CN102804266A - 用于垂直磁记录介质中软磁性膜层的CoFeNi-系合金和溅射靶材料 - Google Patents

用于垂直磁记录介质中软磁性膜层的CoFeNi-系合金和溅射靶材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种提供一种具有优异的饱和磁通密度、非晶形性、耐腐蚀性和硬度的用于垂直磁记录介质的软磁性Co-Fe-Ni合金。所述Co-Fe-Ni合金包含以原子％计的以下各项：70至92％的Co+Fe+Ni(包括0％的Ni)，1至8％的Ta；和多于7％但是20％以下的B。Co-Fe-Ni合金的组成(以原子％表达)满足如下各项的比率：0.1至0.9的Co/(Co+Fe+Ni)；0.1至0.65的Fe/(Co+Fe+Ni)；0至0.35的Ni/(Co+Fe+Ni)；以及1至8的的B/Ta。

Description

用于垂直磁记录介质中软磁性膜层的CoFeNi-系合金和溅射靶材料
[相关申请的交叉引用]
本申请要求2009年6月10日提交的日本专利申请2009-139151的优先权，该日本专利申请的全部内容都通过引用结合在此。
[技术领域]
本申请涉及一种用于垂直磁记录介质中的软磁性膜层的CoFeNi-系合金，及其溅射靶材料。
[背景技术]
近年来，磁记录技术已经有了显著的进步，并且在磁记录介质中的记录密度的提高由于增加驱动器容量而进展。例如，垂直磁记录系统已经投入到实际使用中，其相比于通常使用的纵向磁记录系统实现了更高的记录密度。垂直磁记录系统是一种易磁化轴在垂直于垂直磁记录介质的磁性膜的介质表面的方向上取向并且适合用于高记录密度的系统。对于垂直磁记录系统，已经开发了一种具有记录灵敏度增加的磁性记录膜层和软磁性膜层的双层记录介质。作为磁记录膜层，通常使用CoCrPt-SiO2-系合金。
至于软磁性膜层，另一方面，已知有基于Co或Fe的软磁性元素的合金，所述合金中添加了Zr、Hf、Ta、Nb和B以用于改善非晶形性质。例如，提出了一种如在专利文献1中公开的用于在垂直磁记录介质中的软磁性膜层的合金，如在专利文献2中公开的一种Co-Fe-系合金溅射靶材料及其制备方法。
对于在这种垂直磁记录介质中的软磁膜层，需要高饱和磁通量密度、高非晶形性质和高的耐腐蚀性。此外，近年来，软磁性膜层更需要硬度，以降低由磁记录介质用磁盘和读/写头之间的接触所引起的磁盘损伤。
[引用清单]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利公开公布2008-299905
[专利文献2]日本专利公开公布2008-189996
[发明内容]
申请人已经发现，能够获得具有高饱和磁通密度、高非晶形性质和高耐腐蚀性的合金，以及通过将B量与Ta和/或Nb量的比率设定为某一比率，该合金甚至比在专利文献1中提出的合金具有更高的硬度。
因此，本发明的目的是提供一种具有优异饱和磁通量密度、非晶形性质、耐腐蚀性和硬度的垂直磁记录介质用的软磁性合金；一种用于制备所述合金的膜的溅射靶材料；以及一种具有由所述合金制备的软磁性膜层的垂直磁记录介质。
根据本发明的第一实施方案，提供一种用于在垂直磁记录介质中软磁性膜层的CoFeNi-系合金，其中所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的如下各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Ta：1至8％；以及
B：多于7％且不多于20％，
其中CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；以及
B/Ta：1至8。
根据本发明的第二实施方案，提供了一种用于在垂直磁记录介质中的软磁性膜层的CoFeNi-系合金，其中所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的下列各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Nb+Ta：1至8％；以及
B：多于7％并且不多于20％，
其中所述CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；以及
B/(Nb+Ta)：1至8。
根据本发明的第三实施方案，提供一种用于在垂直磁记录介质中的软磁性膜层的CoFeNi-系合金，其中所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的下列各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Zr+Hf+Nb+Ta：1至8％；
B：多于7％并且不多于20％；
Zr+Hf：0至小于2％；以及
Al+Cr：0至5％，
其中所述CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；和
B/(Nb+Ta)：1至8。
根据本发明的另一个实施方案，提供一种由根据上述每一个实施方案的CoFeNi-系合金制备的溅射靶材料。
根据本发明的再另一个实施方案，提供一种具有由根据上述每一个实施方案的CoFeNi-系合金制备的软磁性膜层的垂直磁记录介质。
[实施方面描述]
下面详细解释本发明。除非另外指出，在本文中描述的百分比(％)是指原子％(at％)。
本发明涉及一种用于在垂直磁记录介质中的软磁性膜层的CoFeNi-系合金。所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的以下各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Ta：1至8％(第一实施方案)、Nb+Ta：1至8％(第二实施方案)，或Zr+Hf+Nb+Ta：1至8％(第三实施方案)；以及
B：多于7％并且不多于20％，优选地基本上由上述元素组成，并且更优选地由上述元素组成。根据第三实施方案的CoFeNi-系合金可以进一步包含0至小于2％的量的Zr+Hf；和0至5％的量的Al+Cr。在从第一至第三的每一个实施方案中，CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；和
B/Ta：1至8。
Co、Fe和Ni是具有软磁性的元素。Co、Fe和Ni的含量分别优选但不限于：9至80％的Co含量；5至60％的Fe含量；和0至40％的Ni含量，更优选地，25至80％的Co含量；15至52％的Fe含量和0至10％的Ni含量。在本发明的合金中的Co、Fe和Ni的总含量(即，Co+Fe+Ni含量)是70至92％，优选80至92％。少于70％的Co+Fe+Ni含量导致饱和磁通密度不足，而多于92％的Co+Fe+Ni含量导致Zr、Hf、Ta、Nb和B的总量低，由此提供非晶形性不足。
同时，当包含这三种元素时，饱和磁通密度总体上以Fe＞Co＞Ni的次序变得更低，而耐腐蚀性总体上以Ni＞Co＞Fe的次序变得更差。考虑到饱和磁通密度和耐腐蚀性之间的平衡，Co、Fe和Ni含量与Co+Fe+Ni含量的比率落入在下列的范围内：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9，优选0.3至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65，优选0.2至0.55；以及
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35，优选0至0.10。大于0.35的Ni/(Co+Fe+Ni)导致饱和磁通密度不足。小于0.1的Fe/(Co+Fe+Ni)导致饱和磁通密度不足，而大于0.65的Fe/(Co+Fe+Ni)导致差的耐腐蚀性。
以这样的方式测定Ni/(Co+Fe+Ni)和Fe/(Co+Fe+Ni)的范围导致Co/(Co+Fe+Ni)的下限为零(0)(在Ni/(Co+Fe+Ni)＝0.35和Fe/(Co+Fe+Ni)＝0.65的情况下)。当Co含量非常低时，存在奇点(singularity)，在该点处饱和磁通密度在Ni/(Fe+Ni)的0.25至0.40的范围内或附近变得非常低。因此，Co/(Co+Fe+Ni)的下限是0.10。另一方面，Co/(Co+Fe+Ni)的上限是0.9(在Ni/(Co+Fe+Ni)＝0和Fe/(Co+Fe+Ni)＝0.1的情况下)。
Ta、Nb和B是用于改善本发明的合金中的非晶形性质的元素。Ta、Nb和B的含量分别优选但不特别限于：1至8％的Ta含量；不多于5％的Nb含量和多于7％并且不多于20％的B含量，更优选：2至6％的Ta含量；0至3％的Nb含量和7.5至15％的B含量。在本发明的合金中，Nb和Ta的总含量(即，Nb+Ta含量)为1至8％。少于1％的Nb+Ta含量导致非晶形性不足，而多于8％的Nb+Ta含量导致饱和磁通密度不足。不多于7％的B含量导致非晶形性不足，而多于20％的B含量导致饱和磁通密度不足。
在本发明的合金中，B含量与Ta+Nb含量的比率B/(Ta+Nb)是1至8，优选1.5至6。在这些范围内，可以实现史无前例高的硬度。尽管实现高硬度的具体机理是不确定的，但是在合金中的B原子和Ta原子和/或Nb原子之间的结合可能具有一些效果。小于1或大于8的B/(Ta+Nb)提供的硬度不足。
Zr和Hf是改善非晶形性的元素。Zr和Hf的含量分别优选但不限于：不多于2％的Zr含量；和不多于1.0％的Hf含量。Zr、Hf、Nb和Ta可以以1至8％的Zr+HF+Nb+Ta总含量添加，而Zr和Hf可以以0至小于2％的Zr+HF总含量添加。这个实施方案对应于本发明的第三实施方案。少于1％的Zr+Hf+Nb+Ta含量导致非晶形性不足，而多于8％的Zr+Hf+Nb+Ta含量导致饱和磁通密度不足。不少于2％的Zr+Hf含量导致硬度降低。
Al和Cr在本发明的合金中是用于改善耐腐蚀性的元素。Al和Cr的含量分别优选但不限于：不多于3％的Al含量，和不多于3％的Cr含量。Al和Cr的总含量(即，Al+Cr含量)的上限为5％。多于5％的Al+Cr含量导致饱和磁通密度降低。
通常地，在垂直磁记录介质中的软磁性膜层通过如下形成：在玻璃基材等上溅射具有与膜层的组成相同的溅射靶材料而形成膜层。此时，溅射膜进行淬火。相反，在下面描述的本发明的实施例和比较例中，在单辊式液体淬火装置中制备的淬火带被用作样品材料。以使用液体淬火带的简单方式评价各种性质是如何受实际淬火并且通过溅射形成的膜的组分的影响的。
[实施例]
下面参考实施例详细地解释本发明。称量30g具有表1显示的淬火带组成的原料在水冷却的铜模具中利用减压在Ar中电弧熔融，以提供用于淬火带的熔融原料，所述模具具有约10mm的直径和约40mm的长度。淬火带的制备是通过单辊法在以下条件下进行的：熔融原料被设置在直径为15mm的二氧化硅管中并且从直径为1mm的排放喷嘴中排放，在61kPa的气氛压力下，在69kPa的雾化压力差以及在3000rpm的铜辊(300mm的直径)的转数，铜辊和排放喷嘴之间的间隙被设定为0.3mm。每一种原料在熔化时所处的温度被认为是排放温度。
Figure BDA0000131522910000071
以上述方式制备的淬火带用作样品材料以评价下面描述的性质。
评价1：饱和磁通密度
由VSM装置(振动样品型磁力计)，在1.2MA/m(15kOe)的外加磁场下，对约15mg样品材料测定饱和磁通密度(T)。
评价2：非晶形性(半峰宽)
通过X-射线衍射评价淬火带的非晶形性。通常地，当测量非晶形材料的X-射线衍射图时，没有观察到显示专属于非晶形材料的光环图案(halo pattern)的衍射峰。尽管在不完全非晶形的材料中观察到衍射峰，但是峰的高度低于晶体材料的峰高度，从而显示具有大的半峰宽(强度是衍射峰强度一半时所处角度的宽度)的宽峰。这种半峰宽度与材料的非晶形性质相关，并且具有的特征是，当非晶形性更高时，则衍射峰随着半峰宽的增加而变得更宽。因此，非晶形性通过下面的方法评价。
使用双面胶将样品材料附着在玻璃板上以通过X-射线衍射装置获得衍射图。此时，样品材料被附着在玻璃板上，以使得被测量的表面能够是淬火带的铜辊接触表面。X-射线源是Cu-kα射线，并且以4°/min的扫描速度进行测量。对衍射图中的主峰的半高度处的角度的宽度进行图像分析，以确定用于评价非晶形性的半峰宽。
评价3：耐腐蚀性
用双面胶将样品材料附着到玻璃板上，然后进行盐雾试验，其中样品材料在35℃暴露于5％NaCl溶液喷雾16小时，以根据下列标准评价淬火带的耐腐蚀性。
差：在整个表面上生锈
一般：在某些部位上生锈
良好：几乎不发生生锈
评价4：维氏硬度
淬火带被纵向埋入到树脂中，并且进行抛光，以通过维氏硬度测试仪测量淬火带的维氏硬度(HV)。测量负荷为50g，并且基于n＝10的平均值进行评价。缺口尺寸为约10μm。
这些评价试验的结果显示在表2中。
表2
Figure BDA0000131522910000101
在表1中，实施例1至9是本发明的实施例，而实施例10至20是比较例。
如在表1中所示，由于低的Ta和B含量、高的(Co+Fe+Ni)含量和低的(Zr+Hf+Nb+Ta)含量，甚至由于高的B/(Nb+Ta)值，实施例10产生低的半峰宽和低的维氏硬度。实施例11由于高的B/(Nb+Ta)值而导致低的维氏硬度。实施例12由于低的B/(Nb+Ta)值而导致低的维氏硬度。
实施例13由于高的B含量和低的(Co+Fe+Ni)含量而导致低的饱和磁通密度。实施例14由于高的(Zr+Hf+Nb+Ta)含量和高的(Zr+Hf)含量而导致低的饱和磁通密度和低的维氏硬度。实施例15由于高的(Al+Cr)含量而导致低的饱和磁通密度。实施例16由于低的Co/(Co+Fe+Ni)值而导致低的饱和磁通密度。
实施例17由于高的Co/(Co+Fe+Ni)值和低的Fe/(Co+Fe+Ni)值而导致低的饱和磁通密度。实施例18由于高的Fe/(Co+Fe+Ni)值而导致差的耐腐蚀性。实施例19由于高的Ni/(Co+Fe+Ni)值而导致低的饱和磁通密度。实施例20由于高的Ta含量和高的(Zr+Hf+Nb+Ta)含量而导致低的饱和磁通密度。相反，实施例1至9全都满足本发明的要求，因而发现全部评价性质都是优异的。
如上所述，从未由常规合金实现的高硬度可以通过在同时添加Ta和/或Nb和B并且将B/(Nb+Ta)比率设定为某一比率而获得。这使得能够提供具有优异磁性质、非晶形性、耐腐蚀性和硬度的合金。

Claims (9)

1.一种用于在垂直磁记录介质中软磁性膜层的CoFeNi-系合金，其中所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的如下各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Ta：1至8％；以及
B：多于7％且不多于20％，
其中CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；以及
B/Ta：1至8。
2.一种用于在垂直磁记录介质中的软磁性膜层的CoFeNi-系合金，其中所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的下列各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Nb+Ta：1至8％；以及
B：多于7％并且不多于20％，
其中所述CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；以及
B/(Nb+Ta)：1至8。
3.一种用于在垂直磁记录介质中的软磁性膜层的CoFeNi-系合金，其中所述CoFeNi-系合金包含以原子％计的下列各项：
Co+Fe+Ni：70至92％，条件是Ni含量可以为0；
Zr+Hf+Nb+Ta：1至8％；
B：多于7％并且不多于20％；
Zr+Hf：0至小于2％；以及
Al+Cr：0至5％，
其中所述CoFeNi-系合金的组成(原子％)满足下列比率：
Co/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.9；
Fe/(Co+Fe+Ni)：0.1至0.65；
Ni/(Co+Fe+Ni)：0至0.35；和
B/(Nb+Ta)：1至8。
4.一种溅射靶材料，所述溅射靶材料由根据权利要求1所述的CoFeNi-系合金制成。
5.一种溅射靶材料，所述溅射靶材料由根据权利要求2所述的CoFeNi-系合金制成。
6.一种溅射靶材料，所述溅射靶材料由根据权利要求3所述的CoFeNi-系合金制成。
7.一种垂直磁记录介质，所述垂直磁记录介质具有由根据权利要求1所述的CoFeNi-系合金制成的软磁性膜层。
8.一种垂直磁记录介质，所述垂直磁记录介质具有由根据权利要求2所述的CoFeNi-系合金制成的软磁性膜层。
9.一种垂直磁记录介质，所述垂直磁记录介质具有由根据权利要求3所述的CoFeNi-系合金制成的软磁性膜层。
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