(57)【要約】【課題】高温環境下で使用されても、高い締付力（軸力）を安定的に維持し得るアルミニウム合金製高強度締結具を提供する。【解決手段】本発明は、１００質量％で、Ｆｅ：１.５〜６％、Ｚｒ：０．２〜１．５％、Ｔｉ：０．１５〜１．２％、残部：Ａｌと不可避不純物からなるＡｌ合金からなる高強度締結具である。そのＡｌ合金は、さらにＭｇ：０．２〜２．５％含むと好ましい。このようなＡｌ合金は実質的に永久生長せず、非常に寸法安定性に優れる。このため本発明の締結具（ボルト、ナットまたは座金）は、高温環境下で使用されても、高い締付力（軸力）の安定的な維持に寄与する。締結具の少なくとも摺接面が焼成Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆されていると、締結具の耐摩耗性や耐食性の向上も図れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに、Ｆｅ：１.５〜６％、Ｚｒ：０．２〜１．５％、Ｔｉ：０．１５〜１．２％、残部：Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金からなり、
第一部材と第二部材を固定するために用いられるアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項２】
前記アルミニウム合金は、さらに、Ｍｇ：０．２〜２．５％を含む請求項１に記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項３】
前記アルミニウム合金は、永久生長率が±０．０５％以内である請求項１または２に記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項４】
前記アルミニウム合金は、引張強さが４００ＭＰａ以上である請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項５】
前記アルミニウム合金は、室温から４００℃まで加熱した後の室温における硬さが１５０Ｈｖ以上ある請求項１〜４のいずれかに記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項６】
さらに、少なくとも摺接面となる前記アルミニウム合金の表面を被覆する被覆層を有する請求項１〜５のいずれかに記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項７】
前記被覆層は、めっき層または陽極酸化層である請求項６に記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項８】
前記めっき層は、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層または焼成Ｎｉ−Ｐめっき層である請求項７に記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項９】
前記焼成Ｎｉ−Ｐめっき層は、表面硬さが９００Ｈｖ以上である請求項８に記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項１０】
ボルト、ナットまたは座金のいずれかである請求項１〜９のいずれかに記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項１１】
前記第一部材または前記第二部材は、アルミニウム合金部材である請求項１〜１０のいずれかに記載のアルミニウム合金製高強度締結具。
【請求項１２】
アルミニウム合金からなる素材を鍛造した鍛造基材または該鍛造基材にねじ溝を転造した転造基材に、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を形成するめっき工程と、
該無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を３００〜４５０℃で加熱して焼成Ｎｉ−Ｐめっき層とする焼成工程と、
を備える請求項９に記載したアルミニウム合金製高強度締結具の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金（単に「Ａｌ合金」ともいう。）からなる高強度締結具およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボルト、ナットまたは座金などの締結具は、通常、低コストで高強度な鋼材からなるが、使用数に応じてその占める総重量も大きくなる。そこで、締結具を用いて組み立てられる部品点数が多く、軽量化の要請も強い航空機、自動車、二輪車等では、鋼製締結具に替えてＡｌ合金製締結具が利用されていたり、その利用が検討されたりしている。
【０００３】
このような締結具には、Ａ５０００系（ＪＩＳ）の非熱処理型Ａｌ合金やＡ６０００系またはＡ７０００系の熱処理型Ａｌ合金が用いられる。低強度ボルト等には非熱処理型Ａｌ合金が用いられるが、高強度ボルト等には熱処理型Ａｌ合金が用いられる。このような熱処理型Ａｌ合金からなる高強度ボルトに関連する記載が、例えば、下記の特許文献１、２にある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２３４３８９号公報
【特許文献２】特開２０１５−７４００９号公報
【特許文献３】特許５８６７３３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
熱処理型Ａｌ合金は時効処理により高強度化されるため、ボルト等の使用環境がその時効処理温度（１２０〜２２０℃）と同等以上になると、母材中に分散している強化相が粗大化して、強度が低下し得る。このため従来のＡｌ合金製高強度ボルト等は、使用環境（使用温度域）が限定的であった。
【０００６】
また、熱処理型Ａｌ合金であっても、Ａ７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ−Ｃｕ系）合金は、Ａ６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系）合金よりも高強度であるものの、耐食性（耐応力腐食割れ性）に劣る。そこで耐食性や耐摩耗性の向上を図るために、ボルトやナットのねじ面や端面等（摺接面）に陽極酸化被膜が施されることも多い。しかし、陽極酸化被膜は、高温域（例えば８０℃超）で、基材（Ａｌ合金）との熱膨張差によって膜全体に割れを生じる。このため陽極酸化被膜によって耐食性や耐摩耗性を改善できる範囲は限定的であった。
【０００７】
さらに本発明者が研究したところ、従来のＡｌ合金製高強度ボルト等は、熱履歴や自然時効等によって寸法変化（永久生長）を生じる。このため、従来のＡｌ合金製高強度ボルト等は、高温域で使用する場合は勿論、そうでないとしても、締付力（軸力）を長期にわたって安定的に保持することが困難であった。
【０００８】
なお、特許文献３にはアルミニウム合金からなる基体上に、結晶質Ｎｉ−Ｐ層からなる被覆層を設けた耐摩耗性部材に関する記載がある。しかし、特許文献３には、締結具や永久生長等に関する具体的な記載は全くない。
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、種々の使用環境下で、高い締付力を安定して保持できるアルミニウム合金製高強度締結具と、その製造方法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】
【００１０】
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究した結果、特有のＡｌ合金が高温特性（強度、硬さ等）に優れることに加えて、実質的に永久生長しないという未知の属性を発見した。この発見に基づき、使用環境（特に使用温度域）が変化しても、安定的に高い締付力（軸力）を保持できるＡｌ合金を締結具を新たに発想した。この成果を発展させることにより、以降に述べる本発明を完成するに至った。
【００１１】
《アルミニウム合金製高強度締結具》
（１）本発明のアルミニウム合金製高強度締結具（単に「高強度締結具」または「締結具」という。）は、全体を１００質量％（単に「％」という。）としたときに、Ｆｅ：１.５〜６％、Ｚｒ：０．２〜１．５％、Ｔｉ：０．１５〜１．２％、残部：Ａｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金からなり、第一部材と第二部材を固定するために用いられる。
【００１２】
（２）本発明に係るＡｌ合金は、実質的に永久生長せず寸法安定性に優れると共に、室温域のみならず高温域でも、高強度を安定して発揮する。従って本発明の締結具によれば、仮に環境（特に温度）が変動し易い環境下で使用されても、安定した高い締付力が確保され得る。
【００１３】
（３）さらに本発明の締結具は、少なくとも摺接面（ねじ面や座面等）を構成するアルミニウム合金（基材）の表面に、耐摩耗性や耐食性等に優れた被覆層を有すると好ましい。このような被覆層として、例えば、めっき層または陽極酸化層がある。めっき層は、電解めっき層でも無電解めっき層でもよいが、均一性や生産性等の観点から無電解めっき層であると好ましい。特に、無電解めっき層は、耐食性等に優れる無電解Ｎｉ−Ｐめっき層が好ましい。さらに、本発明に係るめっき層は、無電解ニッケルめっき層の中でも、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を焼成等して得られる硬質で耐摩耗性に優れた焼成Ｎｉ−Ｐめっき層であると好ましい。このような被覆層を設けることにより、本発明の締結具は、上述した寸法安定性に加えて、優れた耐食性や耐摩耗性をも発揮し得る。
【００１４】
《アルミニウム合金製高強度締結具の製造方法》
上述した締結具は、例えば、本発明に係るＡｌ合金からなる素材を鍛造したり、さらにねじ溝を転造したりすることにより得られる。そのＡｌ合金（素材）は、広い温度域で高い加工性を発揮するため、それらの塑性加工は冷間加工でも、温間加工でも、４５０℃以下の熱間加工でもよい。
【００１５】
また締結具の表面に上述した焼成Ｎｉ−Ｐめっき層を形成する場合、例えば、次のような本発明の製造方法を用いることができる。つまり、アルミニウム合金からなる素材を鍛造した鍛造基材または該鍛造基材にねじ溝を転造した転造基材に、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を形成するめっき工程と、該無電解Ｎｉ−Ｐめっき層を３００〜４５０℃で加熱して焼成Ｎｉ−Ｐめっき層とする焼成工程とを備えるアルミニウム合金製高強度締結具の製造方法である。
【００１６】
《その他》
（１）本発明に係るＡｌ合金の寸法安定性は、例えば永久生長率で指標される。そのＡｌ合金は実質的に永久生長しないため、その永久生長率は±０．０５％以内さらには±０．０１％以内といえる。ここでいう永久生長率は、試料（試験前の長さ：Ｌ０）を室温から３５０℃まで昇温して１０分間保持した後に室温まで降温したときに生じる長さの変化量（ΔＬ＝Ｌ−Ｌ０／試料の試験後の長さ：Ｌ）を、初期長さ（Ｌ０）に対する割合（１００×ΔＬ／Ｌ０）で示したものである。
【００１７】
（２）本発明に係るＡｌ合金は、室温域のみならず高温域でも、大きな強度や硬さを安定して発揮する。例えば、室温域の引張強さは、４００ＭＰａ以上、４５０ＭＰａ以上さらには５００ＭＰａ以上となり得る。そして高温域（３５０℃）の引張強さは、２００ＭＰａ以上、２５０ＭＰａ以上さらには３００ＭＰａ以上となり得る。さらに本発明に係るＡｌ合金は、室温から高温域（３５０℃）にわたって硬さが殆ど変化せず、１５０Ｈｖ以上、１５５Ｈｖ以上さらには１６０Ｈｖ以上の硬さを安定的に維持し得る。その際の硬さの変動幅は３０Ｈｖ以内、１５Ｈｖ以内さらには１０Ｈｖ以内ともなり得る。
【００１８】
（３）本発明の締結具は、種々の形態が考えられるが、例えば、ボルト、ナットまたは座金が代表的である。本明細書でいう摺接面は、例えば、ねじ面（ねじ溝の螺旋面）、ボルトの頭部裏面（首下面）、ナットの端面、座金の座面（ボルトまたはナットとの当接面）等である。
【００１９】
（４）特に断らない限り本明細書でいう「ｘ〜ｙ」は、下限値ｘおよび上限値ｙを含む。本明細書に記載した種々の数値または数値範囲に含まれる任意の数値を、新たな下限値または上限値として「ａ〜ｂ」のような数値範囲を新設し得る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】１３０℃の保持時間と永久生長率の関係を示すグラフである。
【図２】加熱温度と変位の関係を示すグラフである。
【図３】室温（ＲＴ）から各温度まで加熱したときの線膨張係数の変化を示すグラフである。
【図４】焼成温度と基材の硬さとの関係を示すグラフである。
【図５】焼成温度とめっき層の硬さとの関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本明細書で説明する内容は、本発明の締結具のみならず、その製造方法にも該当し得る。上述した本発明の構成要素に、本明細書中から任意に選択した一以上の構成要素を付加し得る。方法に関する構成要素も、一定の場合、物に関する構成要素となり得る。いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。
【００２２】
《Ａｌ合金》
（１）成分組成
本発明に係るＡｌ合金は、主成分であるＡｌの他、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｔｉを必須元素とし、さらに、Ｍｇを含むと好ましい。各元素について具体的にいうと次の通りである。なお、各元素の組成範囲はＡｌ合金全体を１００質量％として示した。
【００２３】
Ｆｅは１.５〜６％さらには２．５〜５．５％含まれると好ましい。ＦｅはＡｌとの金属間化合物（Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物：第一化合物相）を、母相（α−Ａｌ相）中に形成する。この第一化合物相がＡｌ合金の強度や硬さを高める。Ｆｅが過少では十分な強度や硬さが得られず、Ｆｅが過多では延性が低下し、鍛造性や転造性等の加工性が低下し得る。
【００２４】
また、ＦｅはＡｌ合金の強度等の向上に有効なだけではなく、無電解Ｎｉ−Ｐめっきを行う際の触媒元素（活性化元素）としても機能し得る。具体的にいうと、Ａｌ合金（基材、母材）表面から部分的に露出しているＦｅが起点となってＮｉ−Ｐめっき層の形成を促す。この結果、締結具の表面（特に摺接面）に、密着性や均一性等に優れたＮｉ−Ｐめっき層が形成され易くなる。この傾向はＦｅが１％以上のときに顕著である。
【００２５】
ＺｒおよびＴｉは、Ａｌとの間でＬ１２型構造のＡｌ−（Ｚｒ、Ｔｉ）系金属間化合物（第二化合物相または析出相）を形成し、Ａｌ合金の耐熱性を高める。この理由は次のように考えられる。前述した第一化合物相は、高温雰囲気に長時間曝されると、相変態や形状変化（粗大化）などを生じ、必ずしも熱的に安定ではない。一方、第二化合物相は、母相に整合的であると共に、第一化合物相と母相の境界（界面）近傍に出現し、高温域まで安定している。このため、Ａｌ合金の強度や硬さを担う第一化合物相の高温時における相変態や形状変化等が第二化合物相により安定的に抑止（いわばピン留め）され得る。このように第一化合物相と第二化合物相が相乗的に作用することにより、本発明に係るＡｌ合金は優れた高温特性（耐軟化性、耐熱性）を発揮するようになったと考えられる。
【００２６】
Ｚｒは０．２〜１．５％さらには０．６〜１．２％含まれると好ましい。またＴｉは０．１５〜１．２％さらには０．３〜０．８％含まれると好ましい。ＺｒまたはＴｉが過少になると、上述した効果が乏しく、ＺｒまたはＴｉが過多になると、Ａｌ合金の加工性が低下し得る。なお、ＺｒがＴｉよりも多く存在し、特にＴｉに対するＺｒの質量比（Ｚｒ／Ｔｉ）が１．１〜１．５さらには１．１５〜１．４であると、第二化合物相の形成によるＡｌ合金の高温特性の向上がより顕著となる。
【００２７】
さらにＭｇが０．２〜２．５％さらには０．６〜１．８％含まれると好ましい。Ｍｇは、Ａｌ合金の強度（特に室温強度）の向上に有効な元素である。Ｍｇが過少ではその効果が乏しく、過多ではＡｌ合金材の加工性の低下を招く。
【００２８】
上述した内容を踏まえて、本発明に係るＡｌ合金は、Ｆｅ：１．５〜６％、Ｚｒ：０．２〜１．５％、Ｔｉ：０．１５〜１．２％、残部：Ａｌと不可避不純物からなる好ましい。また、Ｔｉに対するＺｒの質量比（Ｚｒ／Ｔｉ）：１．１〜１．５であると好ましい。さらにＡｌ合金は、Ｍｇ：０．２〜２．５％、その他の改質元素を含んでもよい。
【００２９】
Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｒ、ＴｉおよびＭｇ以外の元素であってＡｌ合金の特性（強度、硬さ、靱性、延性、寸法安定性など）の改善に有効な改質元素として、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｖ、Ｈｆ、Ｎｂなどがある。各元素の含有量は、通常、微量である。ちなみに、「不可避不純物」は、溶解原料中に含まれる不純物や各工程時に混入等する不純物などであって、コスト的または技術的な理由等により除去することが困難な元素であり、例えば、シリコン（Ｓｉ）等である。
【００３０】
（２）金属組織
本発明に係るＡｌ合金は、Ａｌの母相（α相）と、Ａｌ−Ｆｅ系金属間化合物相（第一化合物相）と、Ａｌ−（Ｚｒ、Ｔｉ）系金属間化合物（第二化合物相）を少なくとも有する複合組織からなると好ましい。
【００３１】
特に、第二化合物相はナノ粒子状であり、その中央部でＺｒ濃度が高く、その外郭部でＴｉ濃度が高くなっていると好ましい。つまり、Ａｌ３（Ｚｒ、Ｔｉ）中のＺｒおよびＴｉの濃度が、中央から外殻にかけて傾斜していると好ましい。このような第二化合物相は、質量比（Ｚｒ／Ｔｉ）が上述した範囲内にあるときに形成され易い。
【００３２】
第二化合物相の平均サイズは、１〜３０、２〜２０ｎｍさらには３〜１５ｎｍであると好ましい。このサイズが過小でも過大でも、第二化合物相によるＡｌ合金の耐熱性の向上効果が低下し得る。なお平均サイズとは、Ａｌ合金中より無作為に抽出したサンプルを透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察し、３０個以上の分散する第二化合物相の平均直径を画像処理法により解析して求まる。
【００３３】
本発明に係るＡｌ合金は、上述したように微細な金属組織からなることにより、永久生長率が実質的に零（近傍）となり、高温特性に優れると共に、広い温度域で高い塑性加工性も発揮し得る。このため例えば、加工温度：室温（ＲＴ）〜４００℃、加工率：１０〜９０％とすることも可能である。従って本発明に係るＡｌ合金からなる締結具は、生産性や設計自由度等にも優れたものである。
【００３４】
《Ａｌ合金の製造》
上述したＡｌ合金の製造方法は種々考えられる。例えば、合金溶湯を１００℃／秒以上の冷却速度で急冷凝固させた凝固体（粉末、薄片等）からなる成形体（ビレット）を、３００〜５００℃で熱間塑性加工することにより得られる。
【００３５】
熱間塑性加工は、例えば、押出加工や鍛造加工等である。熱間塑性加工は、締結具の鍛造に供される素材（鍛造素材）を成形する工程でも、締結具を成形する鍛造自体でもよい。鍛造素材を鍛造する場合、鍛造性とＡｌ合金の特性維持を考慮して、鍛造温度は１５０〜４５０℃とするとよい（鍛造工程）。
【００３６】
《被覆層／焼成Ｎｉ−Ｐめっき層》
本発明に係る被覆層は、上述したように種々考えられるが、以下では、その代表例である焼成Ｎｉ−Ｐめっき層について詳しく説明する。
【００３７】
（１）本発明に係る焼成Ｎｉ−Ｐめっき層（単に「焼成めっき層」ともいう。）は、例えば、無電解Ｎｉ−Ｐめっき層（単に「無電解めっき層」ともいう。）を３００〜４５０℃さらには３５０〜４００℃で加熱して得られる。無電解めっき層は、昇温過程中の２００〜３００℃で加熱される際に、基材に対する密着性が高まる。これはめっき層が生成される過程で取り込まれた水素が放出され、基材とめっき層界面の密着性が向上するためと考えられる（ベーキング処理）。そのめっき層をさらに３００℃以上で加熱することにより超硬質化した焼成めっき層が得られる。これはめっき層内にＮｉ３Ｐ化合物が析出することによる分散強化のためと考えられる。こうして得られた焼成めっき層の表面硬さは、９００Ｈｖ以上、１０００Ｈｖ以上さらには１１００Ｈｖ以上となり得る。
【００３８】
（２）焼成めっき層は、非晶質なＮｉ−Ｐ層ではなく、主にＮｉ（結晶相）とＮｉ３Ｐ（析出相）からなる結晶質なＮｉ−Ｐ層からなる。このため本発明に係る焼成めっき層は結晶質Ｎｉ−Ｐ層ともいい得る。但し、結晶質Ｎｉ−Ｐ層は、めっき層全体が完全な結晶質である必要はない。Ｘ線で検出される程度に結晶部分が存在すれば足る。なお、めっき層に硬度を要求しない場合は、密着性を高めるためのベーキング処理を施すだけでも良い。
【００３９】
焼成めっき層に含まれるＰは、例えば、めっき層全体を１００質量％として、Ｐが１〜１３％、５〜１０％、６〜９％さらには７〜８％であると好ましい。なお、本発明に係る焼成めっき層は、電解Ｎｉ−Ｐめっき層を焼成したものでもよい。
【００４０】
《焼成めっき層の形成》
本発明に係る焼成めっき層は、例えば、無電解めっき層を形成するめっき工程と、その無電解めっき層を焼成させる焼成工程とにより得られる。
【００４１】
めっき工程は、前処理した基材表面に無電解めっき処理する工程であると好ましい。無電解めっき液の組成、めっき液の温度、めっき時間等は適宜調整される。前処理には、基材表面にある酸化皮膜や油汚れ等を除去する清浄工程、難めっき材であるＡｌ合金からなる基材表面でめっきを促進させるジンケート処理工程や活性化工程などがある。これらの詳細については、特許２６４８７１６号公報、特許５８６７３３２号公報等に詳しく記載されている。
【００４２】
焼成工程は、無電解めっき層を３００〜４５０℃さらには３５０〜４００℃で加熱すると好ましい。めっき直後の無電解めっき層は非晶質で密着性や硬さが十分とは言い難く、上述したように、焼成工程により高密着性で超硬質な焼成めっき層が形成され得る。なお、その加熱時間は０．５〜５時間程度でよい。
【００４３】
《用途》
（１）本発明の締結具は、種々の部材の締結に用いることができる。もっとも、本発明の締結具は、軽量であることに加えて、実質的に永久生長せず、高温特性に優れる。このため本発明の締結具は、軽量化が要求される機械や装置の少なくとも一部を構成すると共に、高温域で使用される部材の締結に用いられると好ましい。例えば、内燃機関（ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジン）の構成部材やその補機類の締結に使用されると好ましい。
【００４４】
本発明の締結具により締結される第一部材と第二部材（「被締結部材」という。）は、例えば、鋼材製、鋳鉄製、軽合金製、樹脂等のいずれでもよい。もっとも、被締結部材も純ＡｌまたはＡｌ合金（Ａｌ系材料）からなると、本発明の締結具との間で電解腐食を抑止できて好ましい。
【００４５】
さらに、焼成Ｎｉ−Ｐめっき層で被覆されている締結具（「被覆締結具」という。）は、耐食性や耐摩耗性に優れるため、腐食環境下でも繰返し使用可能である。また、被覆締結具は、被締結部材がＡｌ系材料以外（特に鉄系材料）からなるときでも、電解腐食が抑止されるため、より多種多様な部材の締結に利用され得る。
【実施例】
【００４６】
Ａｌ合金からなる試験片を製作して、その寸法変化と熱履歴の関係を明らかにした。また、熱履歴によるＡｌ合金とその表面に形成した焼成Ｎｉ−Ｐめっき層との特性変化を評価した。これらの具体例に基づいて、本発明をさらに詳しく説明する。
【００４７】
《寸法変化と熱履歴》
（１）試料の製造
表１に示す組成のＡｌ合金の溶湯を調製した（溶湯調製工程）。この合金溶湯を真空雰囲気中に噴霧してエアアトマイズ粉末（凝固体）を得た（凝固工程）。得られたエアアトマイズ粉末の粒子（アトマイズ粒子）を分級して粒径：１５０μｍ以下のアトマイズ粉末を用意した。ちなみに、エアアトマイズにより得られる粉末粒子のサイズと冷却速度の関係は公知であり、上記アトマイズ粉末は１０４℃／秒以上の冷却速度で急冷凝固した粒子からなるといえる。
【００４８】
アトマイズ粉末を冷間静水等方圧プレス成形（ＣＩＰ）して、φ３９ｍｍ×４０ｍｍ、相対密度８５％のビレット（原素材）を得た。このビレットを押出成形機のコンテナ内に装填し、３７０℃で押出成形して、ボルト等の鍛造に供される素材を得た（熱間塑性加工）。このときの押出比（原素材の断面積／素材の断面積）は１１とした。この素材をさらに冷間スエージ加工、外周切削してφ８ｍｍ×２５ｍｍの試験片（締結具となる基材）を得た（鍛造工程）。この試験片を試料１とする。
【００４９】
比較試料として、一般的な複数種のＡｌ合金からなる同形状の試験片も用意し、試料Ｃ１（Ａ７０５０合金）、試料Ｃ２（Ａ６０５６合金）、試料Ｃ３（Ａ２６１８合金）、試料Ｃ４（Ａ６０６１合金）、試料Ｃ５（Ａｌ−１２％Ｓｉ合金）とした。
【００５０】
（２）加熱試験
各試験片を１３０℃の大気雰囲気中で、６時間単位または１２時間単位で加熱した後、室温まで冷却する工程を繰返し行った。各加熱工程毎に、試験片の長さ（Ｌｎ）を測定し、試験片の初期長さ（Ｌ０）に対する変化量（Ｌｎ−Ｌ０）の割合（永久生長率／％）を算出した。各試料に係る永久生長率と累積した加熱時間（保持時間）との関係を図１に示した。
【００５１】
また、図２に示す熱履歴を加えたときの各試験片の長さの変化を熱応力歪測定装置（セイコーインスツルメンツ株式会社製  ＴＭＡ／ＳＳ６０００）で測定した。この結果を図２に併せて示した。
【００５２】
さらに、各試験片を室温（ＲＴ）から１００℃、２００℃、３００℃または４００℃へ加熱して、各加熱過程における線膨張係数（ＣＴＥ）を熱応力歪測定装置（セイコーインスツルメンツ株式会社製  ＴＭＡ／ＳＳ６０００）で測定して求めた。この結果を図３に示した。
【００５３】
（３）評価
図１から明らかなように、試料１は保持時間が長くなっても、永久生長率は略０％のままであった。一方、従来の熱処理型Ａｌ合金からなる試料Ｃ１、試料Ｃ２は、加熱初期に永久生長率が正側へ大きく変化した後、逆に、永久生長率が負側へ遷移して安定しなかった。
【００５４】
同様のことは図２からも明らかである。つまり試料１は、室温（ＲＴ）→高温（３５０℃）→室温という熱履歴を受けても寸法変化（永久生長）はなかった。一方、試料Ｃ１、試料Ｃ５は、同様な熱履歴により、初期長さから１０〜３０μｍ程度も長くなった。永久生長率でいうと、試料１：略０％（０．００１％以下）、試料Ｃ１：０．０６％、試料Ｃ５：０．１％となった。これらの結果から、試料１に係る締結具を用いることにより、熱履歴を受ける場合でも安定した締付力または軸力の確保を図れることがわかった。一方、試料Ｃ１や試料Ｃ５に係る締結具では、緩みや脱着困難な状況を招き得ることもわかった。
【００５５】
図３からわかるように、ＣＴＥの温度依存性は、試料１も試料Ｃ１、Ｃ５とほぼ同様な傾向を示すことも確認できた。
【００５６】
《焼成めっき層の形成》
（１）清浄工程
上述した素材を同様に冷間スエージ加工、外周切削した基材（φ８ｍｍ×２５ｍｍ）を、水酸化ナトリウム水溶液（濃度５０ｇ／Ｌ）でアルカリエッチングして、その表面に形成されていた酸化皮膜を除去した（エッチング工程）。これを水洗した後、その表面にできたスマットを硝酸水溶液（濃度３０％）で除去し、さらに水洗した（デスマット工程）。こうして基材表面を清浄化した（清浄工程）。
【００５７】
（２）活性化工程
清浄化した基材を、さらに、ｐＨ１１．５の炭酸ナトリウム水溶液に浸漬して活性化処理をした。この活性化処理を基材の標準（自然）電極電位が−１．４〜−１．３５Ｖ（ｖｓＡｇ／ＡｇＣｌ）にシフトするまで継続した。なお、標準電極電位は該測定液に活性化処理後の基材及びＡｇ／ＡｇＣｌ電極を浸漬、電位差計により測定した。こうしてジンケート処理をせずに直接めっきをするための前処理を行った。
【００５８】
（３）めっき工程
前処理をした基材を、９０℃のめっき液中に６０分間浸漬した。めっき液には、市販されている無電解ニッケルリンめっき液（奥野製薬工業株式会社製トップニコロンＢＬ）を用いた。こうして基材表面に無電解めっき層を形成した。
【００５９】
（４）焼成工程
無電解めっき処理後の基材を加熱炉に入れて大気圧雰囲気中で１時間加熱した。加熱温度（焼成温度）は、２５０℃、３００℃、３５０℃または４００℃とした。こうして基材表面に焼成めっき層が形成された試験片を得た。試験片（焼成温度：３５０℃）の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察したところ、焼成めっき層の膜厚は約１０μｍであった。
【００６０】
《基材とめっき層の特性》
（１）硬さ
異なる焼成温度で加熱した各試験片を切断して、切断面の基材部分とめっき層部分との硬さをそれぞれ、室温状態でマイクロビッカース硬度計（株式会社アカシ製ＭＶＫ−Ｅ）により測定した。このとき、試験荷重：０．２４５Ｎ、保持時間：２０秒とした。この測定をそれぞれ５回行い、各部の硬さの平均値を図４と図５にそれぞれ示した。
【００６１】
なお、参考までに、図４には、試料Ｃ３と試料Ｃ４を同様な温度で加熱したときの硬さの変化も併せて示した。また、めっき層の硬さを示した図５には、基材上に形成した溶射アルミナ層とクロムめっき層の一般的な表面硬さも併せて示した。
【００６２】
（２）評価
図４から明らかなように、試料１に係るＡｌ合金は、他の試料のＡｌ合金とは異なり、４００℃まで加熱しても硬さが１５５〜１７５Ｈｖ内（変化幅：５〜１５Ｈｖ）で安定しており、殆ど変化しなかった。
【００６３】
図５から明らかなように、無電解めっき層を２５０℃位まで加熱しても、その硬さは４５０〜５５０Ｈｖ程度で殆ど変化しなかった。しかし、そのめっき層を２５０℃以上（特に３００℃以上）に加熱すると、硬さが９５０〜１３５０Ｈｖ位まで急激に上昇した。
【００６４】
２５０℃で加熱しためっき層の表面をＸ線を用いて測定したところ、Ｘ線回折ピークはブロードであり、そのめっき層は非晶質状態にあることがわかった。一方、４００℃で加熱しためっき層を同様に測定したところ、明確なＸ線回折ピークが現れ、そのめっき層は結晶質状態にあることがわかった。なお、そのＸ線回折ピークは、主にＮｉとＮｉ３Ｐを示すものであった。
【００６５】
（３）考察
以上のことを踏まえて、試料１に係るＡｌ合金は、寸法安定性に優れ、高温環境下で使用されても、大きな強度や硬さを安定的に発揮し得ることが明らかなとなった。従って、このようなＡｌ合金からなる締結具は、仮に高温環境下（素材の製造温度未満／熱間押出温度未満）で使用されても、大きな締付力（軸力）を安定的に維持し得ることが明らかとなった。
【００６６】
また、そのようなＡｌ合金からなる基材表面に形成されるめっき層は、３００℃以上の加熱により、非常に硬質な焼成めっき層となるため、焼成めっき層で被覆された締結具は、優れた高温特性に加えて、高い耐摩耗性や耐食性を発揮し得ることも明らかとなった。
【００６７】
（４）Ａｌ合金
試料１と組成が異なるＡｌ合金についても、試料１の場合と同様な結果が得られることを確認した。そのようなＡｌ合金組成を表１に例示した。
【００６８】
【表１】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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