(57)【要約】      （修正有）【課題】非溶融プロセスである摩擦攪拌技術を用い、従来に比べて強度、耐食性及び耐照射性に優れたボルトを製造することのできるボルト製造方法及びボルトを提供する。【解決手段】ボルト形状の型１の中に粉末金属２を充填し、攪拌ツール３を用いて前記ボルト形状の型１の中の前記粉末金属２の摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生した摩擦熱と前記粉末金属の流動により、前記粉末金属をボルト形状に固相成型する。容器１１内に粉末金属１２を充填し、攪拌ツール１３を用いて前記容器１１内の前記粉末金属１２の摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生した摩擦熱と前記粉末金属１２の流動により生成した固相成型材料に上部から圧力を負荷し、下部に設置したボルト形状の型１５へ圧縮された前記固相成型材料を移動させてボルト形状に成型しても良い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト形状の型の中に粉末金属を充填し、攪拌ツールを用いて前記ボルト形状の型の中の前記粉末金属の摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生した摩擦熱と前記粉末金属の流動により、前記粉末金属をボルト形状に固相成型することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項２】
請求項１記載のボルトの製造方法において、
特定の機能向上のために、前記粉末金属に粉末添加元素を入れて摩擦攪拌を行い、前記粉末金属と前記粉末添加元素を複合化させたことを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項３】
請求項２記載のボルトの製造方法において、
耐食性を向上させるために、前記粉末添加元素としてクロムを使用したことを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項４】
請求項１記載のボルトの製造方法において、
高温強度を向上させるために、前記粉末金属に粉末酸化物を入れて摩擦攪拌を行い、前記粉末金属と前記粉末酸化物を複合化させたことを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項５】
容器内に粉末金属を充填し、攪拌ツールを用いて前記容器内の前記粉末金属の摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生した摩擦熱と前記粉末金属の流動により生成した固相成型材料に上部から圧力を負荷し、下部に設置したボルト形状の型へ圧縮された前記固相成型材料を移動させてボルト形状に成型することを特徴とするボルトの製造方法。
【請求項６】
エネルギー機器に使用されるボルトであって、請求項１〜５のいずれか１項記載のボルトの製造方法によって製造されたことを特徴とするボルト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルトの製造方法及びボルトに係り、特に原子炉等のエネルギー機器に使用可能なボルトの製造方法及びボルトに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー機器は、高温化、コンパクト化、長寿命化（メンテナンスフリ−）等が不可欠になっており、従来の単一材料では対応が困難または材料コストの大幅な上昇が予想される。そのため、複合材料や表面改質などによる材料機能向上が期待されている。中でも摩擦攪拌技術は、アルミニウムを中心に接合技術として実用化が盛んであるが、結晶粒が微細化する現象などを用いることにより新機能材料としての開発要素も多いと考えられる。
【０００３】
摩擦攪拌を利用した技術としては、結晶粒の微細化、表面改質、成型性向上、マイクロフォーミングなどが挙げられる。これらの摩擦攪拌を利用した技術は、固相プロセスである、比較的厚い層の創成・改質が可能、基材の希釈がない、自動化が容易、環境にやさしい、等の特徴がある。
【０００４】
摩擦攪拌を利用した具体的な技術としては、例えば、強化粉末材料を供給しつつ接合工具を回転させながら突き合わせ部に沿って移動させることにより、摩擦撹拌接合する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、摩擦攪拌を利用して微細結晶粒材料を得る技術としては、例えば、対向して設けられた一対の成形工具の間に金属粉末を充填し、成形工具を押圧しつつ回転させることによって金属粉末を成形固化し、薄い円盤状の微細結晶粒材料を得る技術が知られている。
【０００６】
また、上記技術では、薄い円盤状の微細結晶粒材料しか得られないため、円筒状の粉末充填容器内に所定量の微粉物質を充填した後、充填容器内の微粉物質を棒状の撹拌工具により圧縮しつつ撹拌して固化成形し、ある程度厚みのある円柱状等の微細結晶粒材料を得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−８１４２７号公報
【特許文献２】特開２００７−７０６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
エネルギー機器等に使用される構造物のうちボルトは、強度、耐食性に加えて原子炉などでは耐照射性等の高機能を要求されることが多い。このため、上述した摩擦攪拌を利用した微細化材は、エネルギー機器等に使用されるボルトに要求される機能を満たす解決策の一つと考えられる。
【０００９】
しかしながら、摩擦攪拌を利用して微細結晶粒材料を製造する技術では、薄い円盤状の板材か、ある程度厚みがあっても小型の円柱状の材料等しか製造することはできず、大型の構造材を得ることが困難である。このため、摩擦攪拌を利用した微細結晶粒材料を、エネルギー機器等に使用される比較的大きなボルト等に適用することは困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、非溶融プロセスである摩擦攪拌技術を用い、従来に比べて強度、耐食性及び耐照射性に優れたボルトを製造することのできるボルト製造方法及びボルトを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るボルト製造方法の一態様は、ボルト形状の型の中に粉末金属を充填し、攪拌ツールを用いて前記ボルト形状の型の中の前記粉末金属の摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生した摩擦熱と前記粉末金属の流動により、前記粉末金属をボルト形状に固相成型することを特徴とする。
【００１２】
本発明に係るボルト製造方法の他の態様は、容器内に粉末金属を充填し、攪拌ツールを用いて前記容器内の前記粉末金属の摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生した摩擦熱と前記粉末金属の流動により生成した固相成型材料に上部から圧力を負荷し、下部に設置したボルト形状の型へ圧縮された前記固相成型材料を移動させてボルト形状に成型することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、非溶融プロセスである摩擦攪拌技術を用い、従来に比べて強度、耐食性及び耐照射性に優れたボルトを製造することのできるボルト製造方法及びボルトを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るボルト製造方法を模式的に示す図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るボルト製造方法を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明のボルト製造方法の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るボルト製造方法を模式的に示した図である。第１実施形態では、図１に示すようにボルト形状の型１内に粉末金属２を充填する。この粉末金属２としては、例えば、アルミニウム系、銅系、鉄系等の粉末金属を用いることができる。
【００１７】
次に、高硬度材料から成る棒状の攪拌ツール３を用い、ボルト形状の型１内の粉末金属２に攪拌ツール３で圧力を負荷しつつ撹拌することによって摩擦攪拌を行い、摩擦攪拌によって発生する摩擦熱と粉末金属２の流動により、粉末金属２をボルト形状に固相成型する。
【００１８】
上記のように、摩擦攪拌を利用して成型されたボルト形状の成型体は、通常の摩擦攪拌技術によって得られる微細な結晶組織を有しており、強度、耐食性、耐照射特性などに優れている。
【００１９】
ここで、例えば沸騰水型原子炉や加圧水型原子炉に使用されている炉内構造物としての締結部材に使用されるボルトは、放射線の照射により脆化することが危惧されている。したがって、本実施形態のように、摩擦攪拌を利用して成型され、微細な結晶組織を有するボルトを、沸騰水型原子炉や加圧水型原子炉の炉内構造物としての締結部材として使用すれば、放射線の照射による脆化を抑制することができ、かつ、必要とされる耐食性及び強度を確保することができる。
【００２０】
また、必要に応じて、粉末金属２に添加元素を添加することにより、ボルトの機能向上を図ることができる。この場合、ボルト形状の型１内に、粉末金属２と粉末添加元素４とを混合して充填し、高硬度材料から成る攪拌ツール３を用いてボルト形状の型１内の粉末金属２と粉末添加元素４を摩擦攪拌する。これによって、摩擦攪拌によって発生する摩擦熱と粉末金属２及び粉末添加元素４の流動により、金属中に添加元素が分散した分散型複合材料からなるボルトを製造することができる。例えば、クロムは一般的に耐食性を向上させる元素であることから、粉末添加元素４としてクロムを用いると耐食性の高いボルトを製造することができる。
【００２１】
さらに、微細な結晶粒径を有するオーステナイト系ステンレス鋼を製造する場合についても当該成分の微細な組材を添加元素として加入することによって、熱処理をせずに平均結晶粒径を微細な組織として成形することができる。
【００２２】
さらにまた、一般的に材料中に酸化物を含有させると、高温強度を高めることができる。このため、ボルト形状の型１内に、粉末金属２と粉末酸化物５とを混合して充填し、高硬度材料から成る攪拌ツール３を用いてボルト形状の型１内の粉末金属２と粉末酸化物５を摩擦攪拌する。これによって、摩擦攪拌によって発生する摩擦熱と粉末金属２及び粉末酸化物５の流動により、金属中に酸化物が分散した分散型複合材料からなるボルトを製造することができる。このようにして製造したボルトは、高温で使用されるエネルギー機器において優れた高温特性を示す。粉末酸化物５としては、例えば、イットリア、チタニア、アルミナ等を用いることができる。
【００２３】
（第２実施形態）
次に、図２を参照して本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、図２に示すように容器１１内に粉末金属１２を充填し、高硬度材料から成る攪拌ツール１３を用いて容器１１内の粉末金属１２の摩擦攪拌を行う。そして、摩擦攪拌により生成した固相成型材料１４に上部から圧力を負荷し、容器１１の下部に設置したボルト形状の型１５に圧縮された固相成型材料１４を移動させ、ボルト形状に固相成型する。
【００２４】
上記工程によって製造されたたボルトは、通常の摩擦攪拌技術によって得られる微細な結晶組織を有しており、強度、耐食性、耐照射性等に優れている。なお、本第２実施形態においても、前述した第１実施形態の場合と同様に、必要に応じて、粉末金属１２中に、粉末添加元素、粉末酸化物等を添加して耐食性の向上や、高温特性の向上を図ることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１……ボルト形状の型、２……粉末金属、３……攪拌ツール、４……粉末添加元素、５……粉末酸化物、１１……容器、１２……粉末金属、１３……攪拌ツール、１４……固相成型材料、１５……ボルト形状の型。
【図１】
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【図２】
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