CN110121745B - 硬盘基片以及使用该硬盘基片的硬盘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明解决的问题是提供一种能够减少盘片表面伤痕并抑制旋转过程中的盘面晃动的薄形硬盘基片以及使用该硬盘基片的硬盘装置。本发明的硬盘基片(1)的特征是在铝合金基片(2)的表面形成有NiP镀膜(3)，所述铝合金基片(2)的维氏硬度为60Hv或以上，所述NiP镀膜(3)的厚度与所述铝合金基片(2)的厚度之比为3.8％或以上，所述硬盘基片(1)的杨氏模量为74.6GPa或以上，所述硬盘基片(1)的维氏硬度为293Hv或以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬盘基片以及使用该硬盘基片的硬盘装置。
背景技术
随着硬盘装置向大容量小尺寸的方向发展，硬盘基片厚度越来越薄。通过减薄硬盘基片，可以增加硬盘装置内能够载入的盘片数目(片数)，从而增大硬盘装置的容量。
举例而言，专利文献1中描述了一种采用外径为1.89英寸的铝合金基片的磁性存储基片，该基片的厚度为0.635mm，并外覆厚度为7μm或以上的NiP镀层。此外，专利文献2中描述了一种通过将表面处理膜的维氏硬度提高至一定值以上而改善磁盘耐冲击性能的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：公开号为JP H8-7251 A的日本专利申请
专利文献2：公开号为JP H9-198640 A的日本专利申请
发明内容
本发明待解决的问题
然而，当将铝合金基片减薄时，硬盘装置内的硬盘在旋转过程中可能会发生盘面晃动(颤动)。
此外，铝合金基片减薄后，可使得硬盘基片的耐受力下降，硬度降低。如此，当发生跌落冲击或颤动时，硬盘装置内的硬盘将易于因与磁头等物的接触而在盘片表面留下伤痕。
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种能够减少盘片表面伤痕并抑制旋转过程中的盘面晃动的薄形硬盘基片以及使用该基片的硬盘装置。
解决问题的技术手段
为了实现上述目的，本发明硬盘基片为一种在铝合金基片表面形成NiP镀膜的硬盘基片，其特征在于，所述铝合金基片的维氏硬度为60Hv或以上，所述NiP镀膜厚度与该铝合金基片厚度之比为3.8％或以上，所述硬盘基片的杨氏模量为74.6GPa或以上，该硬盘基片的维氏硬度为293Hv或以上。
本发明硬盘基片的特征在于，
所述铝合金基片厚度为0.338mm或以上且0.635mm或以下，
所述NiP镀膜两面相加的总厚度为22μm或以上且60μm或以下。
本发明还涉及一种使用上述硬盘基片的硬盘装置。
本发明的效果
当将本发明硬盘基片用于硬盘装置时，硬盘表面不容易产生伤痕，而且能够减小硬盘旋转过程的颤动幅度。
根据本说明书的描述和附图，本发明的其他相关特征将变得容易理解。此外，通过以下对实施方式的描述，上述之外的其他问题、结构及效果也将变得容易理解。
附图说明
图1为硬盘基片截面示意图。
图2为膜厚/片厚比与维氏硬度关系图。
图3为膜厚/片厚比与杨氏模量关系图。
图4为膜厚/片厚比与维氏硬度关系图。
图5为膜厚/片厚比与杨氏模量关系图。
附图标记列表
1 硬盘基片
2 铝合金基片
3 NiP镀膜
a1 铝合金基片厚度
b1，b2 NiP镀膜厚度
具体实施方式
以下，将对本发明实施方式进行描述。
图1为硬盘基片截面示意图。
该硬盘基片1包括表面形成有NiP镀膜3的铝合金基片(Al合金基片)2。NiP镀膜3为非磁性表面处理膜。其中，铝合金基片2的两面上均形成NiP镀膜3。此外，硬盘包括形成在硬盘基片1表面的磁性膜。硬盘装置内叠置有多片硬盘，并包括电机和磁头。
本实施方式的硬盘基片为大容量硬盘基片，而且是具有良好耐冲击性和优异耐颤性能的磁盘基片。
近年来，随着硬盘基片逐渐变薄，硬盘装置容纳的硬盘片数越来越多。尤其在近线用途中，硬盘的存储容量正变得越来越大。此外，硬盘表面与磁头滑块表面之间的距离也越来越短，从而实现更大的存储容量。
然而，伴随着硬盘的减薄，硬盘在硬盘装置内旋转时的耐颤性能也逐渐降低，并有使得硬盘可能发生大幅颤振的问题。这一问题在硬盘基片厚度减薄至0.635mm以下时变得尤为显著。
下式(1)为硬盘耐颤性能的表达式：
W＝F·a2·(1-ν2)/(E·β·h3·λ4) (1)
W：硬盘颤动幅度；F：基片转数；a：基片外半径；ν：泊松比；E：杨氏模量；β：基片阻尼系数；h：基片厚度；λ：基片形状参数。
硬盘耐颤性能降低时，将导致与硬盘表面相对的磁头及盘片接触部位更多地发生碰撞，从而例如使得硬盘保护膜或磁性膜在冲击作用下损坏，导致数据可信度下降。因此，对于硬盘基片而言，有必要通过提高耐受力和硬度而提高杨氏模量，减小颤动(基片颤动幅度)并增大磁头和盘片接触部位的耐冲击强度。
在本发明硬盘基片1中，铝合金基片2的维氏硬度为60Hv以上，NiP镀膜3厚度与铝合金基片2厚度之比为3.8％或以上，硬盘基片1的杨氏模量为74.6GPa或以上，而且硬盘基片1的维氏硬度为293Hv或以上。
NiP镀膜3厚度(b1+b2)与铝合金基片2厚度(a1)之比定义为镀膜厚度比(镀膜厚度/铝片厚度(％))，并通过下式(2)计算：
((b1+b2)÷(a1))×100(％) (2)
在本实施方式的描述当中，硬盘基片1两面上的NiP镀膜3的总厚度称为“NiP镀膜3厚度”，硬盘基片1单面上的NiP镀膜3厚度称为“NiP镀膜3单面厚度”。
优选地，在硬盘基片1中，铝合金基片2厚度为0.338mm或以上且0.635mm或以下，NiP镀膜3厚度为22μm或以上且60μm或以下。NiP镀膜3厚度更优选为22μm或以上且40μm或以下。举例而言，在铝合金基片2厚度为0.617mm时，NiP镀膜厚度优选为22μm。
本实施方式硬盘基片的制造方法包括：通过研磨而形成铝合金基片的基片形成步骤；通过对基片进行NiP化学镀而在基片表面形成NiP化学镀膜的镀膜步骤；对形成NiP化学镀膜的基片表面进行抛光的抛光步骤；以及对抛光后镀膜进行清洗的清洗步骤。
在以上各步骤当中，镀膜步骤中可进行以下处理：(1)脱脂处理；(2)水洗；(3)刻蚀处理；(4)水洗；(5)剥黑膜处理；(6)水洗；(7)第一次锌酸盐处理；(8)水洗；(9)去锌酸盐处理；(10)水洗；(11)第二次锌酸盐处理；(12)水洗；(13)NiP化学镀；(14)水洗；(15)干燥；(16)退火。
上述(13)NiP化学镀中使用的镀液优选为沉积速度且耐腐蚀性高的镀液。沉积速度例如优选为6.0μm/h或以上。此外，所生成的NiP镀膜的耐腐蚀性优选为在30％浓度的40℃硝酸中浸渍7分钟后腐蚀面积为1.3％以下。
在上述硬盘基片制造方法中，当将铝合金基片厚度减薄至0.635mm以下时，与厚度例如为0.8mm的铝合金基片相比，NiP镀膜3必须增厚。因此，以沉积速度较低的现有镀液对镀膜增厚时不利于生产效率。
与此相比，在本实施方式中，虽然铝合金基片为厚度在0.635mm以下的薄型基片，但由于使用上述沉积速度较快的NiP化学镀液，因此并不会对生产效率造成不利影响。此外，虽然提高沉积速度有损害耐腐蚀性之嫌，但是由于本实施方式中使用高耐腐蚀性的镀液，因此并不会对耐腐蚀性造成损害。如此，便可实现在用于硬盘装置时不易产生表面伤痕且在旋转过程中能够降低颤动幅度的硬盘基片的高效生产。
通过上述硬盘基片1，可以减小颤动(基片颤动幅度)，提高对磁头和盘片接触部位的冲击的耐受力，增大强度。
实施例
基片制作
通过对维氏硬度为60Hv或以上的0.617mm厚铝合金基片(JIS H4000中规定的5000系列5086铝合金)的表面进行NiP化学镀，形成厚度各异的非晶NiP镀膜。
其中，所使用的0.617mm厚铝合金基片分为60Hv和75Hv两种维氏硬度。化学镀前，进行包括如下步骤的二次锌酸盐处理：(1)使用由磷酸钠和表面活性剂组成的已知脱脂溶液，在50℃下进行2分钟的脱脂处理；(2)使用含硫酸和磷酸的已知刻蚀溶液，在50℃下进行2分钟的刻蚀处理；(3)使用含硝酸的已知剥黑膜溶液，在20℃下进行30秒钟的刻蚀处理；(4)使用由氢氧化钠、锌、铁及其络合剂组成的已知碱金属锌酸盐处理溶液，在20℃下进行30秒钟的第一次锌酸盐处理；(5)使用与剥黑膜溶液相同的溶液，在20℃下进行30秒钟的去锌酸盐处理；(6)使用与第一次锌酸盐处理相同的溶液，在20℃下进行30秒钟的第二次锌酸盐处理。其中，在步骤(1)～步骤(6)的各步骤之间还进行水洗处理。随后，以已知的苹果酸-琥珀酸类化学镀镍液进行任意时长的化学镀镍，直至到达目的膜厚。
<评价1：维氏硬度>
使用维氏硬度计(AKASHI有限公司制造的微型维氏硬度试验机MVK-G2)，以100g的荷重对以上制作的镀膜基片维氏硬度进行测量。测量方法遵循JISZ2244规定。此外，在测定过程中还利用高精度硬度基准片(山本科学工具研究有限公司制造的HMV200)确保精度。
表1为铝合金基片的维氏硬度为60Hv时NiP镀膜厚度与铝合金基片厚度之比(镀膜厚度比)及硬盘基片1维氏硬度的测量结果，表2为铝合金基片的维氏硬度为75Hv时NiP镀膜厚度与铝合金基片厚度之比(镀膜厚度比)及硬盘基片1维氏硬度的测量结果。此外，图2为根据表1和表2测量结果绘制的图。
在表1和表2，单面镀膜厚度是指铝合金基片2一侧的NiP镀膜厚度(b1或b2一侧)，铝合金基片每一侧的镀膜厚度基本与另一侧的镀膜厚度相等。也就是说，镀膜厚度为单面镀膜厚度的两倍。
表1
Al硬度60Hv
表2
Al硬度75Hv
镀膜厚度/铝合金基片厚度比(镀膜厚度比)与维氏硬度的关系如下式(3)和下式(4)所示。
当铝合金基片的维氏硬度为60Hv，厚度为0.617mm时：
y＝103.79x-97.55 (3)
当铝合金基片的维氏硬度为75Hv，厚度为0.617mm时：
y＝95.307x-44.248 (4)
(耐冲击性试验以及评价方法)
针对上述实施例1～4及比较例3、4、5的试验品，实施耐冲击性试验。在耐冲击性试验中，在将刻划针(Trusco有限公司制造的KB-PK)安装于杜邦公司制造的冲击试验装置上，并将磁盘基片夹持于冲击模具和基台之间后，令冲击锤落下，以形成凹痕。随后，以数字显微镜(Hirox有限公司制造的KH-8700)对凹痕深度进行测量。
冲击力的计算方法如下：
冲击锤重量M：11.9784g
冲击锤降落高度H：0.05m
冲击模具重量m：13.0840g
假设开始至结束的时间为0.001s，则
(评价准则)
对凹痕深度各异的10处测量后取平均值，将平均值大于120μm的耐冲击性结果定为不合格(以“×”标识)，将凹痕深度平均值小于或等于120μm的耐冲击性结果定为合格(以“○”标识)。
(评价结果)
上述试验结果当中，实施例1、2、3、4为“○”，表示耐冲击性合格。而比较例3、4、5为“×”，表示耐冲击性不合格。
如表1和图2所示，维氏硬度随镀膜厚度比的增大而增大，镀膜厚度比为3.82％以上的实施例1～4均为维氏硬度大于293.0Hv的高强度基片。
<评价2：杨氏模量>
使用杨氏模量试验装置(日本Techno Plus有限公司制造的JE-RT)，在室温大气中以自由共振法对以上制造的维氏硬度为60Hv的镀膜基片的杨氏模量进行测量。
其中，将基片切为10mm(宽)×60mm(长)的样片后，在样片的振动节点栓系金属细丝，并将其悬吊。然后，在样片自由端施加共振，并按照下式(5)计算杨氏模量E：
其中，E：杨氏模量；fE：弯曲共振频率、m：质量；L：样片长度；w：样片宽度；t：样片厚度。
表3所列为维氏硬度为60Hv的铝合金基片的NiP镀膜厚度/铝合金基片厚度比(镀膜厚度比)和硬盘基片1杨氏模量测量结果，图3为根据表3测量结果绘制的图。
表3
Al硬度60Hv
从比较例11～比较例20求得的镀膜厚度/铝片厚度比(镀膜厚度比)与杨氏模量关系如下式(6)所示：
y＝1.6202x+68.935 (6)
如表3和图3所示，杨氏模量随镀膜厚度比的增大而增大，镀膜厚度比为3.82％或以上的实施例8～12的杨氏模量均超过74.6GPa，耐颤性能获得大幅提升。
表4和表5所列为以铝合金基片厚度为0.559mm下的镀膜厚度比作为根据铝合金基片厚度为0.617mm时的测量结果获得的式(6)中的x代入后计算出的铝合金基片厚度为0.559mm且铝合金基片维氏硬度为60Hv的硬盘基片1的维氏硬度和杨氏模量值(参考值)，图4和图5为根据表4和表5中的参考值绘制的图。其中，表4和表5所示参考值为基于表1～3所示实施例1～12和比较例1～22的计算值。
表4
Al硬度60Hv
表5
Al硬度60Hv
镀膜厚度比与维氏硬度(参考值)的关系如下式(7)所示：
y＝95.755x-106.29 (7)
镀膜厚度比与杨氏模量(参考值)的关系如下式(8)所示：
y＝1.6202x-68.935 (8)
由于表4和表5所示硬盘基片1的铝合金基片厚度小于实施例1～12中的铝合金基片厚度，因此其单面镀膜厚度优选大于实施例1～12中的单面镀膜厚度。维氏硬度参考值4～7大于293.0Hv，表明颤动抑制效果较好。此外，杨氏模量参考值10～12大于75.76GPa，表明基片强度较高。
表6为铝合金基片厚度为0.559mm且铝合金基片维氏硬度为60Hv的硬盘基片1的维氏硬度测量结果。
表6
Al硬度60Hv
在表6所示实施例13中，硬盘基片1的铝合金基片单面镀膜厚度为30μm，镀膜厚度比为10.73。实施例13的硬盘基片1的维氏硬度测量结果为616.0Hv，表明该硬盘基片为高强度基片，表面伤痕抑制效果高于各比较例。
表7为铝合金基片厚度为0.559mm且铝合金基片维氏硬度为60Hv的硬盘基片1的杨氏模量测量结果。
表7
Al硬度60Hv
与实施例13一致，表7所示实施例14的硬盘基片1的铝合金基片单面镀膜厚度为30μm，镀膜厚度比为10.73。实施例14的硬盘基片1的杨氏模量测量结果为81.3GPa，表明该硬盘基片的颤动抑制效果较高，而且与各比较例相比，其耐颤性能得到大幅改善。
虽然以上对本发明实施方式进行了详细描述，但是本发明并不限于上述实施方式，在不脱离权利要求书定义的本发明精神的前提下，还可在设计上做出变化。
Claims (5)
1.一种硬盘基片，包括表面形成有NiP镀膜的铝合金基片，其特征在于，
所述铝合金基片的维氏硬度为60Hv或以上，所述NiP镀膜的厚度与所述铝合金基片的厚度之比为3.8％或以上，所述硬盘基片的杨氏模量为74.6GPa或以上，所述硬盘基片的维氏硬度为293Hv或以上。
2.如权利要求1所述的硬盘基片，其特征在于，
所述铝合金基片的厚度为0.338mm或以上且0.635mm或以下，
所述NiP镀膜的厚度为22μm或以上且60μm或以下。
3.如权利要求1所述的硬盘基片，其特征在于，所述铝合金基片的厚度为0.338mm或以上且0.635mm或以下。
4.如权利要求1所述的硬盘基片，其特征在于，所述NiP镀膜为单层。
5.一种使用如权利要求1至4中任一项所述硬盘基片的硬盘装置。
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