などが向上するようになる。
【００４４】
Ｄ成分は、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物であり、例えば、上記の付加物が挙げられる。Ｄ成分の数平均分子量は、１０，０００〜５０，０００程度、炭素数は２２〜５０程度の範囲内であり、好ましい数平均分子量は１２，０００〜３５，０００、好ましい炭素数は２０〜３０程度である。Ｄ成分の数平均分子量は、ゲル透過クロマトグラフィー（ＧＰＣ）法を用い、ポリスチレン換算によって求めたものである。
【００４５】
Ｄ成分を構成するα−オレフィンとしては、炭素数が６〜３５程度の直鎖状または分岐状のものが用いられる。好ましくは、炭素数が８〜２８程度の直鎖状または分岐状のα−オレフィンであり、例えば、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセンなどが挙げられる。
【００４６】
また、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンは、下式（１）で表される化合物であり、式中、ｎは１〜１０の整数、Ｒ1またはＲ2は同一または異なって、炭素数１〜１８の直鎖状または分岐状のアルキルである。好ましくは、ｎは１〜４の整数、Ｒ1またはＲ2は同一または異なって、炭素数１〜３の直鎖状または分岐状のアルキル基である。好ましいＮ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンは、例えば、ジメチルアミノエチルアミン、ジメチルアミノプロピルアミン、ジエチルアミノヘキシルアミン、ジエチルアミノプロピルアミンなどである。
【化１】
【００４７】
Ａ〜Ｄ成分の合計量に占める上記Ｄ成分の比率は、０．５〜３０％である。Ｄ成分の比率が０．５％未満の場合、造膜作用が低下し、所定の膜厚を確保することが困難になり、一方、Ｄ成分の比率が３０％を超えると、摩擦係数が高くなり、加工時の抵抗が大きくなって、逆に皮膜が剥離するようになる。Ｄ成分の比率は、５〜２０％の範囲内であることが好ましく、１５〜１８％の範囲内であることがより好ましい。
【００４８】
Ｄ成分は、例えば、以下のようにして製造することができる。まず、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合物であるポリマレイン化オレフィンを、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの無極性溶媒中に溶解する。次に、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンを添加し、加熱してアミド化する。その後、ＮａＯＨを滴下して部分ナトリウム塩とし、用いた溶媒を留去する。
【００４９】
本発明に用いられる潤滑皮膜は、有効成分として、基本的に上記Ａ〜Ｄの成分を含有しているが、本発明の作用を損なわない範囲で、潤滑皮膜中に通常含まれる他の成分を含有してもよく、これらも、本発明の範囲内に包含される。
【００５０】
上記潤滑皮膜に含まれ得る他の成分として、使用する潤滑剤に通常添加され得る以下の成分が挙げられる。
【００５１】
（界面活性剤）
界面活性剤は、潤滑皮膜の作製過程で、必要に応じて添加される成分である。後に詳しく説明するように、上記潤滑皮膜は、前述した成分を含有する水溶液中に金属材を浸漬して形成される（浸漬法）が、ステアリン酸塩などのような水に殆ど溶解しない皮膜密着性向上成分を用いる場合は、界面活性剤を添加して分散性（塗布性）を高めることが好ましい。また、界面活性剤は、金属材の表面に吸着して防錆作用も有するため、耐食性も高められる。
【００５２】
潤滑皮膜に含まれる界面活性剤の含有量は、潤滑皮膜を構成する成分や使用する界面活性剤の種類などによっても相違するが、おおむね、０．１〜１％の範囲内であることが好ましい。界面活性剤の含有量が０．１％未満では耐食性および分散性が不足し、一方、１％を超えて添加しても、これらの作用は飽和し、コストが上昇するだけである。
【００５３】
本発明に用いられる界面活性剤としては、陽イオン、陰イオン、非イオンの各種界面活性剤が挙げられる。陽イオン系界面活性剤としては、例えば、第四級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩、塩化ベンザルコニウムなどが挙げられ、陰イオン系界面活性剤としては、例えば、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ドデシル硫酸ナトリウムなどが挙げられ、非イオン系界面活性剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフェノール類、ポリオキシエチレンアルキルエステル類、ポリオキシエチレンソルビタンアルキルエステル類などが挙げられる。
【００５４】
（固体潤滑剤）
潤滑皮膜の摩擦係数を低減して潤滑性を更に高めるため、潤滑剤は固体潤滑剤を含有してもよい。固体潤滑剤の種類は特に限定されず、例えば、パラフィンワックス、二硫化モリブデン、黒鉛、窒化硼素、雲母、フッ化黒鉛、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンなどが挙げられる。これらは、単独で用いても良いし、２種以上を併用しても良い。潤滑剤中に含まれる固体潤滑剤の量は、おおむね、０．１〜５％の範囲内であることが好ましい。
【００５５】
（防錆剤）
潤滑皮膜中には、耐食性を更に高める目的で、防錆剤を含有してもよい。防錆剤の種類は、特に限定されず、潤滑皮膜に通常含まれるものを用いることができるが、例えば、アルケニルコハク酸アミン塩、バナジン酸塩、ポリアクリル酸、シリカ、ベンゾトリアゾールなどが挙げられる。潤滑剤中に含まれる防錆剤の量は、おおむね、０．１〜５％の範囲内であることが好ましい。
【００５６】
（硫酸塩）
硫酸塩は、キャリア性及び皮膜強度の向上に寄与し、金属材と加工用工具との焼き付き低減化に有用な成分である。特に、硫酸塩は、変形度の高い塑性加工を行う金属材に皮膜を形成する場合に極めて有用である。硫酸塩としては、例えば、アルカリ金属硫酸塩、アルカリ土類金属硫酸塩などが挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。好ましい硫酸塩は、アルカリ金属硫酸塩（例えば、硫酸ナトリウム、硫酸カリウムなど）である。潤滑剤中に含まれる硫酸塩の量は、おおむね、５〜１０％の範囲内であることが好ましい。
【００５７】
次に、上記の潤滑皮膜を形成する方法を説明する。
【００５８】
潤滑皮膜は、前述した成分（Ａ〜Ｄの成分、および必要に応じて含まれる他の成分）を含む潤滑剤を用いて形成することができる。具体的には、潤滑皮膜は、上記の成分と水系溶剤との混合液（調製液、処理液などと呼ぶ場合がある。）を金属材と接触させ、必要に応じて乾燥することによって得られる（乾式法）。接触方法は、特に限定されず、塑性加工用潤滑剤を用いて潤滑皮膜を得るのに通常用いられる方法を適宜採用することができる。例えば、上記の混合液に金属材を浸漬して乾燥する方法、金属材に上記混合液を塗布（スプレーによる塗布など）する方法などが挙げられる。
【００５９】
ここで、本発明に用いられる乾式法について説明する。水系潤滑剤を用いて潤滑皮膜を形成する方法は、湿式法と乾式法とに大別される。湿式法は、鉱油や動植物油などを基油とする潤滑剤を用いる場合に適用されるものであり、当該潤滑剤を金属材（加工材料）に直接流しかけて液状皮膜を形成する方法である。この方法は、主に、比較的加工度が低い材料を得る場合に汎用されている。これに対し、乾式法は、潤滑剤中に金属材を浸漬処理などした後、必要に応じて、乾燥工程で水分を蒸発させて固体皮膜を形成する方法である。本発明の方法は、後者の乾式法を採用している点で、前者の湿式法を採用する特許文献６の技術と相違している。
【００６０】
本発明法によれば、付着ムラなどの、乾式法による問題点を回避できる。すなわち、水系潤滑剤を用いる乾式法では、通常、金属材を一度に大量に浸漬処理し、その後強制乾燥することによって皮膜を形成しているが、その場合、金属材の部分的な接触による付着ムラが発生することが多く、引抜き加工時に焼き付きが起こりやすくなるなどの問題があった。本発明によれば、上記Ａ〜Ｃ成分にＤ成分を組合わせた構成からなる潤滑剤を用いているため、金属材との密着性が格段に向上され、前述した付着ムラに起因する焼き付き低下などの問題は解消される。
【００６１】
以下では、乾式法の代表例である浸漬工程を経て潤滑皮膜を形成する方法について詳しく説明する。
【００６２】
まず、前述したＡ〜Ｄ成分、更には、必要に応じて他の成分を水系溶剤と混合した混合液を用意する。
【００６３】
本発明に用いられる水系溶剤としては、水のほか、水と水溶性溶剤との混合物が挙げられる。水溶性溶剤としては、メタノール、エタノール、エチレングリコールなどのアルコール類；アセトンなどのケトン類；テトラヒドロフラン、エチレングリコールジメチルエーテルなどのエーテル類；アセトニトリルなどのニトリル類が例示される。好ましい水系溶剤は、水である。
【００６４】
水系溶剤と混合したときの潤滑剤の濃度は、おおむね、好ましくは５％以上、より好ましくは７％以上、更に好ましくは１０％以上である。潤滑剤の濃度が薄すぎると、皮膜の生成が不均一になる場合がある。一方、潤滑剤の濃度の上限は、潤滑剤が水系溶剤に溶解可能である限り特に限定されないが、おおむね、好ましくは７０％以下、より好ましくは６０％以下である。ただし、潤滑剤の濃度が濃すぎると、皮膜の密着性が低下する場合があるため、上記観点を考慮すれば、潤滑剤の濃度は、おおむね、好ましくは５０％以下であり、より好ましくは４５％以下である。
【００６５】
次に、上記の混合液中に金属材を浸漬する。具体的な浸漬条件は、特に限定されないが、おおむね、約３０〜８０℃（より好ましくは４０〜７０℃）の温度で約５秒間以上（より好ましくは１０秒間以上）行うことが好ましい。浸漬温度が上記範囲を下回ると、夏期などの高温環境下で浸漬温度を厳密に管理することが必要となって不便であり、一方、上記範囲を超えると、混合液の蒸発が多くなり、潤滑剤の濃度が変動しやすくなる。また、浸漬時間が上記範囲を下回ると密着性が低下する。なお、浸漬時間の上限は特に限定されないが、約１５分間を超えて浸漬しても密着性改善作用は得られない。
【００６６】
浸漬後、必要に応じて乾燥してもよく、これにより、所望の潤滑皮膜が得られる。
【００６７】
上記では、金属材と、潤滑剤と水系液剤との混合物とを接触させる工程（皮膜形成工程）を詳しく説明したが、当該皮膜形成工程の前工程において、金属材表面を清浄化処理する目的で、清浄化工程を行なってもよい。清浄化処理としては、例えば、脱スケール処理、脱脂処理などが挙げられる。脱スケール処理は、慣用の方法を適用でき、例えば、機械的脱スケール法（ショットブラストなどのブラスト法、ベンディングなど）、化学的脱スケール法（酸洗など）が挙げられる。好ましい脱スケール法は、機械的脱スケール法である。機械的脱スケール法によれば、バッチ処理ではなくインライン処理によって脱スケールできるため、物理的に短時間で皮膜を形成する本発明に適している。
【００６８】
このようにして得られる潤滑皮膜は、使用した潤滑剤の組成に応じた成分を含有している。具体的には、上記Ａ〜Ｄ成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で、Ａ成分：１０〜３０％、Ｂ成分：５〜３０％、Ｃ成分：１０〜８４．５％、Ｄ成分：０．５〜３０％含有している。潤滑剤に含まれる有効成分として、上記Ａ〜Ｄ成分以外の他の成分を含有する場合、潤滑皮膜には、潤滑剤中に含まれる他の成分の濃度に応じたものが含まれるようになる。
【００６９】
潤滑皮膜の付着量は、おおむね、２〜４０ｇ／ｍ2の範囲内であることが好ましい。付着量が２ｇ／ｍ2未満では、連続伸線を多く行なうことが困難であり、一方、付着量が４０ｇ／ｍ2を超えても、潤滑皮膜による上記作用が飽和し、コストの上昇を招くだけで経済的に無駄だからである。潤滑皮膜の付着量は、おおむね、４ｇ／ｍ2以上２０ｇ／ｍ2以下の範囲内であることがより好ましい。
【００７０】
なお、上記の潤滑皮膜は、金属材の上に、下地層を介さずに直接形成しても優れた特性を発揮する（後記する実施例を参照）が、金属材との密着性を更に高め、上記特性を一層改善する目的で、汎用の下地層（シリカ含有層）を介しても良い。
【００７１】
また、上記潤滑皮膜の上には、防錆性などを付与する目的で、シリカなどを含有する他の皮膜が被覆されていてもよい。これらの他の皮膜は、単層で形成されていてもよいし、二層以上が積層されていてもよい。
【００７２】
本発明の金属材は、上記の潤滑皮膜を表面に有しており、塑性加工用（詳細は後述する）に用いられる。
【００７３】
本発明に用いられる金属材の組成は、塑性加工に用いられるものであれば特に限定されない。例えば、鋼材（鉄鋼、ステンレス鋼、クロム鋼、モリブデン鋼、チタン鋼など）、非鉄金属材（アルミ材、チタン材、銅材など）の種々の金属材が用いられる。好ましい金属材は、鋼材である。
【００７４】
上記金属材の形態は、塑性加工するための金属材である限り特に限定されず、例えば、線材又は棒材、前記線材又は棒材を切断した切断材（ブランク材）、鋼板などの種々の金属材が使用できる。好ましい金属材は、線材、棒材、ブランク材などである。線材又は棒材としては、例えば、ボルト、ナット、ばね、ＰＣ（prestressed concrete）鋼、スチールコード、ビードワイヤーなどを製造するための線材又は棒材が挙げられる。ブランク材としては、前方又は後方押出部品を製造するためのブランク材が挙げられる。
【００７５】
本発明の塑性加工用金属材は、上記の成分を含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、以下の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲（好ましくは、０．０５〜０．１４）を満足している。本発明では、神鋼造機社製のバウデン試験機を用い、摩擦係数を測定している。この値は、従来の代表的な潤滑皮膜である化成処理皮膜を用いたときの摩擦係数とほぼ同じである。このように、本発明によれば、従来とほぼ同程度の摩擦係数が得られるため、摩擦係数の過剰な低減による滑り発生に伴う問題（伸線加工時のドラムからの脱落など、締結部品の締め付け不良など、圧造や鍛造加工時の噛み込みなど）も発生しない。よって、本発明の塑性加工用金属材を用いれば、常温および高温での塑性加工を良好に行うことができると共に、最終製品に加工したときの製品特性も阻害されることがないなどの利点が得られる。
試験片の形状：０．８ｍｍ×８０ｍｍ×１００ｍｍ
錘の荷重 ：３ｋｇｆ
滑り速度 ：３．６６ｍｍ／ｓｅｃ
鋼球 ：ＳＵＪ−２、直径φ３／１６インチ
摺動長さ ：５０ｍｍ
【００７６】
更に、本発明では、上記の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２００℃における摩擦係数が好ましくは０．０１〜０．１５の範囲（好ましくは、０．０２〜０．０８）を満足している。また、後記する実施例に示すように、この試験条件下で摩擦係数が０．１０に増加するまでの往復摺動回数を測定して潤滑皮膜の耐焼き付き性を評価すると、従来の化成処理皮膜よりも優れた耐焼き付き性が得られることも確認された。
【００７７】
ここで、摩擦係数の測定に用いられるバウデン試験について、図１に示すバウデン試験機を参照しながら説明する。
【００７８】
バウデン試験は、耐焼き付き性や摺動性などの評価に用いられる試験であり、試験片の長手方向を摺動方向とし、鋼球により荷重を付与した状態で往復摺動試験を行なったときの摩擦係数を測定して上記特性を評価している。バウデン試験機１０は、図１に示すように、試験片１１を保持し、左右方向に往復してスライドするステージ１２と、ステージ１２上で試験片１１を水平に保持する左右一対のホルダ１３ａ、１３ｂと、試験片１１に荷重を付与するための錘１４と、固定軸に取り付けられた鋼球１５と、を備えている。摩擦係数は、鋼球１５を試験片１１の表面に接触させた状態で、ステージ１２を左右方向に摺動させ、試験片１１に加わる荷重の値を読み取り、この値と錘１４の重量（ここでは３ｋｇ）の比をとって測定する。バウデン試験の詳細は、例えば、養賢堂発行「トライボロジスト」第４５巻第４号第３１３頁（２０００年）に記載されているので、参照することができる。
【００７９】
本発明には、上記の潤滑皮膜を備えた金属材を塑性加工して得られる金属加工品も包含される。上記金属加工品としては、例えば、ボルト、ナット、ねじなどの締結部品、上記締結部品やばね、前方又は後方押出部品などを含む機械部品、ＰＣ鋼線、スチールコード、ビードワイヤーなどの伸線加工品、圧延鋼板などが挙げられる。
【００８０】
本明細書において、「塑性加工」には、引抜又は伸線加工、圧造又は鍛造加工、圧延加工などが含まれる。圧造または鍛造には、例えば、冷間圧造や温間圧造なども包含される。
【００８１】
塑性加工の種類は、金属材の用途に応じて適宜選択することができる。なお、金属材の用途によっては、複数の塑性加工を行う場合がある。例えば、ボルト、ナットなどを製造する場合には、引抜加工した後、圧造を行う。前方又は後方押出部品を製造する場合には、線材又は棒材を引抜加工し、切断した後で、鍛造する。スチールコード、ビードワイヤーなどを製造する場合には、一次伸線、二次伸線などのように複数の段階に分けて伸線加工を行う。複数の塑性加工を行う場合、少なくとも一つの塑性加工の前に、前述した潤滑皮膜形成工程を施してもよいし、あるいは、それぞれの塑性加工の前に前述した潤滑皮膜形成工程を施してもよい。
【００８２】
金属加工品表面の皮膜付着量は、前述した金属材表面の皮膜付着量と同程度であってもよいが、通常、金属材表面の付着量よりも小さく、例えば、好ましくは２ｇ／ｍ2以上４０ｇ／ｍ2以下（より好ましくは３ｇ／ｍ2以上３０ｇ／ｍ2以下、更に好ましくは４ｇ／ｍ2以上２０ｇ／ｍ2以下）である。
【００８３】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらは何れも本発明の技術的範囲に含まれる。
【実施例】
【００８４】
実施例１
本実施例では、バウデン試験(試験温度２００℃)、およびボール通し試験を行い、潤滑皮膜の耐焼き付き性および皮膜強度を測定した。詳細な実験条件は以下のとおりである。
（供試材の作製）
金属材として、鋼種ＳＣＭ４４０を熱間圧延して得られた熱間圧延線材（直径１０．３ｍｍ）を、７６０℃で球状化焼鈍した後、酸洗（２０％硫酸、７５℃の酸洗液中に１３分間浸漬後、１５％塩酸、３０℃の酸洗液中に１３．５分間浸漬）して脱スケールし、水洗したものを用意した。
【００８５】
一方、皮膜処理液として、表１に示すＮｏ．１〜１０の潤滑剤を水に５倍希釈した混合液を用意した。
【００８６】
表１中、Ａ〜Ｅ成分の詳細は以下のとおりである。
Ａ：メタ硼酸ナトリウム
Ｂ：ステアリン酸亜鉛
Ｃ：水酸化カルシウム
Ｄ１：１−ドデセン／無水マレイン酸共重合体（数平均分子量２８，０００）のジメチルアミノプロピルアミン付加物・部分ナトリウム塩
Ｄ２：１−エイコセン／無水マレイン酸共重合体（数平均分子量１６，０００）のジエチルアミノヘキシルアミン付加物・部分ナトリウム塩
Ｅ１：界面活性剤としてスルホン酸ナトリウム
Ｅ２：防錆剤としてドデセニルコハク酸アミン塩
【００８７】
上記のＤ１成分およびＤ２成分の構造は以下に示すとおりであり、これらは、以下のようにして製造した。
【００８８】
【化２】
【００８９】
【化３】
【００９０】
まず、α−オレフィン（Ｄ１では１−ドデセン、Ｄ２では１−エイコセン）と無水マレイン酸の共重合物であるポリマレイン化オレフィンを、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの無極性溶媒中に溶解した。次に、Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンを添加し、約８０〜１３０℃で５時間反応させてアミド化した後、４０％ＮａＯＨ（ＮａＯＨ１モル）を滴下して部分ナトリウム塩とし、溶媒を留去した。
【００９１】
上記の皮膜処理液中に上記の金属材を１０秒間浸漬し、乾燥することによって表２に示す種々の潤滑皮膜を備えたＮｏ．１〜１０の供試材を得た。
【００９２】
更に、参考のため、リン酸亜鉛と石けん層とからなる化成処理皮膜を備えたＮｏ．１１の供試材（直径１０．３ｍｍ）を作製した。具体的には、上記と同様にして得られた金属材を、リン酸亜鉛化成処理剤（日本パーカライジング(株)製「パルボンド４２１Ｘ」）を１５０ｇ／Ｌ含む水溶液（８０℃）中に１０分間浸漬した後、水洗し、リン酸亜鉛皮膜を形成した。次いで、石けん潤滑剤（日本パーカライジング(株)製「パルーブ２３５」）を７０ｇ／Ｌ含む処理液（８０℃）中に５分間浸漬し、石けん処理を行った。
【００９３】
このようにして得られた供試材を用い、前述した方法によって潤滑皮膜の組成および含有量を測定すると共に、下記の試験を行った。
【００９４】
（バウデン試験）
前述した方法に基づき、バウデン試験を行った。ここでは、神鋼造機社製のバウデン試験機を用い、鋼球により荷重を付与した状態で往復摺動試験を行なったとき、摩擦係数μが０．１０に増加するまでの往復摺動回数［ネジレ（歪）］を測定した。摺動回数が多いほど、耐焼き付き性および皮膜密着性に優れていることを意味している。
【００９５】
本実施例では、往復摺動回数ｎが３００以上のものを「耐焼き付き性および皮膜密着性に優れる」と評価した。
【００９６】
（ボール通し試験）
ボール通し試験は、潤滑皮膜の耐焼き付き性および皮膜強度を評価するために行なわれる試験である。前述したバウデン試験も、皮膜の耐焼き付き性を評価している点でボール通し試験と一致するが、バウデン試験は、主に皮膜密着性との関係で耐焼き付き性を評価している点で、主に、皮膜強度との関係で耐焼き付き性を評価するボール通し試験とは、厳密には相違している。本実施例では、耐焼き付き性を評価するため、これら両方の試験を実施しており、いずれの試験結果についても良好なものを、「耐焼き付き性に優れる」と総合評価している。
【００９７】
図２を参照しながら、ボール通し試験の概要を説明する。ここでは、コマツ社製１１０Ｔクランクプレス試験機を用いた。
【００９８】
ボール通し試験は、図２に示すように、ダイ４に設置された供試材３（外径２０ｍｍ）に、供試材３の内径よりも大きい径を有するボール５をパンチ２で貫通させたとき、焼き付きが生じない最大の減面率に基づいて耐焼き付き性を評価するものである。減面率は、表３に示すように、ボールの直径と供試材の内径との組合わせによって変化させている。減面率が大きいほど、耐焼き付き性に優れていることを意味する。減面率は、試験前後における供試材断面積の減少率によって表され、具体的には、下式に基づいて算出される。
減面率（％）＝［（Ａ−Ｂ）／（Ａ）］×１００
Ａ：試験前の供試材の断面積
Ｂ：試験後の供試材の断面積
【００９９】
ここでは、減面率が７％以上のものを「耐焼き付き性および皮膜強度に優れる」と評価した。
【０１００】
これらの結果を表２に併記する。
【０１０１】
また、図３にバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す。詳細には、図３Ａ〜図３Ｋに、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１における摺動回数と摩擦係数の関係を示している。
【０１０２】
【表１】
【０１０３】
【表２】
【０１０４】
【表３】
【０１０５】
表より、以下のように考察することができる。
【０１０６】
Ｎｏ．１〜６は、本発明の要件を満足する潤滑剤を用いて潤滑皮膜を形成した例であり、バウデン試験およびボール通し試験の結果は、いずれも良好であり、従来例のＮｏ．１１に比べて耐焼き付き性に優れている。
【０１０７】
詳細には、Ｎｏ．１に対し、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６は以下の点で相違しているが、いずれも、本発明の要件を満足しているため、所望の特性が発揮されている。
Ｎｏ．２：Ｎｏ．１において、Ｄ成分の種類のみを変えた例
Ｎｏ．３：Ｎｏ．１において、Ｄ成分の量を３／５に低減した例
Ｎｏ．４：Ｎｏ．１において、Ｄ成分の量を１／５に低減した例
Ｎｏ．５：Ｎｏ．１において、Ａ〜Ｄ成分の量を１／２に低減した例
（Ａ〜Ｄ成分の比率は変化せず）
Ｎｏ．６：Ｎｏ．２において、Ａ〜Ｄ成分の量を１／２に低減した例
（Ａ〜Ｄ成分の比率は変化せず）
【０１０８】
これに対し、本発明の要件のいずれかを満足しない下記の例は、以下の不具合を有している。
【０１０９】
Ｎｏ．７は、Ａ〜Ｃ成分のみを含有し本発明を特徴付けるＤ成分を含有しない例であり、Ｄ成分を含有するＮｏ．１に比べ、ボール通し試験の結果は同等である（いずれも、減面率８％）が、バウデン試験の結果は著しく低下した。
【０１１０】
Ｎｏ．８は、Ｄ成分を含有せず、且つ、Ｎｏ．１におけるＡ成分の量を１／２に低減した例であり、Ｎｏ．１に比べ、ボール通し試験の結果は同等である（いずれも、減面率８％）が、バウデン試験の結果は著しく低下した。
【０１１１】
Ｎｏ．９は、Ａ成分およびＤ成分を含有しない例であり、Ａ成分およびＤ成分を含有するＮｏ．１に比べ、ボール通し試験およびバウデン試験の両方の結果が著しく低下した。
【０１１２】
Ｎｏ．１０は、Ａ成分およびＤ成分を含有せず、且つ、Ｎｏ．１のＢ、Ｃ、Ｅ１、およびＥ２の各成分の量を１．５倍に増量して皮膜付着量をＮｏ．１とほぼ同量にした（Ｎｏ．１０は７．１ｇ／ｍ２、Ｎｏ．１は８．２ｇ／ｍ２）例であり、Ｎｏ．１に比べ、ボール通し試験およびバウデン試験の両方の結果が著しく低下した。
【０１１３】
これらの結果より、耐焼き付き性に優れ、皮膜密着性および強度も高められた潤滑皮膜を得るためには、Ａ〜Ｄ成分を含み、これらの比率が本発明で規定する範囲内に制御された潤滑剤の使用が重要であることが確認された。
【０１１４】
なお、本発明による優れた効果は、上記のように潤滑剤を構成する成分を適切に制御したことに起因するものであって、潤滑皮膜の付着量に基づくものではないことを、念のため考察する。
【０１１５】
例えば、Ｎｏ．１（Ａ〜Ｄ成分を含有）とＮｏ．１０（Ｂ、Ｃ成分のみ、Ａ、Ｄ成分なし）を対比すると、両者の皮膜付着量は、おおむね、８．２ｇ／ｍ２（Ｎｏ．１）および７．１ｇ／ｍ２（Ｎｏ．１０）と同程度であり、Ｂ成分／Ｃ成分の比率も同じにした例であるが、前述したように、Ｎｏ．１に比べ、Ｎｏ．１０の皮膜特性は著しく低下している。
【０１１６】
同様に、Ｎｏ．５（Ａ〜Ｄ成分を含有）とＮｏ．９（Ｂ、Ｃ成分のみ、Ａ、Ｄ成分なし）を対比すると、両者の皮膜付着量は、おおむね、２．８ｇ／ｍ２（Ｎｏ．５）および３．１ｇ／ｍ２（Ｎｏ．９）と同程度であり、Ｂ成分／Ｃ成分の比率も同じにした例であるが、Ｎｏ．５に比べ、Ｎｏ．９の皮膜特性は著しく低下している。
【０１１７】
上記より、本発明による優れた効果は、上記のように潤滑剤を構成する成分を適切に制御したことに基づくことが実証された。
【０１１８】
実施例２
本実施例では、前述した表２のＮｏ．１（本発明例）、Ｎｏ．１０（比較例）およびＮｏ．１１（従来例）を用い、以下のようにして、順次伸線加工を行った後の潤滑性および耐食性を評価した。
【０１１９】
実施例１の方法によって得られた供試材（φ１０．３ｍｍ）を用い、φ９．５ｍｍ（１パス）→φ８．３ｍｍ（２パス）→φ７．４５ｍｍ（３パス）→φ６．３ｍｍ（４パス）→φ５．６ｍｍ（５パス）→φ４．９ｍｍ（６パス）→φ４．２ｍｍ（７パス）→φ３．６ｍｍ（８パス）→φ３．２ｍｍ（９パス）→φ２．８ｍｍ（１０パス）→φ２．５ｍｍ（１１パス）→φ２．２ｍｍ（１２パス）→φ１．９６ｍｍ（１３パス）の順に、繰り返し伸線を行なった。詳細には、単釜伸線機を用い、伸線速度を５０ｍ／ｍｉｎに調整して行なった。
【０１２０】
（潤滑性の評価）
上記のように伸線を行なったときの各伸線材の伸線荷重（引き抜き荷重）をそれぞれ測定すると共に、表面状態（表面肌）を観察した。具体的には、表４に示す減面率で繰り返し試験を行い、ロードセルによる荷重測定によって伸線荷重を測定した。なお、伸線は、表面に焼き付きが発生した時点で終了した。
【０１２１】
ここでは、伸線荷重が２ｋＮ以下であり、且つ、表面に焼き付けが発生せずに１０パス以上伸線できたものを「潤滑性に優れる」と評価した。
【０１２２】
（耐食性の評価）
耐食性は、皮膜処理後の各供試材を、温度４０℃、湿度９０％の恒温恒湿試験器（タバイエスペックＰＬ−３ＳＰ）内に２週間放置した後、線材側面の表面（３２．３ｃｍ2）
に発生した錆の面積率を目視で観察し、評価した。
【０１２３】
ここでは、錆の面積率が０％のものを「耐食性に優れる」と評価した。
【０１２４】
表４に伸線荷重の測定結果を、表５に耐食性の結果を、それぞれ、示す。
【０１２５】
【表４】
【０１２６】
【表５】
【０１２７】
表２のＮｏ．１（本発明例）を用いると、表４に示すように、φ１．９６ｍｍ（１３パス）まで伸線しても焼き付きは見られず、各伸線時の伸線荷重も小さい。また、錆の面積率は０％であり、従来例のＮｏ．１１（錆の面積率０％）と同程度の優れた耐食性を有している。
【０１２８】
これに対し、表２のＮｏ．１０（比較例）およびＮｏ．１１（従来例）を用いたときは、表４に示すように、いずれも、φ２．８ｍｍで焼き付きが発生した。また、Ｎｏ．１０は、Ｎｏ．１に比べ、各伸線時の伸線荷重も大きくなったほか、錆の面積率が９０％と、耐食性が著しく低下した。
【０１２９】
実施例３
本実施例では、潤滑皮膜中のＡ成分の種類や含有量が摩擦係数に及ぼす影響を調べるため、２５℃の試験温度でバウデン試験を行ったときの各摺動回数における摩擦係数を調べた。バウデン試験は、実施例１におけるバウデン試験の試験温度を２５℃に変更したこと以外は実施例１と同様にして行った。供試材としては、実施例１に用いた表２のＮｏ．１の供試材（Ａ成分としてメタ硼酸ナトリウムを、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対して２０．７％の比率で含有）をベースとして用い、当該Ｎｏ．１の供試材において、表６に示すように、Ａ成分の種類（メタ硼酸ナトリウムのほかにメタ珪酸ナトリウムも使用）や含有量のみを変化させた供試材（表６のＮｏ．１〜７）を用いた。従って、本実施例で用いた供試材は、Ａ成分が相違すること以外は他の成分（Ｂ、Ｃ、Ｄ１、Ｅ１、Ｅ２）は全く同じである。また、比較のため、表２のＮｏ．１１（従来の化成処理皮膜を備えた例）も用いた。表６中、Ａ１はメタ硼酸ナトリウム、Ａ２はメタ珪酸ナトリウムであり、Ｂ、Ｃ、Ｄ１、Ｅ１、Ｅ２は実施例１と同じである。
【０１３０】
【表６】
【０１３１】
図４にバウデン試験（試験温度２５℃）の結果を示す。
【０１３２】
まず、Ａ成分の種類が摩擦係数に及ぼす影響について、Ｎｏ．１（硼酸塩のみを２０．７％含有）およびＮｏ．７（珪酸塩のみを２０．７％含有）を参照しつつ考察する。Ｎｏ．１とＮｏ．７の摩擦係数を比較すると、図４に示すように、硼酸塩よりも珪酸塩の方が摩擦係数低減作用は大きく、珪酸塩を用いたＮｏ．７は、従来の化成処理皮膜とほぼ同レベルの摩擦係数を確保できることが分かる。その理由は、珪酸塩の方が比較的軟質であり、塑性加工時の変形に追随し易いためと考えられる。
【０１３３】
次に、Ａ成分の含有量が摩擦係数に及ぼす影響について、硼酸塩のみを単独で用いて硼酸塩の含有量を変化させたＮｏ．１〜Ｎｏ．３を参照しつつ考察する。図４に示すように、硼酸塩の比率が２０．７％（Ｎｏ．１）→１１．５％（Ｎｏ．２）→４．２％（Ｎｏ．３）と低くなるにつれて摩擦係数も低下する傾向が見られた。ここで、Ｎｏ．３は、本発明で規定するＡ成分の下限（１０％）を下回る例であって本発明例ではないが、硼酸塩の含有量が摩擦係数と密接な関係を有していることを明らかにするため、参考のため、Ｎｏ．３の摩擦係数を測定した次第である。
【０１３４】
また、Ａ成分として、硼酸塩と珪酸塩の混合物を用いた場合について、混合物の合計量が６％であるＮｏ．５〜Ｎｏ．６などを参照しつつ考察する。図４に示すように、混合物中の珪酸塩の比率が０％（Ｎｏ．１）→５０％（Ｎｏ．５）→８３％（Ｎｏ．６）→１００％（Ｎｏ．７）と多くなるにつれ、おおむね、摩擦係数も低下する傾向が見られ、珪酸塩の混合比率が過半以上を占めるＮｏ．６やＮｏ．７では、従来の化成処理皮膜とほぼ同レベルの摩擦係数が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】図１は、本実施例に用いたバウデン試験の概要を示す模式図である。
【図２】図２は、本実施例に用いたボール通し試験の概要を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、実施例１のＮｏ．１におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、実施例１のＮｏ．２におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、実施例１のＮｏ．３におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｄ】図３Ｄは、実施例１のＮｏ．４におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｅ】図３Ｅは、実施例１のＮｏ．５におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｆ】図３Ｆは、実施例１のＮｏ．６におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｇ】図３Ｇは、実施例１のＮｏ．７におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｈ】図３Ｈは、実施例１のＮｏ．８におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｉ】図３Ｉは、実施例１のＮｏ．９におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｊ】図３Ｊは、実施例１のＮｏ．１０におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図３Ｋ】図３Ｋは、実施例１のＮｏ．１１におけるバウデン試験（試験温度２００℃）の結果を示す図である。
【図４】図４は、実施例３におけるバウデン試験（試験温度２５℃）の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１３６】
１ ロードセル
２ パンチ
３ 供試材
４ ダイ
５ ボール
１０ バウデン試験機
１１ 試験片
１２ ステージ
１３ａ、１３ｂ ホルダ
１４ 錘
１５ 鋼球
【特許請求の範囲】
【請求項１】
潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材であり、
前記潤滑皮膜は、下記Ａ〜Ｄの成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で以下の範囲で含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、以下の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲内であることを特徴とする耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れた塑性加工用金属材。
（潤滑皮膜）
Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％、
Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％、
Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％、
Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と
Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
（試験条件）
試験片の形状：０．８ｍｍ×８０ｍｍ×１００ｍｍ
錘の荷重：３ｋｇｆ
滑り速度：３．６６ｍｍ／ｓｅｃ
鋼球 ：ＳＵＪ−２、直径φ３／１６インチ
摺動長さ：５０ｍｍ
【請求項２】
請求項１に記載の塑性加工用金属材を塑性加工して得られる金属加工品。
【請求項３】
請求項１に記載の塑性加工用金属材の摩擦係数を制御する方法であって、
前記潤滑皮膜のＡ成分の種類および／または比率を変化させることによって制御することを特徴とする摩擦係数の制御方法。
【請求項１】
潤滑皮膜を表面に備えた塑性加工用金属材であり、
前記潤滑皮膜は、下記Ａ〜Ｄの成分を、Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄの合計量に対する質量比率で以下の範囲で含有する潤滑皮膜を表面に備えており、且つ、以下の試験条件でバウデン試験を行ったとき、２５℃における摩擦係数が０．０３〜０．２の範囲内であることを特徴とする耐焼き付き性、潤滑性、および耐食性に優れた塑性加工用金属材。
（潤滑皮膜）
Ａ成分：水溶性無機塩を１０〜３０％、
Ｂ成分：有機金属塩を５〜３０％、
Ｃ成分：アルカリ土類金属塩を１０〜８４．５％、
Ｄ成分：固体分散剤として、α−オレフィンと無水マレイン酸の共重合体と
Ｎ，Ｎ−ジアルキルアミノアルキルアミンとの反応物を０．５〜３０％
（試験条件）
試験片の形状：０．８ｍｍ×８０ｍｍ×１００ｍｍ
錘の荷重：３ｋｇｆ
滑り速度：３．６６ｍｍ／ｓｅｃ
鋼球 ：ＳＵＪ−２、直径φ３／１６インチ
摺動長さ：５０ｍｍ
【請求項２】
請求項１に記載の塑性加工用金属材を塑性加工して得られる金属加工品。
【請求項３】
請求項１に記載の塑性加工用金属材の摩擦係数を制御する方法であって、
前記潤滑皮膜のＡ成分の種類および／または比率を変化させることによって制御することを特徴とする摩擦係数の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図４】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図３Ｇ】
【図３Ｈ】
【図３Ｉ】
【図３Ｊ】
【図３Ｋ】
【図４】
【公開番号】特開２００９−１８５３１１（Ｐ２００９−１８５３１１Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２４２４６（Ｐ２００８−２４２４６）
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００２０７３９９）大同化学工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月４日（２００８．２．４）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（０００２０７３９９）大同化学工業株式会社 (22)
【Ｆターム（参考）】
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