CN103173666A - 磁盘用铝合金基板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种对应热辅助方式的磁盘用铝合金基板，含有Mg：3.5质量％以上、6质量％以下，余量由Al和不可避免的杂质构成，模拟磁性膜的成膜的在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下。

Description

磁盘用铝合金基板及其制造方法

技术领域

本发明涉及磁盘用铝合金制的基板及其制造方法。

背景技术

作为面向磁盘用基板的铝合金板，出于具有硬盘驱动器用的耐冲击性所要求的充分的强度，能够得到充分的表面平滑性等的理由，而使用JISH4000所规定的5086合金(Al-Mg合金)。此外，如以下所示，还开发出抑制表面的微小的凹凸和波纹，使平滑性提高的铝合金板。

在特开昭61-91352号公报(以下，称为专利文献1。)中公开的发明是，为了成为含有Mg：3～6质量％，结晶粒径抑制在25μm以下的磁盘基板用Al合金板，而在用于平坦化的应变矫正退火中，以10℃/分钟以上加热到280～550℃，在同温度范围内保持1～60分钟后，以0.5～10℃/分钟冷却至150℃。由此，能够实现微小波纹的发生少，精密切削性优异，并且也能够充分对应磁盘的高记录密度化。

在特开平4-99143号公报(以下，称为专利文献2。)中公开有一种磁盘铝合金，其含有Mg：3.0～5.0质量％、规定量的Fe、Si、Cu，Zn：低于0.05质量％，还含有Ga：50～400ppm、Be：0.5～100ppm，使7μm以上的金属间化合物为10个/mm²以下。通过将Zn限制得低于规定值，使Ga、Be在特定的范围，镜面加工性和耐腐蚀性良好，还会形成均匀微细的Ni-P镀膜。

在特开平2-205651号公报(以下，称为专利文献3。)中公开有一种磁盘基板用铝合金，其含有Mg：1～8质量％，作为杂质元素限制Si、Fe，并且Ga：限制在150ppm以下。通过将Ga限制在规定值以下，可抑制来自基体的金属间化合物的脱落，难以产生表面缺陷。

在专利第3875175号公报(以下，称为专利文献4。)中公开有一种磁盘用铝合金基板，其含有Mg：3.0～6.0质量％、Zn：0.25～1.0质量％，还含有规定量的Cu、Cr，将Fe、Si的各含量限制在0.05质量％以下，存在于结晶晶界的最大宽度0.02μm以上、最大长度0.1μm以上的Al-Mg-Zn系金属间化合物的数量平均每1mm为1个以下。此外作为其堆垛退火条件，是在300～400℃保持30分钟以上后，在350～200℃的温度范围以200℃/分钟以上的冷却速度急速冷却。通过使Zn在特定的范围，抑制反映在锌酸盐处理后的铝合金基板表面生成的晶粒的分布的花样(晶粒花样)的形成，从而抑制Ni-P镀膜表面的微小的凹凸的发生，结果是在表面不会发生微小的波纹，能够得到高平坦度和高平滑度的表面。

近年来，记录高密度化的要求极其强烈，记录密度逐年提高，但为了高记录密度化而要求磁性粒子的微细化。但是，一般随着磁性粒子的微细化而矫顽磁力降低，因此在室温左右的热能下也会产生被称为退磁的“热起伏”的现象，不能保持记录的数据、即磁化方向。因为热起伏，所以现行的垂直记录方式下的记录密度的极限为1Tb/inch2(太比特每平方英寸)。因此，作为实现更高密度记录化的技术，热辅助磁记录方式受到注目。

在热辅助磁记录方式中，一边用激光等瞬间加热磁盘上要进行记录的微小区域，一边以磁头使加热的微小区域成为期望的磁化方向而记录数据。通过加热至磁性材料的居里温度邻域，临时性地降低矫顽磁力，若回到常温，则矫顽磁力恢复，因此能够适用的是，具有即使是微细化的磁性粒子也不会退磁这样的高矫顽磁力，在至今为止的磁头中不能进行记录的磁性材料。即如此以热辅助磁记录方式进行记录，则能够使磁性粒子的微粒子化和稳定的记录并立，据此，面向超高密度记录化的实现的研究、开发推进。

在此，作为适合热辅助磁记录方式的磁性材料，已知有FePt系合金。该FePt系合金在成膜时需要以400～500℃左右这样的高温进行数秒～10秒左右的热处理。

然而，已知用于现有的磁盘的磁性膜的成膜是300℃以下的溅射，在现有的JIS5086合金和专利文献1～4所述的磁盘用铝合金基板中，若加热到500℃的高温，则由于变形而平坦度恶化。还有，通过热辅助磁记录方式进行的写入本身，限定在磁盘的磁性膜的微小区域并且瞬间性地只以极短时间被加热，因此对磁盘用铝合金基板几乎没有影响。另外，在热辅助磁记录方式对应的磁盘中，作为磁性膜的衬底膜，应用的是表面的平滑性不会由于磁性膜在成膜时的高温的加热而受损，并且具有磁性的非高耐热性的非磁性膜。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供一种即使加热到500℃这样的高温也能够抑制平坦度的恶化的磁盘用铝合金基板及其制造方法。

本发明者们，对于强度比以往高，并且即使加热到500℃这样的高温，平坦度的变化也很小的铝合金基板进行锐意研究，其结果发现，通过以下这样的手段能够解决所述课题，从而完成了本发明。

即本发明的磁盘用铝合金基板，其特征在于，由含有Mg：3.5质量％以上、6质量％以下，余量是Al和不可避免的杂质组成的铝合金构成，在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下。另外，所述铝合金优选还含有：Cr：0.05质量％以上、0.6质量％以下；Mn：0.05质量％以上、1.5质量％以下；Zr：0.05质量％以上、0.6质量％以下中的至少一种。

如此，因为含有规定量的Mg，所以能够确保作为磁盘用铝合金基板需要的强度，另外，因为在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量控制在5μm以下，所以能够成为用于需要500℃的高温处理的磁盘的铝合金基板。此外通过含有Cr、Mn、Zr，强度进一步提高，另外即使加热，晶粒的粗大化也得到抑制，成为表面的平滑性难以降低的磁盘用铝合金基板。

另外，本发明的磁盘用铝合金基板的制造方法，是进行将所述铝合金构成的铝合金板加以成形的成形工程，和通过堆垛退火使所述成形的铝合金板平坦化的堆垛退火工序的方法，其特征在于，所述堆垛退火工序，在加热速度2℃/分钟以下将所述成形的铝合金板加热到400℃以上，在400℃以上保持2小时以上后，以冷却速度2℃/分钟以下冷却至200℃以下。

这种情况下，能够制造在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下的本发明的磁盘用铝合金基板。

具体实施方式

以下，详细地说明用于实施本发明的磁盘用铝合金基板及其制造方法的方式。

〔磁盘用铝合金基板〕

本发明的磁盘用铝合金基板，是磁盘、特别是热辅助磁记录方式对应的磁盘的平坦度得到了矫正的基板(坯体)，对表面进行磨削，在其上形成用于得到刚性的衬底膜后，再形成FePt系合金这样具有高矫顽磁力的磁性膜而成为磁盘。本发明的磁盘用铝合金基板，对形状和尺寸没有特别规定，可以是板厚0.78～1.8mm、外径66～96mm、内径19～24mm的圆环形状的板，能够适用于一般的2.5～3.5英寸型的磁盘的坯体。

本发明的磁盘用铝合金基板(以下，称为铝合金基板)，由含有Mg：3.5质量％以上、6质量％以下，余量是Al和不可避免的杂质所组成的铝合金构成。另外，在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下。首先，对于形成本发明的铝合金基板铝合金构成的各要素进行说明。

(Mg：3.5质量％以上、6质量％以下)

Mg是用于得到作为磁盘用的铝合金基板需要的强度(屈服强度95MPa以上)的必须元素的。强度不充分时，在磁盘制造时，例如容易因落下时的冲击而变形，或在记录时容易因与磁头的接触而受伤，因此不能够满足硬盘驱动器的耐冲击性的规格。为了达到充分的强度，Mg的含量为3.5质量％以上，优选为3.8质量％以上，更优选为4质量％以上，进一步优选为4.5质量％以上。另一方面，若Mg的含量超过6质量％，则热裂纹敏感性变高，热轧中有可能产生裂纹。因此，Mg的含量为6质量％以下，优选为5.5质量％以下，进一步优选为5质量％以下。

形成本发明的铝合金基板的铝合金，除了所述的Mg：3.5质量％以上、6质量％以下以外，优选还含有Cr：0.05质量％以上、0.6质量％以下，Mn：0.05质量％以上、1.5质量％以下，Zr：0.05质量％以上、0.6质量％以下中的至少一种。

(Cr：0.05质量％以上、0.6质量％以下，Mn：0.05质量％以上、1.5质量％以下，Zr：0.05质量％以上、0.6质量％以下的至少一种)

Cr、Mn、Zr分别具有提高铝合金的强度的效果，为了得到该效果，优选含有这些元素的至少一种为0.05质量％以上。另外，Cr、Mn、Zr分别还有抑制因加热造成的晶粒的粗大化的效果，能够防止堆垛退火，或者还有500℃的高温下的磁性膜的成膜造成的表面的平滑性的降低。为了得到该效果，更优选Zr与所述同样为0.05质量％以上，Cr为0.2质量％以上，Mn为0.3质量％以上。另外，通过使Cr、Mn、Zn的2种以上组合含有，即使是低于所述范围的含量，也能够得到同等的效果。另一方面，若Cr、Zr超过0.6质量％，Mn超过1.5质量％，则铝合金的熔点变高，因此熔化时熔化残留，熔汤的粘度变高，存在铸造困难的情况。此外Cr系、Mn系、Zr系的粗大的初晶结晶出来，若将这样的铝合金基板制成成磁盘，则装入磁盘驱动器时，有可能产生磁头划碰。因此，Cr的含量为0.05～0.6质量％，Mn的含量为0.05～1.5质量％，Zr的含量为0.05～0.6质量％。

(不可避免的杂质)

作为不可避免的杂质，例如可列举Si、Fe、Cu、Zn、Ti、B、V。Si、Fe形成金属间化合物，因此含量越少越优选，但只要Si：0.03质量％以下、Fe：0.05质量％以下便对本发明的期望的效果没有影响。另外，如果Cu：0.07质量％以下、Zn：0.38质量％以下、Ti、B、V：各0.01质量％以下，便对本发明的期望的效果没有影响。

(在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量：5μm以下)

本发明的铝合金基板，可以成为适合热辅助磁记录方式的具备FePt系合金作为磁性膜的用于磁盘的基板。因此，模拟FePt系合金膜的成膜的热处理，在500℃进行10秒钟的加热，控制前后的平坦度的变化量。若铝合金基板的平坦度发生超过5μm的变化，则得不到制造成磁盘时所需要的平坦性，因此作为磁盘用的基板不适合。因此，在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下，越少越优选。这样的抑制了高温下的应变的铝合金基板，能够根据后述的制造方法(堆垛退火条件)而取得。还有，所谓铝合金基板的平坦度，就是铝合金基板的表面的最高点和最低点的差(P-V值)，例如能够通过半导体激光器的干涉条纹测量。

〔磁盘用铝合金基板的制造方法〕

本发明的磁盘用铝合金基板，与现有的制造方法一样，通过进行如下的工序来制造：对于所述成分的铝合金进行熔化、铸造、均质化处理、热轧，冷轧，再在途中根据需要进行退火(粗退火和中间退火)而成为轧制板(铝合金板)，通过对该铝合金板进行冲孔等而成形为圆环形状等的期望的形状的成形工序；从两面加压所成形的铝合金板的状态而进行退火(堆垛退火)，由此矫正成形时的应变而使之平坦化的堆垛退火工序(積付け焼鈍工程)。本发明的磁盘用铝合金基板，直至成形工序都能够与公知的制造方法一样，如前述，根据堆垛退火工序的条件抑制高温的处理的应变。以下，对于本发明的磁盘用铝合金基板的堆垛退火条件详细地说明。

如专利文献1中也有所记述的，历来，为了使晶粒微细化，对堆垛退火温度来说，以10℃/分钟以上加热，如专利文献4所述，从防止Al-Mg-Zn系金属间化合物向晶界的析出的观点出发，在堆垛退火后(温度保持后)以200℃/分钟以上进行急速冷却。但是，发明者锐意研究时发现，为了防止以500℃这样的高温进行处理时的平坦度的恶化，重要的是防止堆垛退火的加热中和冷却中的热应变。加热到500℃时的铝合金基板的变形，被认为是由于铝合金基板的内部应变释放而产生的。因此，需要在堆垛退火时完全除去内部应变。另外，为了极力防止加热(升温)时和退火后的冷却(降温)时的铝合金基板的表面和端面与内部的温度差造成的热应力的导入，需要避免剧烈的温度变化、即急速加热和急速冷却。另一方面，晶粒的粗大化等，通过如前述通过控制铝合金的成分来加以抑制。

因此，本发明的磁盘用铝合金基板的制造方法，是成形由所述成分的铝合金构成的铝合金板，以堆垛退火使之平坦化时的堆垛退火，则将成形的铝合金板在加热速度2℃/分钟以下加热至400℃以上，在400℃以上保持2小时以上后，再以冷却速度2℃/分钟以下冷却至200℃以下。

在堆垛退火中从两面加压铝合金板的方法，能够应用公知的方法。作为一例，是将成形的铝合金板多张重叠，再从两端用厚20～30mm的一对的夹具(垫片：スペ一サ)夹住，垫片之间用弹簧连接而向彼此要接近的方向加压，以该状态进行退火。铝合金板由于被加压而被矫正为与垫片同程度的平坦度，再以此状态退火，从而形状被固定，另外残留应力被除去。还有，以弹簧的加压，能够以堆垛退火所施行的一般的压力进行。

(加热速度：2℃/分钟以下，冷却速度：2℃/分钟以下)

无论加热速度超过2℃/分钟时和冷却速度超过2℃/分钟时，由于热应力的发生都有导致内部容易残留应变，磁性膜的溅射中的急速加热时，平坦度的变化量增加。加热速度快时，还因为热难以传导到堆叠的铝合金板的内部而加热不充分，存在应变无法完全除去的情况。因此，向退火温度(保持温度)加热的速度为2℃/分钟以下，保持后的冷却速度为2℃/分钟以下。还有，保持后的冷却，以所述的冷却速度进行冷却直至200℃以下。至200℃冷却期间，因为内部应变被除去，所以其后也可以进行急速冷却。优选以所述的冷却速度进行冷却直至达到150℃以下。

(退火温度：400℃以上，保持时间：2小时以上)

若堆垛退火的退火温度低于400℃，或保持时间低于2小时，则不能在堆垛退火时完全除去磁盘用铝合金基板的残留应变，因此由于磁性膜的溅射中的急速加热导致平坦性恶化。另外，由于残留应变，晶粒的稳定性也降低，加热时晶粒容易粗大化。因此，堆垛退火的退火温度为400℃以上，保持时间为2小时以上。退火温度即使过高，效果也不会提高，此外晶粒还异常生长，因此优选为450℃以下。同样，即使保持时间超过5小时而进行堆垛退火，效果也不会提高，生产率降低。

以上，根据本发明的磁盘用铝合金基板及其制造方法，通过规定量含有Mg，可以确保作为磁盘用铝合金基板需要的强度，通过使500℃下加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下，即使以加热到500℃的溅射进行急速加热，也可以抑制平坦度的恶化。

接下来，例示满足本发明的要件的实施例，和不满足的比较例，对于本发明的磁盘用铝合金基板及其制造方法进行具体地说明。

【实施例1】

熔化高纯度铝块，添加中间合金等而调整并铸造表1所示的成分的铝合金，经均质化处理、热轧、冷轧，以常规方法制作板厚1.0mm的铝合金板。将所得到的铝合金板冲压成外径66mm、内径19mm的圆环形状，堆叠各20片，以表1所示的条件(至退火温度的加热速度、退火(保持)的温度和时间、退火后的冷却速度)进行堆垛退火，制作2.5英寸类型的坯体，作为供试材。

对于制作的供试材，以如下方式，测量平坦度的变化量，评价屈服强度，显示在表1中。还有，表1的铝合金的检测界限以下的成分由“-”表示，另外，在途中的工序中由于故障而中断，不进行以下的工序以及测量和评价，表1的堆垛退火条件和测量值等一栏由“-”表示。

(平坦度的变化量)

测量供试材的平坦度，接着，作为模拟FePt系合金的溅射的加热处理，用连续退火炉以升温速度600℃/分钟升温至500℃，进行10秒加热后，在炉外通过空气喷射进行的空冷而冷却至100℃以下。加热处理后，再度测量平坦度，计算前后的平坦度的差，作为平坦度的变化量。在此，该加热处理中的加热开始温度是指室温，从该室温开始升温。还有，平坦度使用NIDEK社制FT-17，测量P-V值而得到。

(屈服强度)

切下供试材，制作JIS5号拉伸试验片，基于JISZ2241通过拉伸试验测量屈服强度。合格标准为屈服强度超过95MPa。

【表1】

*：本发明范围外  (注)余量是Al和不可避免的杂质  下线表示不满足合格标准的值

供试材No.1～17，是铝合金的成分和堆垛退火条件均在本发明的范围的实施例，500℃的加热造成的平坦度的变化量为5μm以下，作为磁盘用铝合金基板而具有充分的屈服强度。

相对于此，供试材No.18～23是铝合金的成分在本发明的范围外的比较例。供试材No.18因为Mg不足，所以强度不充分。相反，供试材No.19因为Mg过剩，所以在热轧中产生裂纹。供试材No.20～23因为Cr、Mn、Zr过剩，所以在熔解时有熔解残留，不能进行铸造。

供试材No.24～33是虽然铝合金的成分在本发明的范围，但500℃的加热造成的平坦度的变化量在本发明的范围外的比较例。还有，供试材No.24由接近供试材No.11的铝合金的成分形成，供试材No.26～28由接近供试材No.4～6的铝合金的成分形成，供试材No.29、30由接近供试材No.10、12的铝合金的成分形成。

供试材No.24～26因为堆垛退火的退火温度低，供试材No.27因为退火时间短，所以分别不能完全除去残留应变，其结果是，加热到500℃而应变释放，平坦度大幅恶化。供试材No.28、29因为向退火温度的加热速度和退火后的冷却速度急速，产生热应力，内部应变残留。供试材No.30、31因为加热速度和冷却速度急速，此外还因为退火时间短，所以内部应变残留。供试材No.32因为加热速度急速，所以其后的退火(保持)中不能除去应变。供试材No.33因为退火温度低，此外冷却速度急速，所以内部应变残留。

【实施例2】

磁盘的制造的磁性膜的溅射，有在400～500℃之间成为各种各样成膜条件的可能性。因此，在作为实施例的供试材No.4、7和作为比较例的供试材No.25、26中，以表2所示的方式使加热处理的温度和时间变化，比较平坦度的变化量。还有，关于实施例1的500℃进行10秒间的加热也一并记述。

【表2】

如表2所示，供试材No.4、7、25、26，均观察到随着加热温度和时间增加而来的平坦度降低的倾向。但是，作为实施例的供试材No.4、7，表示出与实施例1中测量的在500℃加热10秒同样良好的平坦度，特别是供试材No.7，平坦度的变化量优异达1μm以下。相以于此，供试材No.26，虽然加热温度400℃的平坦度的变化量少，但在500℃变多。此外供试材No.25，从加热温度400℃开始平坦度大幅降低。

以上，通过用于实施本发明的方式和实施例，对于本发明的磁盘用铝合金基板及其制造方法进行了详细说明。但是，本发明的宗旨并不限于这些记述而解释，而必须基于专利权利要求的范围的记述进行广义的解释。

Claims (3)

1.一种磁盘用铝合金基板，其中，所述基板的铝合金具有如下组成：

Mg：3.5质量％以上6质量％以下；余量：Al和不可避免的杂质，

并且，所述铝合金在500℃加热10秒前后的平坦度的变化量为5μm以下。

2.根据权利要求1所述的磁盘用铝合金基板，其中，

所述铝合金还含有Cr：0.05质量％以上0.6质量％以下、Mn：0.05质量％以上1.5质量％以下、Zr：0.05质量％以上0.6质量％以下中的至少一种元素。

3.一种权利要求1或2所述的磁盘用铝合金基板的制造方法，其中，具有如下工序：

形成由所述铝合金构成的铝合金板的成形工程；

通过堆垛退火使由上述成形工程成形的铝合金板平坦化的堆垛退火工程，

其中，所述堆垛退火工程是以2℃/分钟以下的加热速度将由上述成形工程成形的铝合金板加热到400℃以上，并在400℃以上保持2小时以上后，以2℃/分钟以下的冷却速度冷却到200℃以下的工序。