CN1139071C - 可擦除数据存储装置用的普通碳钢快门 - Google Patents

Abstract

一种可擦除数据存储盒(10)的普通碳钢快门(20)，该快门包含其上的用来改进外观、耐磨性、耐用性和抗腐蚀能力的第一涂层(32)。除了这一层第一涂层之外，快门还包括一层蒸汽腐蚀抑制层(34)用来减小由周围气氛中的湿气所引起的腐蚀。为增加刚度，加大了快门弯折处的圆角半径。

Description

可擦除数据存储装置用的普通碳钢快门

发明领域

本发明涉及可擦除数据存储装置用的快门领域。更具体地，本发明提供一种其快门由普通碳钢心板、第一涂层和蒸汽腐蚀抑制层构成的可擦除数据存储装置。

发明背景

多数可擦除数据存储装置都有一个壳套以保护装置中的数据存储介质免受污染和物理损坏。通常，壳套上面有一个窗口用于接近可擦除数据存储装置中所包含的数据存储介质。可擦除数据存储装置经常还包含一个快门，用来在装置不使用时盖住窗口，从而为数据存储介质提供某种保护。

一种常用类型的可擦除数据存储装置包括聚酯树脂盘或其他类似材料的盘，盘的每面上的磁性材料层形成由磁头记录信息的介质。直径为8.9cm或更小的磁性数据存储盘称为微型软盘，下文即如此称呼。一般地，微型软盘装在一个硬壳套之中而形成可擦除数据存储装置。

装载微型软盘介质的壳套上有两个相对设置的窗口，通过这两个窗口暴露介质以便在其上读写数据。为了在盘片不处于磁盘驱动器之中时保护数据存储介质，设有一个弹簧加载的快门用于遮盖磁头窗口。微型软盘的设计遵照美国国家标准学会(ANSI)的标准x3.171-1989及其等效标准(如ISO/IEC 9259-1：1989及欧洲计算机制造商协会的ECMA/TC19/87/21)，以便可以在不同的微型软盘驱动器中可交换地使用微型软盘，这些微型软盘和微型软盘驱动器可由多家不同公司生产。于是，各个制造商生产的这种软盘快门的尺寸一般差别很小。

快门一般由不锈钢、铝或塑料制作。虽然由不锈钢制作的快门特别抗蚀并且在正常使用时具有足够的强度抵抗永久变形，但通常比由例如铝或塑料制作的快门更贵。结果应用更多的是塑料或铝快门。

铝快门通常经过阳极氧化处理以提高其刚度和抗蚀性。虽然阳极氧化处理可增加快门的刚度，但即使经过阳极氧化处理铝快门也不具有不锈钢快门的刚度。另外，经过阳极氧化处理的铝快门将会更早地发生永久变形，即与同样厚度的不锈钢快门比较，在挠度更小时就会发生永久变形。低刚度和永久变形使铝快门更易于在快门的两侧发生永久变形时卡在软盘驱动器中。这种使快门两侧向外伸展的变形可能使微型软盘难于从驱动器中取出(在取出软盘时可能损伤软盘和/或软盘驱动器)。

经过阳极氧化处理的铝快门的另一问题是，虽然阳极氧化处理层可以增加铝快门的刚度，但阳极氧化处理层有可能在形成快门的弯折处以及快门的边缘处(如果快门是由阳极化铝卷材冲压而成)形成裂缝。阳极氧化处理层形成裂缝的区域不会表现出阳极氧化铝的刚度有提高，反而会仅表现出下面的铝层刚度的降低。结果快门更易于发生永久变形，并且在某些情况下，在铝快门中沿弯折处会发生断裂。

虽然曾经议论过采用电镀钢制作微型软盘的快门，但一般不采用，因为电镀钢容易在电镀的任何孔洞(包括形成快门即也其弯折成为所需形状时产生的裂缝)处以及在剪切的边缘处遭受腐蚀。此外，电镀钢快门在运输和操作时也容易由于其互相碰撞或和储藏容器碰撞而形成擦伤或其他表面缺陷。尽管在快门上形成的这些裂缝和其他表面缺陷不大，但它们却使下面的钢表面的一部分暴露而成为腐蚀的起点。腐蚀不但使微型软盘(或其他可擦除数据存储装置)的外观劣化，而且腐蚀可使快门的刚度降低，从而增加快门永久变形的可能性。

发明概述

本发明提供一种可擦除数据存储装置用的普通碳钢快门。该快门上有一层用来改进外观、耐磨性、耐用性和抗腐蚀能力的第一涂层。除了这一层第一涂层之外，快门还包括一层蒸汽腐蚀抑制层用来减小由周围气氛中的湿气所引起的腐蚀。

根据本发明的普通碳钢快门的一个优点是，与阳极氧化铝及不锈钢快门相比较，其刚度增加并从而减少快门发生永久变形的可能性。根据本发明的快门的另一个优点是，与电镀钢快门相比较，由于快门具有一层蒸汽腐蚀抑制层而可减小腐蚀的侵袭。

在一方面，本发明可为数据存储盒如微型软盘提供一个保护快门。这一快门的构成包括：普通碳钢的心板；至少在心板的一部分上的第一涂层；以及在第一涂层上的蒸汽腐蚀抑制层。蒸汽腐蚀抑制层最好是由胺构成，而第一涂层最好是金属电镀层。普通碳钢最好是由含碳量≤0.2％的普通碳钢构成。

在另一方面，本发明提供一种生产数据存储盒用的保护快门的方法，其步骤包括：形成普通碳钢快门；在快门上施加第一涂层；以及在第一涂层上形成蒸汽腐蚀抑制层。蒸汽腐蚀抑制层的形成可利用水溶液、气相沉积或两者兼用。

本发明的这些和其他一些特点和优点将在下面对本发明的详细介绍中予以更全面的描述。

附图简介

图1是包括根据本发明的快门的微型软盘的平面图。

图2是根据本发明的微型软盘快门的透视图。

图3是根据本发明的快门的局部放大剖视图。

图4是图2中的快门发生变形后的剖视图。

图5是可用于制造根据本发明的快门的带有涂层的普通碳钢的腐蚀试验结果曲线。

发明详述

本发明提供一种可擦除数据存储装置用的普通碳钢快门。此快门上有一层用来改进外观、耐磨性、耐用性和抗腐蚀能力的第一涂层。除了这一层第一涂层之外，快门还包括一层蒸汽腐蚀抑制层用来减小由周围气氛中的湿气所引起的腐蚀。

虽然下面的描述主要是针对用于微型软盘中的快门，但应该理解根据本发明的快门也可应用于任何其他可擦除数据存储装置，如其他磁性数据存储盘、磁带盒、小型盘、磁光盘、CD-ROM盘等等。

图1是包括壳套12和根据本发明的快门20的微型软盘10的平面图。如上所述，壳套12和快门20的一般形状由工业标准规定，以保证盘10和用来存储及检索盘10的数据存储介质上的信息的盘驱动器的相容性。图中示出的快门20的位置是正常的加载状态，此时壳套12上的窗口(未示出)由快门20盖住。

图2是根据本发明的微型软盘快门的透视图。快门20包含两个相对的侧面22，每个侧面22中包含一个窗口24用来提供在快门20从其正常位置，即加载位置，回缩时对壳套12中的数据存储介质的读写(见图1)。窗口24的最小尺寸由工业标准规定，以保证与标准微型软盘的相容性。侧面22与快门20的端部26(有时称之为“书立”)在沿快门20的长度延伸的弯折28处相交。

图3是快门20的一部分的局部放大剖视图。如图所示，快门20包含心板30、第一涂层32及由蒸汽腐蚀抑制层构成的第二涂层34，下面将对之进行更全面的描述。

快门20的心板30最好是由普通碳钢构成。此处所使用的名词“普通碳钢”不包含具有大量合金组分的钢种(比如不锈钢)。根据本发明的普通碳钢最好是具有约0.5％或更低的含碳量(尽管普通碳钢必定至少包含一些碳)。更优选的根据本发明的快门最好是由含碳量大约为约0.2％或更低的普通碳钢制作。适用的普通碳钢的例子包括但不限于以下这些：AISI/SAE1008，1010，1018及1020钢。另外，快门最好是利用冷轧普通碳钢形成，因为其强度和硬度更好。一种适用于根据本发明制作的快门的特别优选的普通碳钢是经过DR9回火(15T标度)的AISI/SAE 1008冷轧普通碳钢(下面称之为1008 DR9普通碳钢)。

快门使用普通碳钢有很多优点，其中包括成本低(与不锈钢比较)。此外，如果由1008 DR9普通碳钢薄板形成的快门的两个侧面的厚度与由304不锈钢制作的相同时，则此快门表现出的刚度比不锈钢快门更好，因而需要更大的外力才能使其移动或打开，即使例如图4所示的微型软盘盒快门20的侧面22分开。另外，其刚度比阳极化铝快门提供的刚度大得多。其刚度增加就意味着在采用根据本发明制作的快门20时对变形的抗力增加。

采用1008 DR9普通碳钢制作快门的一个潜在缺点是这种快门的变形造成永久变形的位移点，即屈服点，对普通碳钢快门来说比相当的不锈钢快门要低得多。换言之，普通碳钢的快门可能在其侧面移动如10.2mm的距离时发生变形，而同样厚度的不锈钢快门则可在移动量达到12.7mm之前不发生永久变形。不过这一缺点可以通过调整快门的形状使微型软盘盒快门的一般设计中的应力集中区域减小而得到减轻。

参考图4，其中被设计用于微型软盘盒的快门20包括每个侧面22上的各一个窗口24，其中沿快门20长度延伸的弯折28的圆角半径比在现有技术中一般采用的弯折28的大。现有技术中通常的弯折28的圆角半径约为0.5mm。通过将此圆角半径增加到如约1.0mm或更大，可以把在快门20的角部26处的应力集中大大减小。在快门20的角部26处的应力集中的减小可使在出现永久或塑性变形之前快门两个侧面22的容许位移量增加。

与用于快门的铝、塑料及不锈钢相比，采用普通碳钢时其耐磨性和腐蚀两者都更令人关切，而在普通碳钢心板30上面的第一涂层32有助于抵抗腐蚀。适合的第一涂层将会表现出可擦除数据存储装置快门所需要的耐用性和所要求的耐磨性，微型软盘就是这种装置，在其使用寿命过程中要将其多次插入驱动器中或从驱动器中抽出。第一涂层32可施加于整个快门20或是其一部分上。

合适的第一涂层32的例子包括金属和涂料。一些理想的金属涂层包括锡、镍、锌、铬及其组合。通常可通过电镀将金属涂层32施加到普通碳钢心板30的上面，既可在快门20形成之前，也可在快门20形成之后。金属涂层32既可以是光亮精整的，也可以是无光的。

一种优选的快门20包含施加在AISI/SAE1008 DR9心板上的厚度大约为0.38μm的锡的第一涂层32(7C布赖特精整)。包括电镀层在内的快门20的厚度大约为0.15μm。具有这些规格的适合的材料可由美国CanMetal Services Company(罐金属服务公司)(芝加哥，伊利诺斯州)购得。所要求的电镀冷轧薄板具有7C布赖特精整。

适合用作第一涂层32的非金属材料的一些例子包括环氧树脂、环氧氨(基甲酸乙)酯(树脂)、酚醛树脂、有机涂料、搪瓷、涂漆、塑料浸渍涂层及其组合物。这些材料可利用喷涂涂敷、滚筒涂敷、浸渍涂敷或其他任何适合的工艺进行涂敷。

虽然通常在心板30上面只施加一层第一涂层32，但应当认为也可以使用两层或多层涂层来形成所要求的第一涂层32。这些涂层可互相覆盖，即形成多层涂层，和/或这些涂层施加于快门20的不同部分上面。比如，也许最好是在通常的微型软盘的快门20的看不见的内表面上涂敷不太昂贵的涂料。而在操作和使用时快门20暴露的那一面上涂敷另外一种涂料以求达到更美观、耐磨、抗蚀以及其他等等目的。

虽然第一涂层32提供了一种抗磨和抗蚀手段，但由普通碳钢制作的快门20仍然容易遭受周围湿气水平的腐蚀。用作第一涂层32的材料可能出现图3所示的裂纹或其他表面缺陷36。缺陷36会使普通碳钢的心板30暴露于周围的湿气之中，并且心板30上那些暴露的区域38会受到腐蚀，从而使外观劣化并潜在地影响快门20的性能。重要的一点是应当指出缺陷36的大小可能相当小，通常使用者不一定能够察觉。但是从这些缺陷36开始的腐蚀却会随着时间而变大和/或导致第一涂层32从心板30上部分地脱落，从而使缺陷36会随着时间而变得日益明显。

出现缺陷36的原因很多，但是金属电镀快门如快门20出现缺陷的一个常见的原因是在由大的电镀碳钢薄板冲压成形得到快门20时出现缺陷。由预先经过电镀的普通碳钢薄板冲压成形得到快门是制作快门的一种很经济的方法。但是其潜在的缺点是在冲压和成形时快门20上会出现表面缺陷36，特别是在变形区，比如在快门20的各侧面的上缘上的弯折28的周围处(见图2)。在冲压时还可能出现表面缺陷的区域包括窗口24的剪切边缘。如果第一涂层32使用的非金属材料是在快门30冲压和成形之前涂敷在普通碳钢薄板之上，也很可能出现类似的问题。

但是，除了冲压，表面缺陷36也可由于低于标准的电镀或涂敷工艺而引起，其结果为在涂层中出现孔洞或针孔。即使快门20是在冲压和成形之后涂敷也可能出现这些缺陷。另外，表面缺陷36也可在快门的运输和操作中产生，特别是如果快门20是无约束地放置在袋子或其他容器中时。运输和操作快门时所造成的冲撞和运动可在快门20的任何位置形成表面缺陷36如划痕。

但是，如果在第一涂层32的上面给快门20加上一层蒸汽腐蚀抑制层34，就可以减轻在本发明的快门20中的表面缺陷处发生的腐蚀。蒸汽腐蚀抑制层可防止周围的湿蒸汽与图3所示的表面缺陷36范围内心板30的暴露区接触，其原因是蒸汽腐蚀抑制材料可沉积在表面缺陷36处而形成一个大致共形层(generally conformallayer)34。

下面将会看到，本发明中所使用的“腐蚀”一词或是仅仅指氧化或是至少主要指普通碳钢心板的氧化。含铁普通碳钢心板的暴露区域的氧化速率会由于周围湿气而加速。本发明的蒸汽腐蚀抑制层可以减小这种氧化速率，并且在某些情况下，从采用此种快门的可擦除数据存储装置的使用寿命来看，可以有效地消除腐蚀。

用作蒸汽腐蚀抑制层34的材料最好是既能够抑制对根据本发明的快门20的心板30所使用的普通碳钢的阳极腐蚀，也能够抑制阴极腐蚀。最好是蒸汽腐蚀抑制层34除了其他成分如薄膜成形剂、表面活性剂、蜡等等以外，还包含一种或多种胺。此种涂层和提供此种涂层的代表例，在比如美国专利No.4,051,066；4,275,835；5,139,700；5,209,869；5,320,778；5,344,589；5,332,525；5,393,457以及5,422,187中进行了描述。

蒸汽腐蚀抑制层34的厚度可以不同，虽然此层34的名义厚度优选是大约30至40(采用离子散射能谱(ISS)或二次离子质谱(SIMS)测量)。最好是此蒸汽腐蚀抑制层34足够地薄，以避免普通用户的察觉，即此层34应该是既非肉眼所能见，也非在正常使用中操作快门20之时所能特别察觉到。换言之，此层34在正常使用时不应表现出或令人感到有油或滑腻。

蒸汽腐蚀抑制层34可以采用多种方法生成，其中包括液相浸渍/喷涂、气相沉积或液体浸渍/喷涂和气相沉积两者的组合。

在一种优选的气相沉积工艺中，用作蒸汽腐蚀抑制层34的胺腐蚀抑制层最好是采用无源气相沉积工艺进行沉积，沉积时快门20置于封闭容器之内，其中的腐蚀抑制剂位于另一载体干燥剂之中，或包装材料之中，如上述多项专利中所描述的。因为腐蚀抑制剂在标准大气条件下会蒸发，所以它们是在气相下当快门处于封闭容器之内时沉积到快门20的表面上。优选地，气相沉积工艺至少进行24小时以保证足够厚的气相沉积层。

在一个优选的液相沉积工艺中，快门可浸渍于包含气相腐蚀抑制材料(最好是一种或多种胺)的溶液之中，之后将其干燥。该溶液也可包含其他的组分，如表面活性剂，薄膜成形剂、蜡等等以便有助于蒸汽腐蚀抑制层34的形成。

在带有蒸汽腐蚀抑制层的快门需要使用在像微型软盘这种磁性数据存储装置中的情况下，优选地，盘片组装之前向快门提供蒸汽腐蚀抑制层以避免使介质暴露和/或涂敷蒸汽腐蚀抑制层。

对可用于制作根据本发明的快门的某些有代表性的电镀钢所作的试验表明其抗蚀性有显著的提高。在图5中以曲线示出某些试验结果，并且在下面的示例中对取得这种结果所使用的方法进行了描述。不过，简言之，包含蒸汽腐蚀抑制层34的快门20表现出其抗蚀性有显著的提高。

实施例

根据本发明的涂敷普通碳钢快门的特点和优点在实施例中得到进一步说明。但是，应当承认，虽然这一实施例的目的在于此，但对所使用的普通碳钢及涂料，以及其他条件和细节不应当以不适当地限制本发明范围的方式予以解释。

AISI/SAE 1008钢的板材可从美国Can Metal Services Company(罐金属服务公司)(芝加哥，伊利诺斯州)以1008冷轧钢，300±3.2μm，T5回火(30T标度)形式得到。这种板材是事先经过电镀的(即在发货之前已经过电镀)，带有光亮锡镀层，规格为0.25磅/基本箱布赖特7C锡板(每面最低值为0.11磅/基本箱)。这种板材过去是用来冲压形成用于微型软盘的插孔。过去理论上认为在冲压形成快门时材料的性能会与插孔类似，因为两种部件都包含弯折和剪切边缘，这些部分易于引发第一涂层的裂缝和劣化。结果，这些测试结果可用来确定蒸汽腐蚀抑制层对材料的影响，不论是用于插孔或是用于快门。

一些部件留作对比用(即未经过蒸汽腐蚀抑制剂的处理)，而其他的部件则按照如下的方法经过腐蚀抑制剂处理。

组1：

第一组(记作组1)的制备是利用如下的液体浸渍和气相沉积法形成蒸汽腐蚀抑制层。

蒸汽腐蚀抑制剂(VCI)材料的水溶液的浓度为0.5％至2％(重量比)。蒸汽腐蚀抑制剂是VCI-379，购自Cortec公司，其地址为White BearLake，Minnesota。除了胺蒸汽腐蚀抑制剂，VCI-379还包含合适的薄膜成形剂、表面活性剂、蜡以及其他有助于沉积包含胺的蒸汽腐蚀抑制层的成分。

按如上所述方法新冲压出的部件用水溶液清洗，在该溶液中部件浸渍于高pH值(约8.5至约10)的洗涤水溶液中，洗涤液加热到60±3℃。部件在此洗涤液中搅拌2-4分钟，之后浸渍于温度为60±3℃的冲洗水槽中搅拌2-4分钟。另外一种方法是将部件在加热的三氯乙烯溶液中清洗。

之后，将经过清洗的部件浸渍于包含蒸汽腐蚀抑制剂材料的水溶液中同时进行搅拌1-3分钟。在从蒸汽腐蚀抑制剂溶液中取出后，将部件在炉子中在99±5℃的温度下利用空气干燥15-20分钟，之后将其冷却到室温。

之后，将部件装入由其中含有蒸汽腐蚀抑制剂的包装材料制成的塑料袋中。用来制作袋子的材料是VCI-126，可由Cortec公司购得。在每个袋子中还插入包含活性胺的汽相发射体，活性胺在标准大气状态下会蒸发。所使用的这种汽相发射体袋子标记为1-MUL，也可从Cortec公司购得。

部件在袋子中至少保持24小时，之后取出进行测试。作为组1的这一组部件的测试结果示于下面的表1中，其中同时示出在开发用来计算预期无缺陷率的埃尔林加速模型时所使用的变量。

组2：

对第2组部件(标记为组2)，按如下所述方式，只利用气相沉积法沉积蒸汽腐蚀抑制剂。

如上所述的新冲压出的部件与第1组一样地用水溶液清洗。然后将清洗过的部件进行干燥并置于由其中含有蒸汽腐蚀抑制剂的包装材料制成的塑料袋中。制作袋子的材料是VCI-126，可由Cortec公司购得。在每个袋子中还插入包含活性胺的汽相发射体，活性胺在标准大气状况下会蒸发。所使用的这种汽相发射体袋子标记为1-MUL，也可从Cortec公司购得。

部件在袋子中至少保持24小时，之后取出进行测试。作为组2的这一组部件的测试结果示于下面的表1中，其中同时示出在开发用来计算预期无缺陷率的埃尔林加速模型时所使用的变量。

组3：

第3组部件(记作组3)留作对比组。对比组的部件与第1组一样地用水溶液清洗。然后对部件进行环境试验。作为组3的这一组部件的测试结果示于下面的表1中，其中同时示出开发用来计算预期无缺陷率的埃尔林加速模型所使用的变量。

表1

组	A	ΔH	B	标度	形状	年
							1	-9.3	.72	-10.9	61	1.61	9.6
2	-4.4	.48	-5.5	14	3.44	6.8
							3	-17.2	.80	-7.0	4	1.35	0.4

组1-3的腐蚀试验

之后，将按如上所述的方式制备的各组部件放入环境试验室中进行控制条件下的试验，以便搜集开发各组所使用的预期无缺陷率的埃尔林加速模型所需的数据。

试验是将部件置于温度和湿度都可控制的环境试验室中进行。所搜集的数据用来开发埃尔林加速模型，该模型用于计算具有第一涂层和蒸汽腐蚀抑制层的具有代表性的普通碳钢部件以及不具有附加的蒸汽腐蚀抑制层的对比组部件的预期无缺陷率。为了试验，材料表面上的腐蚀缺陷在任意方向上的最大尺寸设定为1.24mm，达到这一数值时就判断部件达到了失效点。

在表1和图5中示出在温度为25℃和相对湿度为50％的条件下腐蚀试验的结果。结果示出根据本发明的采用蒸汽腐蚀抑制剂制作的部件的预期寿命有所提高。在表1中的“年”栏内示出的结果是预期有5％的部件可能产生尺寸1.24mm的缺陷的时间。这也是预期有95％的部件无缺陷的时间，即无缺陷部件将不会出现尺寸达1.24mm的缺陷。图5的曲线表示的是包含组1的曲线50、组2的曲线52和组3的曲线54的埃尔林加速模型的结果。

对于本领域技术人员而言，在不脱离本发明的范围的条件下可以对本发明进行多种变更与修改，但应当理解本发明并不受限于前述的实施例。

Claims (5)

1.一种数据存储盒(10)的保护快门(20)，包括：

a)普通碳钢的心板(30)；

b)在心板的至少一部分区域上的第一涂层(32)；以及

c)在第一涂层上的蒸汽腐蚀抑制层(34)。

2.如权利要求1所述的快门，其中：蒸汽腐蚀抑制层包括胺。

3.如权利要求1所述的快门，其中：第一涂层包括金属电镀层。

4.如权利要求1所述的快门，其中：普通碳钢包括含碳量≤0.2％的普通碳钢。

5.一种生产数据存储盒(10)的保护快门(20)的方法，包括下列步骤：

a)提供普通碳钢的快门心板(30)；

b)在快门心板上提供第一涂层(32)；以及

c)在第一涂层上提供蒸汽腐蚀抑制层(34)。

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