铝和铝合金成形加工用润滑剂 以及成形加工用铝和铝合金板 【技术领域】
本发明涉及铝或铝合金(以下合称Al)板的加工技术。更详细地说，本发明涉及成形加工困难的Al部件例如以汽车部件为首的电器部件、飞机部件等制成难以加工的复杂形状的Al制品成形加工时的有效润滑剂，和成形加工用Al板。
背景技术
Al由于除重量轻这样的特性外耐腐蚀性和成形性优异，因而作为仅次于钢铁材料的通用金属材料，广泛用于以汽车为首的各种产业领域。最近，由于汽车制造轻重化，Al板的使用逐渐增加。然而，Al板成形比钢板难，成形时易破裂，因而有设计时形状受限制等大问题。
因此，汽车制造商在Al板冲压加工时不使用通常的矿物油润滑剂，多数使用润滑性优异的液体润滑油或固体润滑剂。固体润滑剂是预先在末加工Al板上形成润滑性皮膜，从而提高冲压成形性。这样，冲压加工的制品在其后的装配工艺中并不除去润滑剂，原样进行粘接加工或焊接加工，在组装工艺结束后的脱脂工艺中除去润滑剂。
然而，在上述方法中，由于冲压后制品是以涂布了润滑油原样进行粘接加工或焊接加工地，因而残留润滑剂成为引起粘接不良或焊接不良的原因，因此，要么造成产率下降，要么造成制品质量恶化。
发明公开
本发明就是着眼于如上所述的情况。本发明的目的是提供能消除先有技术缺点的Al板成形加工用润滑剂，同时还提供成形加工用Al板。因此，提供了在成形或组装加工结束后进行脱脂时不会有脱脂困难，在冲压加工后的粘接工艺、焊接工艺中能达到与冲压成形品上没有附着润滑剂时同等的粘接强度和焊接强度和点电极寿命的Al板成形加工用润滑剂，或这样的成形加工用Al板。
本发明者为了达到上述目的，对Al板的成形方法反复进行研究，探索了不会使Al板粘接性、焊接性恶化的成形加工用润滑剂的组成，其结果是完成了这里的本发明。
本发明的一个方面是提供Al的成形加工用润滑剂，其特征是含有聚烯化氧或其衍生物和高级脂肪酸盐作为主成分。
本发明的另一个方面是提供Al的成形加工用润滑剂，其特征是含有50-2％(重量)聚烯化氧或其衍生物和高级脂肪酸盐，且高级脂肪酸盐与聚烯化氧或其衍生物的比例在1/12-1/4的范围内，还含有水。
本发明的又一个方面是提供成形加工用Al或Al合金板，其特征是在Al板表面上涂布了上述润滑剂，从而在表面上具有0.2-2.0g/m2的固体润滑剂皮膜。
以上所述的“成形”，不仅指简单地依靠冲压成形，而且也包括依靠拉丝或挤缩加工、冲压、以及挤压成形。
以下详细说明本发明。
本发明所涉及的成形加工用润滑剂制成润滑性固体皮膜，起到提高冲压加工等成形加工时的润滑性的作用。而且，由这种润滑剂形成的润滑剂皮膜，由于与粘合剂的粘结性以及通过高电流情况下的导电性优异、在组装工艺中能赋予充分的粘接强度或焊接强度，因而可以使如上所述因润滑剂而发生的粘接不良或焊接不良降低到最小限度。此外，这种润滑剂的成形性和脱脂性都很好，即使与迄今为止汽车制造业者一直在使用的润滑剂相比，也不会导致成形性或脱脂性下降。
此外，本发明所涉及的成形加工用Al板，是在Al板表面上涂布了上述润滑剂而形成了润滑性皮膜的Al板。所形成的润滑剂皮膜因其与粘合剂的粘结性以及通过高电流情况下的导电性优异，而在组装工艺中赋予充分的粘接强度或焊接强度。因此，按照本发明，即使固体润滑剂的成形性保持不变，又能提高粘接性或焊接性。
其次，对本发明中润滑剂的限定理由说明如下。
作为聚烯化氧或其衍生物，可以列举诸如聚氧乙烯、氧乙烯-氧丙烯(嵌段)聚合物、乙二胺的环氧乙烷-环氧丙烷(嵌段)加聚物、聚氧乙烯-硬脂醚、聚氧乙烯油醚、聚氧乙烯鲸蜡醚、聚氧乙烯蓖麻油醚、聚氧乙烯硬脂酸酯、聚氧乙烯油酸酯、聚氧乙烯月桂酸酯等。无论如何，不限于这些。其中，较好的是使用聚氧乙烯、聚氧乙烯硬脂醚。此外，聚烯化氧或其衍生物较好是常温下为固体，熔点在115℃以下，尤其好的是熔点为50-100℃。
作为高级脂肪酸盐，可以列举诸如硬脂酸、棕榈酸、肉豆蔻酸、月桂酸、花生酸、山嵛酸、肉豆蔻脑酸、棕榈油酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、羊毛硬脂酸、羟基硬脂酸、蓖麻醇酸、蓖麻油脂肪酸、椰子油脂肪酸、牛脂脂肪酸、羊脂脂肪酸等的钠盐、钾盐及其它盐类。但无论如何不限于这些。此外，高级脂肪酸盐因其与润滑性能的关系随碳原子数变化，所以较好使用碳原子数8-24、尤其好的是使用碳原子数12-20的脂肪酸。
通过并用上述两成分作为主成分，达到了提高润滑剂与粘合剂的粘结性、脱脂性和焊接强度，以及提高成形性和焊接均匀性等。
这些成分仅作为主成分而含有，此外，还可以适当含有其它添加剂或稀释剂。例如，在以水稀释使用的情况下，较好有如下组成。
即，在这些主成分以水稀释使用的情况下，聚烯化氧或其衍生物的量若大于50％(重量)，则润滑剂的粘度就会变得太高，会对在Al板上涂布时的操作性产生不利影响。反之，若小于2％(重量)，则干燥后不能得到充分的润滑剂皮膜。因此，在以水稀释使用的情况下，较好是使聚烯化氧或其衍生物在50％(重量)以下，在2％(重量)以上。
此时，高级脂肪酸盐与聚烯化氧或其衍生物组成比若小于1/12，则在Al板上涂布干燥后的冲压加工时出现成形性不足的倾向，而若组成比高于1/4，则在组装工艺中出现对脱脂性产生不利影响的倾向。因此，高级脂肪酸盐与聚烯化氧或其衍生物的组成比较好在1/12-1/4的范围。
此外，水是作为聚烯化氧或其衍生物和高级脂肪酸盐的稀释剂而起作用的，涂布后要在大气中蒸发。水以外的稀释剂如有机溶剂蒸发后会造成大气污染。因此，作为稀释剂，较好是使用水。水也可以使用通常的自来水，但为了防止产生不溶性盐，较好是使用去离子水或蒸馏水。
对于其它添加剂没有特别限制，因使用目的而异可以使用以下添加剂。例如，可以列举2，6-二叔丁基对甲酚、四甲基二氨基二苯基甲烷、二硫代磷酸锌等抗氧剂，二壬基萘磺酸盐、磷酸酯、硫代磷酸酯、α-巯基硬脂酸、苯甲酸盐、山梨糖醇酐单油酸酯等防腐蚀剂，高级脂肪酸、高级醇、脂肪酸酯、高级胺等亲油性增强剂、二苄基硫醚、氯化石蜡、磷酸三烯丙酯、环烷酸铅、异丁基黄原酸钼等耐特压剂，环烷酸盐、鲸蜡基酚钙等清洗分散剂等。这些添加剂的添加量可以多达主成分聚烯化氧或其衍生物和高级脂肪酸盐两者合计含量的10％。若添加量在此数量以上，则有使脱脂性下降之虞，必须予以注意。
以下说明限制上述润滑剂在Al板上涂布时的润滑剂皮膜数值的理由。
润滑剂皮膜的数量若大于2.0g/m2，则组装工艺结束后的脱脂过程中脱脂会不完全，不能完全去除润滑剂，会造成其后涂装工艺中涂装不良。而若小于0.2g/m2，则冲压加工时成形性不足，会造成断裂。因此，干燥后固体润滑剂皮膜的涂布量应在0.2～2.0g/m2的范围内。
此外，上述润滑剂也有以热熔体等形式直接涂布在Al板表面上的情况，但从操作性问题来看，通常较好的是，以水稀释后用辊涂机等涂布在Al板上、用干燥法形成固体润滑剂皮膜这样来使用。在使用水的情况下，若固形物含量太高，则粘度增大，无法用辊涂机涂布，反之，若固形物含量大低，则涂布后无法得到足够的润滑剂皮膜数量，必须进行二次涂布等。由于终究会成为使操作性恶化的原因，因而要注意。
此外，在以水使上述润滑剂稀释后使用的情况下，必须使润滑剂干燥，但干燥方法没有特别限制。例如，也可以在室温下放置干燥，但从产率角度来看，较好是用吹热风的方法干燥。
再者，作为成形材料的Al板，其材质也没有特别限定。Al板既可以是铝制的，也可以是广泛铝合金制的。作为Al板，可以根据最终制品的要求，选用有适当成分和组成的Al板。例如，在需要高强度的情况下，可以使用Al-高Mg(3～6％ Mg)类板材。
实施例
以下说明本发明的实施例。
实施例1
用表1所示No.1到No.10这10种组成的润滑剂，将其涂布在试片上，然后在70℃的恒温槽内保持5分钟使之干燥，在试片上形成0.5g/m2的润滑剂皮膜。此外，表1中No.11～No.16所示的是本发明范围以外的润滑剂，但也用这种润滑剂形成同样的润滑剂皮膜。用这样得到的试片评价其冲压加工时的成形性、从冲压加工到组装工艺的脱脂性、组装工艺中的粘接性、组装工艺中的焊接性、润滑剂涂布时的操作性。此时所用的试片和评价方法说明如下。
试验进行n＝3次，取其平均值，润滑剂利用辊涂机涂布。此外，在润滑剂大量含有水以外的固形物、粘度过高而无法涂布的情况下，将润滑剂加热降低粘度后再涂布(热熔体法)。在润滑剂少量含有固形物、在辊涂机上无法一次涂布规定量的固形物的情况下在辊涂机上进行二次涂布。
A试片
使用JIS 5182-O材、板厚1mm的试片。
B润滑剂
用如表1所示、相当于本发明实施例的10种润滑剂和本发明以外的6种润滑剂，配制成合计16种润滑剂后使用。
C评价方法
(1)成形性
使用埃里克森(Erichsen)试验机，进行如下方筒挤缩成形试验，以直至发生破裂为止的最大成形高度进行评价。
坯料直径：□100mm
冲孔直径：□40mm方头(冲头R4.5mm，冲模R3.0mm)
加工速度：20mm/min
评价基准：○……10.0mm以上
△……10.0mm以下，9.0mm以上
×……9.0mm以下
(2)脱脂性
在硅酸钠型碱性脱脂液(pH＝10.5，43℃±2℃)浸渍2分钟，取出水选后以水湿润面积率评价。
评价基准：○……80％以上
△……80％以下，50％以上
×……50％以下
(3)粘接性
用市售环氧类结构用粘合剂，按照JIS K6850规定的粘合剂拉伸剪切试验方法进行试验。
评价基准：○……1500N/cm2以上
△……1400N/cm2以上，1500N/cm2以下
×……1400N/cm2以下
(4)焊接性
进行点焊时的连续打点性试验。打点时的强度按照JIS Z3136的试验法测定，以直至这样的强度达到1500N以下时的点焊打点数来评价。
评价基准：○……300点以上
△……300点以下，160点以上
×……160点以下
(5)操作性
用辊涂机可以一次涂布的情况下为操作性良好(○)，不能一次涂布但可进行热熔体涂布或二次涂布的情况下为操作性不良(△)。
表1 供试润滑剂成分 No.润滑剂 备注组 成 1聚氧乙烯 1.4％+硬脂酸钠 0.2％+水98.4％本发明例 2聚氧乙烯 7％+硬脂酸钠 1％+水92％ 3聚氧乙烯 17.5％+硬脂酸钠 2.5％+水80％ 4聚氧乙烯 52.5％+硬脂酸钠 7.5％+水40％ 5聚氧乙烯 17.5％+硬脂酸钠 2.5％+环烷酸盐 1％+水79％ 6聚氧乙烯硬脂酸酯 17.5％+硬脂酸钾 2.5％+水80％ 7聚氧乙烯油基醚 17.5％+油酸钾 2.5％+水80％ 8聚氧乙烯月桂酸酯 17.5％+油酸钾 2.5％+水80％ 9聚氧乙烯 15％+硬脂酸钠 5％+水80％比较例 10聚氧乙烯 18.75％+硬脂酸钠 1.25％+水80％ 11聚氧乙烯 20％+水80％ 12氧乙烯-氧丙烯嵌段共聚物 20％+水80％ 13聚氧乙烯硬脂酸酯 20％＋水80％ 14硬脂酸钾 10％+水90％ 15油酸钠 20％+水80％ 16动物类硬化蜡17％+表面活性剂3％+水80％
实施例和比较例中成形性、脱脂性、粘接性、焊接性、操作性的评价结果如表2中所示。在使用表1的No.11～16润滑剂的比较例中，由于润滑剂组成的本发明规定的范围以外，因而有成形性、脱脂性、粘接性和焊接性中若干种性能较差这样的缺点。
表2供试润滑剂性能 润滑剂 No. 成形性 脱脂性 粘接性 焊接性 操作性 备注 方筒挤缩 高度(mm) 评价 水润湿面 积率(％) 评价剪切强度(N/cm2)评价 连续打点 数(点) 评价涂布方法评价 1 10.9 ○ 100 ○ 1650 ○ 560 ○辊涂机2次涂布△本发明例 2 10.9 ○ 100 ○ 1650 ○ 560 ○辊涂机○ 3 10.8 ○ 90 ○ 1650 ○ 500 ○辊涂机○ 4 10.9 ○ 90 ○ 1650 ○ 640 ○热熔体△ 5 10.7 ○ 85 ○ 1600 ○ 700 ○辊涂机○ 6 10.4 ○ 85 ○ 1530 ○ 500 ○辊涂机○ 7 10.2 ○ 85 ○ 1600 ○ 700 ○辊涂机○ 8 10.3 ○ 85 ○ 1530 ○ 500 ○辊涂机○ 9 11.3 ○ 60 △ 1600 ○ 200 △辊涂机○ 比较例 10 9.4 △ 100 ○ 1450 △ 660 ○辊涂机○ 11 8.7 × 100 ○ 1790 ○ 380 ○辊涂机○ 12 9.7 △ 70 △ 1810 ○ 120 ×辊涂机○ 13 9.2 △ 95 ○ 1710 ○ 100 ×辊涂机○ 14 11.4 ○ 30 × 1150 × 80 ×辊涂机○ 15 11.5 ○ 20 × 1320 × 100 ×辊涂机○ 16 12.1 ○ 0 × 330 × 40 ×辊涂机○
与此相反，在使用表1的No.1～10润滑剂的实施例中，达到了成形性、脱脂性、粘接性和焊接性的平衡。这是由于润滑剂中聚氧乙烯与硬脂酸钠的组成比在1/4～1/12范围内的缘故。上述组成比在1/4以上时脱脂性降低，而在1/12以下时成形性与粘接性有下降趋势。
实施例2
使用表1中No.3所示的润滑剂，在与实施例1所用的同一种试片上政变涂布量，考察试片的成形性与脱脂性。即，如表3中所示那样对固体润滑剂的涂布量做各种各样的改变，因而得到了表3中所示的成形性与脱脂性结果。
表3 润滑剂的涂布量与成形性和脱脂性的关系 No. 固体润滑 剂涂布量 (g/m2) 成形性 脱脂性 备注 方筒挤缩 高度 (mm) 评价 水润湿 面积率 (％) 评价 1 0.1 8.9 × 100 ○ 比较例 2 0.5 10.8 ○ 90 ○ 本发明例 3 1.0 124 ○ 80 ○ 本发明例 4 2.5 15.0 ○ 20 × 比较例
在表3中实验No.1的比较例中，因涂布量少而成形性差，而在实验No.4的比较例中则因涂布量多而得到脱脂性差这样的结果。与此相反，在实验NO.2和No.3的实施例中，由于涂布量恰到好处，因而得到成形性和脱脂性均优异这样的结果。
如以上详细描述的，按照本发明，对Al得到了良好的成形性，使得即使是先有技术冲压加工有困难的形状也可以成形，同时由于使得能提高成形后的脱脂性、粘接性和焊接性，因而有助于扩大Al板用途的效果是非常大的。