CN105405454A - 用于高温应用的无电涂覆磁盘及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于高温应用的无电涂覆磁盘及其制造方法。本发明提供一种用于硬盘驱动器的磁盘。该磁盘包括含有铝的衬底以及设置在该衬底上的涂层。该涂层包括Ni、X1和X2的合金，其中X1包括从由Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、In、Mn、Mo、Nb、Pb、Sb、Se、Sn、Te、W、Zn和Zr构成的组中选择的一种或多于一种元素，且其中X2包括B或P，且其中X1和X2不包括相同的元素。
Description
本申请是申请日为2011年8月2日、名称为“用于高温应用的无电涂覆磁盘及其制造方法”的中国专利申请201110224268.X的分案申请。
技术领域
本发明一般涉及硬盘驱动器，并且特别涉及用于高温应用的无电涂覆磁盘及其制造方法。
背景技术
硬盘驱动器媒介中所用的磁盘通常包括铝-镁(AlMg)衬底，该衬底被镀覆诸如镍-磷(NiP)等材料以提供光滑表面，在该光滑表面上沉积磁记录层，数据可以被存储在该磁记录层上。为了适应对增加的数据存储空间的增长需求，未来的硬盘驱动器可以利用例如EAMR(能量辅助磁记录)等技术，该技术需要具有高磁各向异性(Ku)的磁记录层。这种磁记录层可以包括需要超过300℃的沉积温度的合金。然而，当前用于提供在其上沉积磁记录层的光滑表面的Ni-P涂料不能在不显著地增加表面粗糙度的情况下承受如此热的温度。
发明内容
本发明的各个实施例通过提供具有涂层的铝质磁盘来解决上述问题，该涂层具有增加的热稳定性以便用于高Ku的磁记录层。
根据主题公开的一个方面，一种用于硬盘驱动器的磁盘包括含有铝的衬底以及设置在该衬底上的涂层。该涂层包括Ni、X1和X2的合金，其中X1包括从由Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、In、Mn、Mo、Nb、Pb、Sb、Se、Sn、Te、W、Zn和Zr构成的组中选择的一种或多于一种元素，且其中X2包括B或P，且其中X1和X2不包括相同的元素。
根据主题公开的另一个方面，一种形成用于硬盘驱动器的磁盘的方法包括以下步骤：提供含有铝的衬底；在该衬底上设置锌酸盐层；以及在该锌酸盐层上无电镀覆涂层(化学镀覆涂层)。该涂层包括Ni、X1和X2的合金，其中X1包括从由Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、In、Mn、Mo、Nb、Pb、Sb、Se、Sn、Te、W、Zn和Zr构成的组中选择的一种或多于一种元素，且其中X2包括B或P，且其中X1和X2不包括相同的元素。
应该理解本发明的前述概要以及以下详细描述是示例性和解释性的，并且意欲提供对要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括在说明书中以提供对本发明的进一步理解，并且被合并到说明书中以构成该说明书的一部分，这些附图图示说明本发明的实施例并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1图示说明根据主题公开的一个方面用在硬盘驱动器中的磁盘。
图2是流程图，其图示说明根据主题公开的一个方面形成用于硬盘驱动器的磁盘的方法。
具体实施方式
在以下详细描述中，阐述大量具体细节以提供对本发明的完整理解。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是本发明可以在没有这些具体细节中的一些的情况下被实施。在其他示例中，众所周知的结构和技术未被详细显示以避免不必要地使本发明不清楚。
图1图示说明根据主题公开的一个方面用在硬盘驱动器中的磁盘100，其包括含有铝的衬底101以及设置在该衬底上的涂层103。衬底101可以包括例如铝(Al)和镁(Mg)的合金。涂层103包括Ni、X1和X2的合金，其中X1包括从由银(Ag)、金(Au)、硼(B)、铬(Cr)、铜(Cu)、镓(Ga)、铟(In)、锰(Mn)、钼(Mo)、铌(Nb)、铅(Pb)、锑(Sb)、硒(Se)、锡(Sn)、碲(Te)、钨(W)、锌(Zn)和锆(Zr)构成的组中选择的一种或多于一种元素，且其中X2包括硼(B)或磷(P)，且其中X1和X2不包括相同的元素。根据主题公开的一个方面，涂层的厚度可以在大约1至20μm(微米)之间。
根据主题公开的一个方面，磁盘100可以进一步包括设置在衬底101与涂层103之间的锌酸盐层102。锌酸盐层102提供可有助于防止铝衬底101被氧化的屏障。根据主题公开的另一个方面，磁盘100可以还包括设置在涂层103上的磁记录层104。磁记录层104可以包括一种材料，该材料可能需要高温(例如300℃以上)沉积工艺，其包括例如Fe、Pt、Sm和Co中的一种或多于一种。
根据主题公开的某些方面，经抛光的AlMg/Ni-X1-X2磁盘与常规NiP涂覆的AlMg磁盘相比更易具有增加的热稳定性。例如，将Cu添加到NiP涂层合金有助于遏止Ni的磁性，该磁性由于Ni的结晶化和晶体成长而在高温(例如高于340℃)下的常规NiP涂层中形成。在这方面，根据主题公开的一个方面，X1可以包括Cu和另一种元素如从由B、In、Mo、Sn和W构成的组中选择的元素。相应地，根据主题公开的某些方面，例如该合金可以是四元合金如Ni-Cu-In-P(即此处X1包括Cu和In且X2包括P)、Ni-Cu-Mo-P(即此处X1包括Cu和Mo且X2包括P)或者Ni-Cu-B-P(即此处X1包括Cu和B且X2包括P)。
根据主题公开的一个方面，该合金可以包括重量百分比在大约30％和大约70％之间的Ni以及重量百分比在大约3％和大约11％之间的X2。X1的每种组分可以表示重量百分比在大约1.5％和大约42％之间的合金。
根据主题公开的一个方面，该涂层被抛光后在用原子力显微镜测量时可具有小于大约0.5nm(纳米)的粗糙度Ra。根据主题公开的一个方面，因为涂层的改进的热稳定性，它在被加热到大约450℃之后用原子力显微镜测量时维持小于大约1.0nm的粗糙度Ra。
图2是流程图，其图示说明根据主题公开的一个方面形成用于硬盘驱动器的磁盘的方法。该方法开始于步骤201，其中提供含有铝的衬底。在步骤202中，在衬底上设置锌酸盐层。根据主题公开的一个方面，该锌酸盐层可以在高ph值条件下在碱性水浴中被沉积。作为替代，该锌酸盐层可以通过酸性锌沉浸工艺而被沉积。
在步骤203中，通过无电镀膜法/化学镀膜法在锌酸盐层上提供涂层。该涂层包括Ni、X1和X2的合金，其中X1包括从由Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、In、Mn、Mo、Nb、Pb、Sb、Se、Sn、Te、W、Zn和Zr构成的组中选择的一种或多于一种元素，且其中X2包括B或P，且其中X1和X2不包括相同的元素。无电镀覆该涂层的步骤可以包括将衬底置于镀液中，该镀液包含：Ni和X1中的每一种的一种或多于一种金属源；用于还原该一种或多于一种金属源的还原剂，该还原剂包括X2；减少金属沉淀的一种或多于一种络合剂(complexor)；一种或多于一种稳定剂；以及一种或多于一种pH值调节添加剂。
根据主题公开的一个方面，该镀液可以具有在大约5与大约9之间的pH值。这一pH值范围可以允许实现X1的每种组分在大约1.5％的重量百分比和大约42％的重量百分比之间。根据主题公开的另一个方面，当衬底被置于镀液中时该镀液可以被保持在大约160°F与大约195°F之间的温度下。
根据主题公开的一个方面，该镀液可以具有小于6的金属循环(MTO)(金属开缸量，metalturnover)。例如，根据主题公开的一个方面，镀液的MTO可以被保持在大约2.0与4.5之间。将MTO保持在这些水平可允许实现经济的镀覆性能和持续可复制的镀覆结果。在镀液的寿命期间，镀液中亚磷酸盐的离析可以被用于保持稳定的亚磷酸盐浓度。
根据主题公开的一个方面，Ni的一种或多于一种金属源可以包括硫酸镍、氨基磺酸镍、醋酸镍、氯化镍、次亚磷酸镍和氟硼酸镍中的一种或多于一种。根据主题公开的另一个方面，X1的一种或多于一种金属源可以包括硫酸铜、碘酸铜、碘化铜、氯化铜、柠檬酸铟、硫酸铟、醋酸铟、钼酸、钼酸铵、钼酸钠、钨酸铵、钨酸钠和氯化铟中的一种或多于一种。
根据主题公开的一个方面，还原剂可以包括次亚磷酸盐、次亚磷酸镍、二甲胺硼烷(DMAB)、二乙胺硼烷(DEAB)(diethylamineborane)、硼烷胺(amineborane)和硼氢化钠中的一种或多于一种。根据主题公开的另一个方面，一种或多于一种络合剂可以包括柠檬酸、苹果酸、乳酸、氨基酸、酒石酸、乙二胺四乙酸(EDTA)、羧酸及其任何盐中的一种或多于一种。
根据主题公开的一个方面，一种或多于一种稳定剂可以包括Bi、Cd、Cu、Hg、In、Mo、Pb、Sb和Sn的一种或多于一种阳离子、AsO-2、MoO-4、IO3 -、NO3 -、马来酸、衣康酸、甲基丁炔醇、N,N-二乙基-2-丙炔-1-胺和2-丁炔-1,4-二醇。根据主题公开的另一个方面，一种或多于一种稳定剂可以包括碘或其化合物。稳定剂可以帮助防止镀液的分解(例如，通过防止镀液中镍粒子的成核)。
根据主题公开的一个方面，一种或多于一种pH值调节添加剂可以包括K2CO3、Na2CO3、KHCO3、NaHCO3、NaOH、KOH、NH4OH和N(CH2CH3)3中的一种或多于一种。根据主题公开的另一个方面，一种或多于一种pH值调节添加剂可以包括从由硼酸、硼砂、三乙醇胺、三亚乙基五胺(triethylenepentamine)、二亚乙基三胺、醋酸盐、丙酸盐、琥珀酸盐和己二酸盐构成的组中选择的缓冲剂。
根据主题公开的一个方面，镀液还可以包括一种或多于一种分散剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及有机硫化合物(organosulfurcompound)。
在步骤204中，根据主题公开的一个方面，可以用浆料抛光所述涂层，该浆料包括水溶液中的研磨剂。例如，该研磨剂可以包括纳米金刚石、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锗、二氧化硅、二氧化铈及其混合物中的一种或多于一种。浆料的pH值在抛光过程中可以被保持在3和9之间。
根据主题公开的一个方面，该浆料还可以包括氧化剂、络合剂以及一种或多于一种有机氨基化合物。例如，该氧化剂可以包括一种或多于一种过氧化合物(例如过氧化氢)、尿素、高锰酸盐、硝酸盐和碘酸盐。例如，该络合剂可以包括柠檬酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、丙二酸、草酸、氨基酸或其盐类中的一种或多于一种。例如，该有机氨基化合物可以包括三乙醇胺等。
根据主题公开的一个方面，浆料还可以包括腐蚀抑制剂，该腐蚀抑制剂包括苯并三唑或苯甲酰苯基羟胺。根据主题公开的另一个方面，浆料还可以包括稳定剂，该稳定剂包括月桂基硫酸铵(ammoniumlaurylsulfate)、十二烷基硫酸钠(sodiumdodecylsulfate)和月桂基硫酸钠(sodiumlaurylsulfate)中的一种或多于一种。
根据主题公开的一个实验实施例，使用示例性抛光工艺来抛光涂覆有厚度为大约10μm的Ni-X1-P涂层的AlMg磁盘，该示例性抛光工艺包括在pH值为大约2的条件下的酸性抛光步骤以及在pH值为大约9下的第二抛光步骤。在第二抛光步骤中使用胶态硅石和/或纳米金刚石作为研磨剂。为了避免化学侵蚀，第二步骤的抛光浆料并不包含活泼的氧化剂如H2O2。第二抛光步骤是以小于0.02μm/min的极低去除速率进行的且留下Ni-X1-P表面，该表面在利用常规表面活化剂的清洗步骤之后是光滑且无缺陷的(例如在10μm×10μm面积上用AFM测得的Ra为0.2nm)。未观察到对Ni-X1-P涂层的侵蚀。
根据主题公开的各种实验实施例，经抛光的AlMg/Ni-X1-P(例如其中X1＝Cu、CuMo或CuIn)磁盘与常规NiP涂覆的AlMg磁盘相比倾向于表现出增加的热稳定性。对涂覆有Ni-Cu-P的示例性AlMg磁盘进行的依赖温度的磁性测量显示出将Cu添加到涂层合金中有助于遏止Ni的磁性，该磁性由于Ni的结晶化和晶体成长而在高温(例如高于340℃)下的常规NiP层中形成。这在磁盘通过多模块制造类型的溅射机进行循环并且在真空(10-7至10-8托)中加热到大约450℃的温度时表现出来。磁盘在OD处由弹簧加载的不锈钢针脚支撑。针脚将磁盘固定地保持在扁板上，该扁板通过溅射机驱动至随后的沉积、加热和冷却模块。加热器台装配有两个电阻加热器线圈，其通过辐射加热磁盘的每侧。为了测量，没有将额外的涂料施加到磁盘上。每个磁盘的表面温度由高温计测量，该高温计在磁盘被移出加热器腔室之后立即探查磁盘表面的温度。施加大约1300W的加热器功率大约10秒，以将磁盘温度提升到大约450℃。在加热之后，磁盘被移出溅射机而不经过冷却台。没有任何磁盘被弯曲或者表现出OD叮当声或加热导致的其他损伤。常规AlMg/Ni-P磁盘上的涂层在测试之后具有模糊的外观，说明表面粗糙度具有显著的增加(随后由AFM确认)。具有Ni-X1-P涂层的磁盘的表面保持着像镜子一样闪亮。对这些磁盘进行的AFMRa测量确认了该涂料在大约450℃的温度下也不退化。
本发明的说明书被提供以使得本领域的任何技术人员都能够实施在此描述的各种实施例。虽然通过参考各种附图和实施例特别描述了本发明，但应该理解的是这些仅是为了图示说明的目的，而不应视为是对本发明的限制。
可能存在很多其他方式来实施本发明。本文描述的各种功能和元件可以不同于所显示的那样被划分，而不偏离本发明的精神和范围。对于本领域技术人员来说，这些实施例的多种修改将是显而易见的，且本文限定的一般原理可以应用于其他实施例。因此，本领域技术人员可以对本发明做出很多变化和修改，而不偏离本发明的精神和范围。
除非有特别说明，以单数形式引用一元件并不意味着“一个且仅有一个”，而是“一个或多于一个”。术语“一些”指的是一个或多于一个。有下划线和/或斜体字的标题和子标题仅用于方便，而不限制本发明，且不涉及对本发明描述的解释。本公开通篇描述的本发明各种实施例的一些元件对于本领域技术人员来说是已知的或稍后知道的，其所有结构性和功能性等价物通过引用明确地合并于此并意欲被本发明所包含。此外，本文公开的所有内容都不意欲奉献给公众，不管这种公开是否被清楚地记载在前面的说明书中。
Claims (24)
1.一种形成用于硬盘驱动器的磁盘的方法，所述方法包括以下步骤：
提供含有铝的衬底；
在所述衬底上设置锌酸盐层；以及
在所述锌酸盐层上无电镀覆涂层，所述涂层包括Ni、X1和X2的合金，其中X1包括从由Ag、Au、B、Cr、Cu、Ga、In、Mn、Mo、Nb、Pb、Sb、Se、Sn、Te、W、Zn和Zr构成的组中选择的一种或多于一种元素，且其中X2包括B或P，且其中X1和X2不包括相同的元素。
2.如权利要求1所述的方法，其中无电镀覆所述涂层的步骤包括：
将所述衬底置于镀液中，所述镀液包含：
Ni和X1中的每一种的一种或多于一种金属源；
用于还原所述一种或多于一种金属源的还原剂，所述还原剂包括X2；
减少金属沉淀的一种或多于一种络合剂；
一种或多于一种稳定剂；以及
一种或多于一种pH值调节添加剂。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述镀液具有在大约5与大约9之间的pH值。
4.如权利要求2所述的方法，其中当所述衬底被置于所述镀液中时所述镀液被保持在大约160°F与大约195°F之间的温度下。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述镀液具有小于6的金属循环MTO。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述镀液的所述MTO被保持在大约2.0与4.5之间。
7.如权利要求2所述的方法，其中Ni的所述一种或多于一种金属源包括硫酸镍、氨基磺酸镍、醋酸镍、氯化镍、次亚磷酸镍和氟硼酸镍中的一种或多于一种。
8.如权利要求2所述的方法，其中X1的所述一种或多于一种金属源包括硫酸铜、碘酸铜、碘化铜、氯化铜、柠檬酸铟、硫酸铟、醋酸铟、钼酸、钼酸铵、钼酸钠、钨酸铵、钨酸钠和氯化铟中的一种或多于一种。
9.如权利要求2所述的方法，其中所述还原剂包括次亚磷酸盐、次亚磷酸镍、二甲胺硼烷DMAB、二乙胺硼烷DEAB、硼烷胺和硼氢化钠中的一种或多于一种。
10.如权利要求2所述的方法，其中所述一种或多于一种络合剂包括柠檬酸、苹果酸、乳酸、氨基酸、酒石酸、乙二胺四乙酸EDTA、羧酸及其任何盐中的一种或多于一种。
11.如权利要求2所述的方法，其中所述一种或多于一种稳定剂包括Bi、Cd、Cu、Hg、In、Mo、Pb、Sb和Sn的一种或多于一种阳离子、AsO-2、MoO-4、IO3 -、NO3 -、马来酸、衣康酸、甲基丁炔醇、N,N-二乙基-2-丙炔-1-胺和2-丁炔-1,4-二醇。
12.如权利要求2所述的方法，其中所述一种或多于一种稳定剂包括碘或其化合物。
13.如权利要求2所述的方法，其中所述一种或多于一种pH值调节添加剂包括K2CO3、Na2CO3、KHCO3、NaHCO3、NaOH、KOH、NH4OH和N(CH2CH3)3中的一种或多于一种。
14.如权利要求2所述的方法，其中所述一种或多于一种pH值调节添加剂包括从由硼酸、硼砂、三乙醇胺、三亚乙基五胺、二亚乙基三胺、醋酸盐、丙酸盐、琥珀酸盐和己二酸盐构成的组中选择的缓冲剂。
15.如权利要求2所述的方法，其中所述镀液还包括一种或多于一种分散剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及有机硫化合物。
16.如权利要求2所述的方法，其还包括用浆料抛光所述涂层，所述浆料包括水溶液中的研磨剂。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述研磨剂包括纳米金刚石、氧化铝、氧化钛、氧化锆、氧化锗、二氧化硅、二氧化铈及其混合物中的一种或多于一种。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述浆料还包括氧化剂、络合剂以及一种或多于一种有机氨基化合物。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述氧化剂包括一种或多于一种过氧化合物、尿素、高锰酸盐、硝酸盐和碘酸盐。
20.如权利要求18所述的方法，其中所述络合剂包括柠檬酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、丙二酸、草酸、氨基酸或其盐类中的一种或多于一种。
21.如权利要求18所述的方法，其中所述一种或多于一种有机氨基化合物包括三乙醇胺。
22.如权利要求16所述的方法，其中所述浆料还包括腐蚀抑制剂，所述腐蚀抑制剂包括苯并三唑或苯甲酰苯基羟胺。
23.如权利要求16所述的方法，其中所述浆料还包括稳定剂，所述稳定剂包括月桂基硫酸铵、十二烷基硫酸钠和月桂基硫酸钠中的一种或多于一种。
24.如权利要求16所述的方法，其中所述浆料的pH值在抛光过程中被保持在3和9之间。
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