JP2015222609A - 磁気記録用軟磁性合金及びスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】 垂直磁気記録媒体における軟磁性層として用いるＣｏ系磁気記録用軟磁性合金及びスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体を提供する。【解決手段】 ａｔ．％で、Ｆｅ：Ｃｏの比を１０：９０〜７０：３０とし、かつ下記Ａ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％、Ｂ群元素の１種又は２種以上を０．０〜２９．５％を含有し、かつＡ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％とし、水素含有量が２０ｐｐｍ未満で、残部Ｃｏ、Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。Ａ群元素：Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ，Ｂ群元素：Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ【選択図】 なし

Description

本発明は、垂直磁気記録媒体における軟磁性層として用いるＣｏ系磁気記録用軟磁性合金及びスパッタリングターゲット材並びに磁気記録媒体に関する。

近年、垂直磁気記録の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められており、従来普及していた面内磁気記録媒体により、さらに高記録密度が実現できる、垂直磁気記録方式が実用化されている。ここで、垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜中の媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、高記録密度に適した方法である。

そこで、最近では１０ｋＧ程度の比較的小さい飽和磁束密度（Ｂｓ）の合金組成を持つ軟磁性薄膜が使用されつつある。例えば、特開２０１１−１８１１４０号公報（特許文献１）に開示されているように、軟磁性膜としてＦｅ−Ｃｏ系合金中にアモルファス性と結晶化温度を高めるための最適な元素としてＮｂおよび／またはＴａとＢとを選択し、アモルファス性が高く、かつ高い結晶化温度を有する磁気記録媒体に用いられるＦｅ−Ｃｏ系合金軟磁性膜が提案されている。

さらには、特開２００８−２９９９０５号公報（特許文献２）に開示されているように、飽和磁束密度、非晶質性、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体における軟磁性膜層用合金が提案されている。

特開２０１１−１８１１４０号公報 特開２００８−２９９０５号公報

その一方で、このように１０ｋＧ程度の飽和磁束密度（Ｂｓ）とするためにＴａやＮｂを１０％を超えて多量に添加したスパッタリングターゲットでは、スパッタリングターゲットの機械強度が低下する課題があった。

上述した問題を解消するために鋭意開発を進めた結果、磁気記録用軟磁性スパッタリングターゲット中の水素含有量を低減させることで磁気記録用軟磁性スパッタリングターゲットの機械強度低下が改善されることを見出した。また、水素含有量が低い軟磁性合金は耐食性が改善することを見出し、発明に至った。

その発明の要旨とするところは
（１）ａｔ．％で、Ｆｅ：Ｃｏの比を１０：９０〜７０：３０とし、かつ下記Ａ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％、Ｂ群元素の１種又は２種以上を０．０〜２９．５％を含有し、かつＡ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％とし、水素含有量が２０ｐｐｍ未満で、残部Ｃｏ、Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
Ａ群元素：Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ
Ｂ群元素：Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ

（２）ａｔ．％で、Ｆｅ：Ｃｏの比を１０：９０〜７０：３０とし、かつ下記Ａ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％、Ｂ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％を含有し、かつＡ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％とし、水素含有量が２０ｐｐｍ未満で、残部Ｃｏ、Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
Ａ群元素：Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ
Ｂ群元素：Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ

（３）前記（１）または（２）に記載した磁気記録用軟磁性合金に、さらに、下記Ｃ群元素からＦ群元素に記載された元素の内の１種または２種以上の元素を各群に記載したａｔ．％の範囲内で含有することを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
Ｃ群元素：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの１種又は２種以上を５％未満とする、ただしＡ群元素とＢ群元素とＣ群元素との和を１０〜３０％
Ｄ群元素：Ｎｉ，Ｍｎの１種又は２種を３０％以下
Ｅ群元素：Ａｌ，Ｃｕの１種又は２種を５％以下
Ｆ群元素：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｂ，Ｃの１種又は２種以上を１０％以下

（４）前記（１）〜（３）のいずれか１に記載した磁気記録用軟磁性合金からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金形成用スパッタリングターゲット材。
（５）前記（１）〜（３）のいずれか１に記載した磁気記録用軟磁性合金を用いた磁気記録媒体にある。

以上述べたように、本発明は機械強度に優れた磁気記録用軟磁性スパッタリングターゲットと、耐食性の優れた軟磁性合金を提供することにある。

以下、本発明に係わる成分組成の限定理由を説明する
本発明は磁気記録用軟磁性合金に関するものなので、十分な飽和磁束密度、好ましくは１０ｋＧ以下のＢｓ、より好ましくは９ｋＧ以下のＢｓ、アモルファス性、硬さ、および耐食性が必要である。
Ｆｅ：Ｃｏの比を１０：９０〜７０：３０
ＦｅやＣｏは、軟磁性元素構成するもので、ＦｅとＣｏとの比を定めたのは、軟磁性を確保し、かつ飽和磁束密度、アモルファス性、硬さ、および耐食性に大きく影響するパラメータであり、特にＦｅ：Ｃｏの比を１０未満では飽和磁束密度が十分ではなく、また７０を超えると耐食性が劣化する。したがって、その比を１０：９０〜７０：３０とした。

Ａ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％
Ｔａ，Ｎｂ，Ｖは、いずれもアモルファス性と硬さを改善する元素である。しかし、０．５％未満ではその改善効果が十分ではない。したがって、その下限を０．５％とした。好ましくは２〜２０％とする。さらに好ましくは、４〜１５％とする。しかし、２９．５％を超えると、その効果が飽和することからその上限を２９．５％とした。

Ｂ群元素の１種又は２種以上を０．０〜２９．５％
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗは、いずれもアモルファス性と耐食性を改善する元素である。Ａ群元素と同時に含むことでその効果改善効果が増す。好ましくは０．５〜２０％とする。さらに好ましくは、１〜１０％とする。しかし、２９．５％を超えると、その効果が飽和することからその上限を２９．５％とした。

Ａ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％
Ａ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％とした理由は、いずれもアモルファス性と硬さを改善する元素であるが、Ａ群元素とＢ群元素を同時に含むとその改善効果がさらに増す。しかし、Ａ群元素とＢ群元素との和が１０％未満ではその改善効果が十分ではない。したがって、その下限を１０％とした。好ましくは、１４〜２２％とする。さらに好ましくは、１６〜２０％とする。しかし、３０％を超えると、その効果が飽和することからその上限を３０％とした。

Ｃ群元素の１種又は２種以上を５％以下
Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆは、いずれもアモルファス性を改善する元素である。しかし、５％を超えると飽和磁束密度が十分に得られなくなる。したがって、その範囲を５％以下とした。好ましくは２〜４％とする。

Ａ群元素からＣ群元素との和を１０〜３０％
Ａ群元素からＣ群元素との和を１０〜３０％とした理由は、いずれもアモルファス性と耐食性を改善する元素である。しかし、Ａ群元素からＣ群元素との和が１０％未満ではその効果が十分でなく、また、３０％を超えると飽和磁束密度が十分に得られなくなる。したがって、その範囲を１０〜３０％とした。

Ｄ群元素の１種又は２種を３０％以下
Ｎｉ，Ｍｎは、いずれも飽和磁束密度を調整する元素である。しかし、３０％を超えると飽和磁束密度が十分に得られなくなる。したがって、その範囲を３０％以下とした。好ましくは、１０％以下とする。さらに好ましくは、５％以下とする。

Ｅ群元素の１種又は２種以上を５％以下
Ａｌ，Ｃｕは、いずれも耐食性を向上させる元素である。しかし、５％を超えるとアモルファス性が低下する。したがって、その上限を５％とした。好ましくは１〜４％とする。

Ｆ群元素の１種又は２種以上を１０％以下
Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｂ，Ｃは、いずれもアモルファス性を改善する元素である。しかし、１０％を超えるとその改善効果が飽和するとともに、飽和磁束密度が低下する。したがって、その範囲を１０％以下とした。好ましくは１〜８％とする。

水素含有量が２０ｐｐｍ以下
水素はスパッタリングターゲット材の機械強度を下げ、また軟磁性合金の耐食性を低下させる元素である。よって水素含有量を２０ｐｐｍ以下とした。好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは５ｐｐｍ以下とする。

以下、本発明に係るターゲット材について実施例によって具体的に説明する。
表１および表２に示す本発明例Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３４の成分組成について、溶解原料を秤量し、減圧Ａｒガス雰囲気あるいは真空雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径８ｍｍのノズルより出湯し、Ａｒガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の５００μｍ以上の成形に向かない粗粉を除去し、かつ水素含有量を低減するために、成形に用いる粉末中に占める、５μｍ以下の粉末の量が、１０％以下となるよう微粉を除去し、１１０℃の炉に入れて水分乾燥を実施した粉末を原料として、外径２２０ｍｍ、内径２１０ｍｍ、長さ２００ｍｍのＳＣ製の缶に脱気装入した。水素含有量を低減した粉末は水素量２０ｐｐｍ未満となる。上記の粉末充填ビレットを温度１１００℃、圧力１２０ＭＰａ、保持時間４時間の条件で熱間静水圧プレスによって焼結し、焼結体を作製した。上記の方法で作製した固化成形体を、ワイヤーカット、旋盤加工、平面研磨により、直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。

表２に示す本発明例Ｎｏ．３５の成分については、Ｃｒ分を抜いた組成のガスアトマイズ粉末を用意し、水素含有量が２０ｐｐｍより低いＣｒ粉末を混合し上記と同様に成形した。表２に示す本発明例Ｎｏ．３６は、Ｃｏ−１０Ｔａ−３Ｃｒ−２Ｈｆ−１Ａｌ−４Ｃ（ａｔ％）とＦｅ−１０Ｔａ−３Ｃｒ−２Ｈｆ−１Ａｌ−４Ｃ（ａｔ％）のガスアトマイズ粉末を用意し、３０：７０の割合で混合したものを上記と同様に成形した。

表２、表３に示す本発明例Ｎｏ．３７〜５５の成分について溶解原料を秤量し、減圧Ａｒガス雰囲気あるいは真空雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、鋳型に流し込み、冷却後、真空中で１０００度で５時間以上熱処理し、徐冷後、旋盤加工、平面研磨により、直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。

表４〜表６に示すＮｏ．５６〜９４は比較例である。

表４および表５の比較例Ｎｏ．５６〜８３の成分組成について、溶解原料を秤量し、大気雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、坩堝下部の直径８ｍｍのノズルより出湯し、Ａｒガスによりアトマイズした。このガスアトマイズ粉末の５００μｍ以上の成形に向かない粗粉を除去した粉末を原料として、外径２２０ｍｍ、内径２１０ｍｍ、長さ２００ｍｍのＳＣ製の缶に脱気装入した。上記の粉末充填ビレットを温度１１００℃、圧力１２０ＭＰａ、保持時間４時間の条件で熱間静水圧プレスによって焼結し、焼結体を作製した。上記の方法で作製した固化成形体を、ワイヤーカット、旋盤加工、平面研磨により、直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。

表５および６の比較例Ｎｏ．８４〜９４の成分について溶解原料を秤量し、大気雰囲気の耐火物坩堝内で誘導加熱溶解したあと、鋳型に流し込み、冷却後、旋盤加工、平面研磨により、直径１８０ｍｍ、厚さ７ｍｍの円盤状に加工し、スパッタリングターゲット材とした。

評価方法としては、水素含有量は不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法によって測定した。機械強度は横４ｍｍ、縦３ｍｍ、長さ２５ｍｍのＴＰをワイヤーで割り出したものを、三点曲げ試験によって評価した。三点曲げ試験の条件は、支点間距離２０ｍｍで実施し、縦方向に圧下しその時の応力（Ｎ）を測定し、次の式に基づき、三点曲げ強度とした。三点曲げ強度（ＭＰａ）＝〔３×応力（Ｎ）×支点間距離（ｍｍ）〕／〔２×試験片の幅（ｍｍ）×（試験片厚さ（ｍｍ）² 〕、飽和磁束密度（Ｂｓ）の評価としては、ＶＳＭ装置（振動試料型磁力計）にて、印加磁場１２００ｋＡにて測定した。

評価結果として、本発明例の表１〜表３は、水素が２０ｐｐｍより少ないスパッタリングターゲットは３点曲げ強度で７３０ＭＰａ以上を示す。これに対して、比較例の表４〜表６は、いずれも水素が２０ｐｐｍより多く、３点曲げ強度が３００以下と低い。また、表２のＮｏ．３５のように原料が全てガスアトマイズ粉末ではなくても、スパッタリングターゲットの水素含有量が２０ｐｐｍ以下であれば本発明の効果が得られる。表２のＮｏ．３６のように原料粉末のガスアトマイズ粉末が２種類以上となっても水素含有量が２０ｐｐｍ以下であれば本発明の効果が得られる。

次に、本発明に係る合金について実施例によって具体的に説明する。
通常、垂直磁気記録媒体における薄膜は、その成分と同じ成分のスパッタリングターゲット材をスパッタし、ガラス基板などの上に成膜し得られる。ここでスパッタにより成膜された薄膜は急冷されている。これに対し、本発明では実施例、比較例の供試材として、単ロール式の液体急冷装置にて作製した急冷薄帯を用いている。これは実際にスパッタにより急冷され成膜された薄膜の、成分による諸特性への影響を、簡易的に液体急冷薄帯により評価したものである

表７〜９に示す本発明例Ｎｏ．１０１〜１４７に示す成分組成に秤量した原料３０ｇを内径が１０ｍｍで深さが４０ｍｍ程度の水冷銅型に挿入して減圧したＡｒ雰囲気中でアーク溶解して凝固させ、急冷薄帯の溶解母材とした。急冷薄帯の作製条件は、単ロール方式で、内径１５ｍｍの石英管中にてこの溶解母材をセットし、出湯ノズルの内径を１ｍｍとし、雰囲気気圧を６１ｋＰａ、噴霧差圧を６９ｋＰａ、銅ロール（径３００ｍｍ）の回転数を３０００ｒｐｍ、銅ロールと出湯ノズルのギャップを０．３ｍｍにして溶解母材を溶解後出湯した。出湯温度は各溶解母材の溶け落ち直後の温度とした。このようにして作製した急冷薄帯を供試材とし、水素含有量と耐食性を評価した。

表１０〜表１２に示す比較例Ｎｏ．１５４〜１９２に示す成分組成に秤量した原料３０ｇを内径が１０ｍｍで深さが４０ｍｍ程度の水冷銅型に挿入して大気雰囲気中でアーク溶解して凝固させ、急冷薄帯の溶解母材とした。急冷薄帯の作製条件は、単ロール方式で、内径１５ｍｍの石英管中にてこの溶解母材をセットし、出湯ノズルの内径を１ｍｍとし、雰囲気気圧を６１ｋＰａ、噴霧差圧を６９ｋＰａ、銅ロール（径３００ｍｍ）の回転数を３０００ｒｐｍ、銅ロールと出湯ノズルのギャップを０．３ｍｍにして溶解母材を溶解後出湯した。出湯温度は各溶解母材の溶け落ち直後の温度とした。このようにして作製した急冷薄帯を供試材とし、水素含有量と耐食性を評価した。評価方法として、水素含有量は不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法によって測定した。

［急冷薄帯の耐食性（ＨＮＯ₃ ）］
５０ｍｇの供試材を秤量し、３％ＨＮＯ₃ 水溶液を１０ｍｌ滴下した後、室温にて１ｈｒ放置後、３％ＨＮＯ₃ 水溶液中へのＣｏ溶出量を分析した。Ｃｏ溶出量が５００ｐｐｍ未満をＡ、５００以上１０００ｐｐｍ未満をＢ、１０００ｐｐｍ以上をＣとした。

表７〜表９は本発明例であり、表１０〜表１２は比較例である。

以上述べたように、本発明により、磁気記録用軟磁性スパッタリングターゲット中の水素含有量を低減させることで磁気記録用軟磁性スパッタリングターゲットの機械強度が改善され、かつ耐食性の優れた軟磁性合金並びに磁気記録媒体を提供することを可能とした極めて優れた効果を奏するものである。


特許出願人 山陽特殊製鋼株式会社
代理人 弁理士 椎 名 彊

Claims (5)

1. ａｔ．％で、Ｆｅ：Ｃｏの比を１０：９０〜７０：３０とし、かつ下記Ａ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％、Ｂ群元素の１種又は２種以上を０．０〜２９．５％を含有し、かつＡ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％とし、水素含有量が２０ｐｐｍ未満で、残部Ｃｏ、Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   Ａ群元素：Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ
   Ｂ群元素：Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ
2. ａｔ．％で、Ｆｅ：Ｃｏの比を１０：９０〜７０：３０とし、かつ下記Ａ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％、Ｂ群元素の１種又は２種以上を０．５〜２９．５％を含有し、かつＡ群元素とＢ群元素との和を１０〜３０％とし、水素含有量が２０ｐｐｍ未満で、残部Ｃｏ、Ｆｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   Ａ群元素：Ｔａ，Ｎｂ，Ｖ
   Ｂ群元素：Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ
3. 請求項１または２に記載した磁気記録用軟磁性合金に、さらに、下記Ｃ群元素からＦ群元素に記載された元素の内の１種または２種以上の元素を各群に記載したａｔ．％の範囲内で含有することを特徴とする磁気記録用軟磁性合金。
   Ｃ群元素：Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆの１種又は２種以上を５％未満とする、ただしＡ群元素とＢ群元素とＣ群元素との和を１０〜３０％
   Ｄ群元素：Ｎｉ，Ｍｎの１種又は２種を３０％以下
   Ｅ群元素：Ａｌ，Ｃｕの１種又は２種を５％以下
   Ｆ群元素：Ｓｉ，Ｇｅ，Ｐ，Ｂ，Ｃの１種又は２種以上を１０％以下
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金からなることを特徴とする磁気記録用軟磁性合金形成用スパッタリングターゲット材。
5. 請求項１〜３のいずれか１項に記載した磁気記録用軟磁性合金を用いた磁気記録媒体。