CN107017010A - 磁记录介质用基底 - Google Patents

Abstract

一种磁记录介质用基底，包括：衬底，其由铝合金制成；以及膜，其由NiP基合金制成并设置在所述衬底上，其中，所述衬底的铝合金含有0.2质量％～6质量％范围内的Mg、3质量％～17质量％范围内的Si、0.05质量％～2质量％范围内的Zn、及0.001质量％～1质量％范围内的Sr，所述衬底的合金结构中的Si颗粒的平均粒径为2μm以下，所述膜具有10μm以上厚度，所述衬底具有53mm以上的外径、0.9mm以下的厚度、及79GPa以上的杨氏模量。

Description

磁记录介质用基底

相关申请的交叉引用

本申请以在2015年12月25日申请的日本专利申请第2015-253174号作为要求优先权的基础，本申请援引该日本专利申请的全部内容。

技术领域

本发明涉及一种磁记录介质用基底。

背景技术

存在要显著地改善用于硬盘驱动器中的磁记录介质的记录密度(或存储容量)的需求。特别是，MR(Magneto-Resistive：磁阻)磁头及PRML(Partial Response MaximumLikelihood：局部响应最大拟然)技术的导入进一步提高了磁记录介质的面内记录密度。

另一方面，由于互联网和大数据应用领域的最近的发展，数据中心的数据储存容量持续增大。由于数据中心的空间限制，需要增大每个单位体积的存储容量。换言之，为了增大标准化硬盘驱动器的存储容量，存在将容纳内标准化硬盘驱动器的壳体内磁记录介质的数量的提案。

铝合金衬底或玻璃衬底主要用于磁记录介质用的基底。与玻璃衬底相比，铝合金衬底具有更高的韧性且制造更容易，因此铝合金衬底被用于具有相对大的直径的磁记录介质。用于3.5英寸标准硬盘驱动器的磁记录介质的铝合金衬底的厚度例如为1.27mm。

然而，当减小用于磁记录介质的基底的厚度时，与使用玻璃衬底的情况相比，在使用铝合金衬底的情况下更容易发生抖动(fluttering)。磁记录介质的抖动发生在磁记录介质高速旋转时。当发生抖动时，会变得难以稳定地从硬盘驱动器内的磁记录介质读取信息。在使用玻璃衬底的情况下，例如如日本专利申请公开第2015-26414号公报中所提出，为了抑制抖动而由具有较高杨氏模量的材料来制造磁记录介质的基底。

通常，铝合金衬底通过以下步骤制造。首先，通过冲压将大约2mm以下厚度的铝合金板成形为具有所需尺寸的环形衬底。接着，对环形衬底的内外周缘进行倒角，通过旋转对环形衬底的数据记录面进行加工。通过使用磨石的研磨来减小数据记录面的表面粗糙度及起伏。之后，从提供表面硬度和抑制表面缺陷的角度，对衬底表面进行镀NiP。接着，对具有NiP膜的衬底的两个表面(或数据记录面)进行抛光。期望磁记录介质的基底是为批量生产的产品并具有较高的性价比。因此，期望用于基底的铝合金具有较高的机械加工性和较低的成本。

例如日本专利申请公开第2009-24265号公报提出了一种材料，其具有较高的机械加工性、并能够抑制对于切削工具磨损、破碎等损伤。该提出的材料是一种具有令人满意的阳极氧化性能的铝合金，并且包含0.3质量％～6质量％的Mg、0.3质量％～10质量％的Si、0.05质量％～1质量％的Zn、以及0.001质量％～0.3质量％的Sr，剩余为Al和杂质。

因此，难以减小磁记录介质用基底的厚度并获得较高的杨氏模量。

发明内容

本发明的实施方式能够提供一种磁记录介质用基底，其厚度能够被减小，并且其具有较高的杨氏模量。

根据本发明的一个方面，提供一种磁记录介质用基底，其包括：衬底，其由铝合金制成；以及膜，其由NiP基合金制成并设置在所述衬底上，其中，所述衬底的铝合金含有0.2质量％～6质量％范围内的Mg、3质量％～17质量％范围内的Si、0.05质量％～2质量％范围内的Zn、及0.001质量％～1质量％范围内的Sr，所述衬底的合金结构中的Si颗粒的平均粒径为2μm以下，所述膜具有10μm以上厚度，所述衬底具有53mm以上的外径、0.9mm以下的厚度、及79GPa以上的杨氏模量。

附图说明

图1是用于对本发明的一个实施方式的磁记录介质用基底的制造方法的一个例子进行说明的立体图。

具体实施方式

以下将参照附图对本发明的磁记录介质用基底的实施方式及实施例进行说明。

在本发明的一个实施方式中，磁记录介质用基底包括由铝合金制成并在中心具有开口的圆盘形衬底、以及镀覆在该圆盘形衬底的表面上的NiP基合金膜。使用该基底的磁记录介质包括依次层叠在该基底表面上的磁性层、保护层、润滑剂层等。使用该磁记录介质的硬盘驱动器包括容纳该磁记录介质的壳体、主轴电机、磁头等。磁记录介质的中心部安装在主轴电机的旋转轴上，磁头在被主轴电机驱动并旋转的磁记录介质的表面上浮动。浮动的磁头将信息写入到磁记录介质的表面并从磁记录介质的表面读取信息。可以利用一对磁头向磁记录介质的两面写入信息或从磁记录介质的两面读取信息。另外，可以在壳体内容纳多个磁记录介质。硬盘驱动器可以具有已知的构造。

在硬盘驱动器中，磁记录介质以5000rpm以上的高速旋转。因此，当磁记录介质具有较差的机械性能时，会发生磁记录介质的抖动而难以稳定地从硬盘驱动器内的磁记录介质读取信息。本发明的发明人发现磁记录介质的抖动与磁记录介质的杨氏模量互相关联，即密切相关。本发明的发明人还发现通过增大磁记录介质的杨氏模量能够减少抖动，并且发现通过将磁记录介质用基底的杨氏模量设为79GPa以上从而能够制造具有53mm以上的外径、0.9mm以下的厚度的磁记录介质。

在一个实施方式中，磁记录介质用基底包括由铝合金制成的衬底，铝合金衬底的成分含有0.2质量％～6质量％范围内、优选0.3质量％～5质量％范围内的Mg，3质量％～17质量％范围内、优选4质量％～10质量％范围内的Si，0.05质量％～2质量％范围内、优选0.1质量％～1质量％范围内的Zn，以及0.001质量％～1质量％范围内、优选0.005质量％～0.3质量％范围内的Sr。铝合金衬底的合金结构中的Si颗粒的平均粒径为2μm以下，优选为1.5μm以下。在一个实施方式中，添加到衬底的铝合金中的4中元素Mg、Si、Zn及Sr是必要的添加元素，铝合金的剩余为Al及必然或不可避免的杂质。

在一个实施方式中，由于铝合金沉底的成分包含大量的Si，因此能够显著地增大铝合金衬底的杨氏模量。然而，大量的Si颗粒分散在包含大量Si的铝合金内，并且根据制造条件，这些Si颗粒会最终生长至例如5μm～10μm的颗粒尺寸。另外，当在铝合金衬底内存在这样的Si颗粒时，有时在铝合金衬底的表面上设置的NiP基镀膜会不均匀地成膜，并且NiP基镀膜的膜质会变得不均匀。

为了防止NiP基膜不均匀地镀覆在铝合金衬底的表面上、防止NiP基镀膜的膜质变得不均匀，在一个实施方式的铝合金衬底成分中添加Sr，从而添加的Sr使得Si颗粒球状化及细小化，使得NiP基膜能够以均匀地膜质均匀地镀覆在铝合金衬底的表面上。另外，在一个实施方式中，Si颗粒的球状化及细小化具有提高铝合金衬底的机械加工性的效果。

接着，将对添加到铝合金衬底的铝合金中的各个添加元素进行更详细的说明。

Mg固溶在合金基体中并与过量的Si等结合，以形成分散在基体内的如Mg₂Si等沉淀物。因此，提高了如杨氏模量等机械性能，并且由于与其它固溶体元素的协同效应而进一步提高了合金的切削性能。当Mg含量小于0.2质量％时上述效果较小。另一方面，当Mg含量超过6质量％时合金液的氧化被促进并且塑性加工性劣化。

对于Si，除了由于少量的固溶体进入Al而形成化合物所需的量以外，Si作为游离颗粒分散在合金基体中。在分散有Si颗粒的合金结构中，通过利用切削工具对Si颗粒的研磨而进行的刮削、或Si颗粒与Al母相之间的界面剥离会迅速地引起断裂而提高切削性能。另外，由于添加的必要元素Sr、或任意添加的Na、Ca等，会使Si颗粒球状化和细小化，从而也能提高切削性能。当Si含量小于3质量％时，合金的杨氏模量的提高效果降低，由于刮削而引起的断裂的提高效果劣化。另一方面，当Si含量超过17质量％时，由于刮削而引起的断裂改善，然而切削工具的磨损变得显著使得磁记录介质用基底的生产性降低。

Zn固溶在合金基体中并与Mg结合，从而形成分散在基体内的如MgZn₂等沉淀物。因此，提高了铝合金的机械性能，并且由于与其它固溶体元素的协同效应而提高了合金的切削特性。当Zn含量小于0.05质量％时上述效果较小。另一方面，当Zn含量超过2质量％时耐腐蚀性会降低。

Sr通过与Si共存从而使先共晶Si和固化时的共晶Si球状化及细小化至2μm以下、优选1.5μm以下的直径。因此，与Si共存的Sr具有间接地提高通过刮削而引起的断裂从而提高切削特性及抑制对切削工具的磨损和损坏的效果。另外，Sr具有在如铸造、挤出、拉伸等工艺中使Si颗粒均匀且精细地分散从而进一步提高切削特性的效果。再有，设在铝合金衬底上的NiP基镀膜的构造变得均匀，并且NiP基镀膜的膜质也变得均匀。换言之，在将包含大量的Si的传统的铝合金用于磁记录介质用基底的情况中，难以在Si颗粒的表面上形成NiP基镀膜，并且因此在Si颗粒的未形成有NiP基镀膜的表面处容易形成凹痕、凹坑等缺陷。另一方面，本发明的一个实施方式消除了在将包含大量Si的传统的铝合金用于磁记录介质用基底的情况中遇到的这些问题，并能够提供一种在衬底上具有均匀的镀膜的磁记录介质用基底。

当Sr含量小于0.001质量％时上述效果降低，并且不会发生Si颗粒的球状化而产生锐角部，从而显着地增大切削工具的磨损。另一方面，当Sr含量超过1质量％时上述效果饱和，并且添加大量Si的意义变弱。另外，在后者的情况下，由于产生了先共晶SrAl₄的结晶，因此NiP基镀膜不容易形成，并且在未形成有NiP基镀膜的表面处容易形成凹痕、凹坑等缺陷。

作为其它的可以适当地添加到铝合金衬底的铝合金中的添加元素，包括Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca。这些添加元素Fe，Cu，Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca的添加量分别优选为1质量％以下或0(即不添加)。这些添加元素Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca的总量优选为4质量％以下。添加这些添加元素Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca的效果包括提高铸造性(例如流动性，收缩性和耐铸造断裂性)、提高机械性能、提高机械加工性(例如切削)、提高晶粒细化，如通常已知的对于4000系列铝硅合金。另一方面，这些添加元素Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca的添加量不优选超过1质量％，或者这些添加元素Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca的总量不优选超过4质量％，因为添加必要添加元素Mg、Si、Zn及Sr的效果会减弱。特别是，为了强化添加必要添加元素Mg、Si、Zn及Sr的效果，这些添加元素Fe、Cu、Mn、Cr、Ti、Pb、Bi、Zr、B、V、Na及Ca的添加量分别优选为0.5质量％以下，更优选为0.1质量％以下。

在一个实施方式中，铝合金衬底可以根据已知的方法制造。例如，对成分调整后的合金材料进行加热、熔融及铸造。然后，对成分调整后的合金材料进行轧制和退火，形成为具有规定尺寸并在其中心具有开口的圆盘形板。

在一个实施方式中，铝合金衬底的外径为53mm以上。如上所述，一个实施方式中的铝合金衬底可以用于增加容纳在标准化的硬盘驱动器的壳体内的磁记录介质的数量的目的。换言之，铝合金衬底需要被容纳在2.5英寸硬盘驱动器、3.5英寸硬盘驱动器等的壳体中。2.5英寸硬盘驱动器中所使用的衬底的最大直径大约为67mm，3.5英寸硬盘驱动器中所使用的衬底的最大直径大约为97mm。因此，在一个实施方式中，铝合金衬底的外径需要为至少53mm以上。

在一个实施方式中，磁记录介质用基底具有设置在衬底表面上的具有10μm以上厚度的NiP基镀膜。在传统的磁记录介质用基底所使用的NiP基镀膜的厚度为小于10μm。然而，在一个实施方式中，NiP基镀膜的厚度为10μm以上，从而将磁记录介质用基底的杨氏模量提高至79GPa以上。

在一个实施方式中，NiP合金被用于NiP基镀膜，并且NiP合金优选包含15质量％～35质量％范围内的P、以及必然或不可避免的杂质，剩余为Ni。通过将NiP基镀膜形成为该构造，从而与在铝合金衬底上设置NiP基镀膜之前的磁记录介质用基底相比，能够提高磁记录介质用基底的杨氏模量。

在一个实施方式中，NiWP基合金被用于NiP基镀膜，并且NiP基合金优选包含15质量％～22质量％范围内的W和3质量％～10质量％范围内的P、适当添加的添加元素、必然或不可避免的杂质，剩余为Ni。通过将NiP基镀膜形成为该构造，从而能够进一步提高磁记录介质用基底的杨氏模量。

NiP基镀膜可以利用与用于形成NiP基镀膜的传统方法类似的方法来形成。例如，可以使用通过在NiP镀液中添加钨盐而获得的镀液来形成NiWP基镀膜。钨盐可以包括钨酸钠、钨酸钾、钨酸铵等。镀膜优选通过无电解镀着来进行镀覆。镀膜的厚度可以根据衬底在镀液中的浸渍时间和镀液的温度来调节。镀着条件不限于特定条件，然而，镀浴的pH优选为5.0～8.6，浴温优选为70℃～100℃，更优选为85℃～95℃，浸渍时间优选为90分钟～150分钟。

优选在衬底上形成镀膜后进行加热处理。通过将加热处理的温度设定为300℃以上，从而能够提高镀膜的硬度，并能够进一步提高磁记录介质用基底的杨氏模量。

根据一个实施方式的磁记录介质用基底的制造方法，对铝合金衬底进行镀覆，然后对该镀覆衬底的表面进行研磨。另外，在一个实施方式中，从同时提高表面质量，例如形成平滑表面并减少表面损伤、提高生产率的观点来看，优选采用使用多个独立研磨机并包括2个以上研磨阶段的多级研磨。

更具体来说，磁记录介质用基底表面(以下也称为“基底表面”)的研磨工序可以包括使用第一研磨机并同时供应包括氧化铝磨粒的研磨剂来研磨基底表面的粗研磨阶段、以及对磁记录介质用衬底进行清洗之后使用第二研磨机并供应包括二氧化硅颗粒的研磨剂来完成基底表面的完成阶段。

如图1所示，第一研磨机和第二研磨机可以包括一对台，即上台11和下台12。图1是用于对本发明的一个实施方式的磁记录介质用基底的制造方法的一个例子进行说明的立体图。上台11和下台12沿图1中的箭头所示的互为相反的方向旋转，同时在上台11与下台12之间夹着多个基底W。基底W的两个表面分别被设在上台11和下台12上的研磨垫研磨。

接着，对本发明的实施例及比较例进行说明。

[铝合金衬底的制造]

表1示出了用于实施例1～实施例12及比较例1～比较例7的各铝合金衬底的成分调节的合金材料。各成分调节后合金通过以80mm/分钟的铸造速度进行直接冷却铸造来制造。将由各成分调节合金制造的铸锭在520℃下保持10小时进行均匀化，然后进行轧制以形成厚度为1.2mm的板状部件。然后，将该板构件冲压成具有97mm外径并在其中心具有开口的圆盘形板(或衬底)。利用金刚石钻头对圆盘形板的顶面、底面及端面进行旋转加工，形成具有96mm外径和0.8mm厚度的铝合金衬底。观察每个铝合金衬底的晶体结构，并测量Si粒径。表1示出了根据实施例1至实施例12和比较例1至比较例7的铝合金衬底的测量结果。换言之，表1示出了实施例1至实施例12和比较例1至比较例7的铝合金成分(质量％)、Si粒径(μm)、镀膜成分、杨氏模量(GPa)、表面光滑度、及抖动(μm)。

[表1]

[无电解镀膜的形成]

对于由成分调节合金(即铝合金成分)制成的铝合金衬底，使用表1所示的对应的镀膜成分镀覆厚度为10μm的NiP镀膜。在镀覆后对于NiP基镀膜在300℃下进行3分钟的加热处理，对于NiWP基镀膜在400℃下进行3分钟的加热处理。

[研磨工序]

对于研磨机，使用具有一对台、即上台和下台的3级研磨机。将绒毛型垫(Filwel公司制造)用于研磨机的一对台的抛光垫。在研磨的第一阶段使用具有0.5μm的D50值的氧化铝颗粒，在研磨的第二阶段是用具有30nm的D50值的胶体二氧化硅颗粒，在研磨的第三阶段使用具有10nm的D50值的胶体二氧化硅颗粒。第一、第二及第三阶段的研磨时间分别为5分钟。

[评价]

对如上所述制造的各磁记录介质用基底的杨氏模量进行测量。另外，通过微分干涉光学显微镜以1000倍的倍率观察各磁记录介质用基底的表面。观察到的各磁记录介质用基底的表面光滑度如表1中的“表面光滑度”所示。对于表1中所示的表面光滑度(或均匀度)，双圆圈标记表示优异的表面光滑度，单圆圈标记表示令人满意的表面光滑度，叉标记表示令人不满意的表面光滑度。

另外，使如上所述制造的各磁记录介质用基底以10000rpm旋转，并且使用He-Ne激光位移计测量在各磁记录介质用基底的最外周表面处发生的抖动。测量的抖动如表1中的“抖动(μm)”所示。

从表1中确认，根据实施例1至实施例12，各磁记录介质用基底的杨氏模量较高，并且各磁记录介质用基底的铝合金结构内的Si粒径较小。因此，根据实施例1至实施例12，从表1中确认，各磁记录介质用基底的镀膜的表面光滑度优异或令人满意。因此，根据实施例1至实施例12，从表1确认，当以高速旋转时，各磁记录介质用基底的抖动较小。

另一方面，从表1中确认，根据比较例1、比较例3和比较例5，各磁记录介质用基底的杨氏模量较低，当以高速旋转时，各磁记录介质用基底的抖动较大。另外，从表1确认，根据比较例2、比较例4、比较例6及比较例7，Si粒径较大，在镀膜表面上形成有凹坑等，并且基底表面的表面光滑度较差。特别是，根据比较例7，确认了先共晶SrAl₄的结晶。可以认为由于在镀膜表面上形成的凹坑等，因此对于比较例2、比较例4、比较例6及比较例7的抖动较大。

根据上述实施方式及实施例，能够提供一种磁记录介质用基底，其厚度能够被减小并且其具有较高的杨氏模量。因此，能够增加可容纳在标准化硬盘驱动器的壳体内的磁记录介质的数量，并且能够提供较高记录容量(或较高的存储容量)。此外，由于基底的杨氏模量较高，因此能够提高在制造磁记录介质时的基底的机械加工性。

此外，本发明并不限定实施方式及实施例，可以以不脱离本发明范围的方式进行各种变形和修改。

Claims (4)

1.一种磁记录介质用基底，包括：

衬底，其由铝合金制成；以及

膜，其由NiP基合金制成并设置在所述衬底上，其中，

所述衬底的铝合金含有0.2质量％～6质量％范围内的Mg、3质量％～17质量％范围内的Si、0.05质量％～2质量％范围内的Zn、及0.001质量％～1质量％范围内的Sr，

所述衬底的合金结构中的Si颗粒的平均粒径为2μm以下，

所述膜具有10μm以上厚度，

所述衬底具有53mm以上的外径、0.9mm以下的厚度、及79GPa以上的杨氏模量。

2.根据权利要求1所述的磁记录介质用基底，其中，所述膜由包含15质量％～35质量％范围内的P的NiP合金制成。

3.根据权利要求1所述的磁记录介质用基底，其中，所述膜由包含15质量％～22质量％范围内的W和3质量％～10质量％范围内的P的NiWP基合金制成。

4.根据权利要求1所述的磁记录介质用基底，其中，所述磁记录介质用基底是在所述衬底上镀覆有所述膜的镀覆基底。