JP2018035428A - 下地層被覆基板、および下地層被覆基板の前処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｎｉメッキ処理を施したときに、Ｎｉメッキが十分に成長して、均一なＮｉメッキ層を効率よく形成することができ、さらにはＮｉメッキとの密着性が良好な、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板を提供する。
【解決手段】基板と前記基板を被覆する下地層とからなり、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板であって、前記下地層はＡｌ−Ｚｎ合金であり、前記基板の、前記下地層で被覆された面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ以上である下地層被覆基板。
【選択図】図２

Description

本発明は下地層被覆基板および下地層被覆基板に関し、より詳細には、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板および下地層被覆基板に関する。

Ｎｉメッキ処理として例えばＮｉ−Ｐメッキ処理が挙げられ、特に無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理が施されたものとして、例えば磁気記録媒体用の磁気ディスク基板が挙げられる。

該磁気ディスク基板は例えば次の手順により製造される。
まず円環状の、例えば純ＡｌまたはＡｌ合金からなるＡｌ系ブランク基板に、前処理として切削、研削、研磨、脱脂、エッチングを順に行う。次いで、上記Ａｌ系ブランク基板と、その上に形成されるＮｉ−Ｐメッキとの密着性を高めるべく、ジンケート処理、即ちＺｎ置換処理を施す。
次いで、上記無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理により硬質非磁性金属であるＮｉ−Ｐメッキを形成し、このＮｉ−Ｐメッキ表面に研磨を施す。その後、前記Ｎｉ−Ｐメッキ表面に磁性膜をスパッタリングで形成することにより、磁気ディスク基板が得られる。

ところで近年では、磁気記録媒体と磁気ヘッドとの間の距離が近接化してきており、そのため磁気記録媒体表面の、より高い平滑性が求められている。この高い平滑性を確保するには、Ｎｉ−Ｐメッキ後の研磨に加えて、研磨前のメッキ表面における欠陥低減も求められる。

該欠陥を低減する方法として、これまでに、ブランクであるＡｌ系ブランク基板の検討が行われてきた。また、前記ジンケート処理の代わりに金属薄膜を物理蒸着法で形成する方法や、上記Ｎｉ−Ｐメッキの代わりにＮｉ−Ｐスパッタリングを行う方法等が提案されてきた。

例えば特許文献１には、アルミニウム合金製基板の表面に、物理蒸着によりＺｎおよびＮｉのうちの少なくとも１種を含む金属薄膜を形成する工程と、金属薄膜を形成したアルミニウム合金製基板にＮｉ−Ｐを無電解メッキする工程とを行うことを特徴とする磁気記録媒体用アルミニウム合金基板の製造方法が示されている。

また特許文献２には、スパッタ法または蒸着法を用いて、基材上に９９．９９％以上の純度および２．５μｍ以上の膜厚を有するアルミニウム層を形成する工程と、無電解メッキを用いて、前記アルミニウム層の上に無電解ニッケルメッキ膜を形成する工程とを含むことを特徴とする無電解ニッケルメッキ膜の製造方法が開示されている。さらには、基材上に９９．９９％以上の純度を有するチタン層を形成する工程と、スパッタ法または蒸着法を用いて、チタン層上に９９．９９％以上および２．５μｍ以上の純度を有するアルミニウム層を形成する工程と、無電解メッキを用いて、前記アルミニウム層の上に無電解ニッケルメッキ層を形成する工程とを含む無電解ニッケルメッキ層の製造方法も示されている。

更に特許文献３には、アルミニウム合金基板の表面上に、Ｚｎ層、Ｃｕ層及びＮｉＰメッキ膜が順次形成されていることを特徴とする磁気ディスク用ＮｉＰメッキアルミニウム合金基板が示されている。
特許文献４には、磁気記録媒体用のＡｌ合金基板であって、基板表面に物理蒸着により形成されたＡｌ合金皮膜を有することを特徴とする磁気記録媒体用Ａｌ合金基板が示され、さらには、前記Ａｌ合金薄膜の上にＣｕ薄膜またはＣｕ合金薄膜が形成された磁気記録媒体用Ａｌ合金基板が示されている。

特開２００８−２８２４３２号公報 特開２０１２−０２１１７８号公報 特開２００３−２７２１３０号公報 特開２００６−３０２３５８号公報

しかしながら、これらの技術では、無電解Ｎｉ−Ｐメッキ処理の速度やＮｉ−Ｐメッキとの密着性などの実用性に関しては、十分に鋭意検討されたものではない。
例えば特許文献４には、Ｎｉ−Ｐメッキとの密着性向上のために、Ａｌ合金薄膜の上にＣｕ薄膜またはＣｕ合金薄膜を形成しておくことが望ましい旨が開示されているものの、無電解ＮｉＰメッキ処理後の密着性に関して、十分に鋭意検討されたものではなく、改善が望まれていた。

本発明は上記の事情に着目してなされたものであって、その目的は、Ｎｉメッキ処理を施したときに、Ｎｉメッキが十分に成長して、均一なＮｉメッキ層を効率よく形成することができ、さらにはＮｉメッキとの密着性が良好な、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板を提供することにある。

本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、下地層被覆基板における下地層をＡｌ−Ｚｎ合金とし、当該下地層被覆基板の、下地層形成前であって、メッキ処理に供される側の面を高粗度化することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、以下のとおりである。
［１］ 基板と前記基板を被覆する下地層とからなり、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板であって、
前記下地層はＡｌ−Ｚｎ合金であり、前記基板の、前記下地層で被覆された面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ以上である下地層被覆基板。
［２］ 前記下地層で被覆された前記基板がアルミニウム合金である前記［１］に記載の下地層被覆基板。
［３］ 磁気記録媒体に用いられる前記［１］又は［２］に記載の下地層被覆基板。
［４］ 基板と前記基板を被覆する下地層とからなり、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板の前処理方法であって、
前記基板の、前記下地層で被覆される面を、硝酸、塩酸及び硫酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む酸又は混酸により処理し、前記面の算術平均粗さ（Ｒａ）を３０ｎｍ以上とする下地層被覆基板の前処理方法。

本発明に係るＮｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板は、メッキ処理を施した際にＮｉメッキが十分に成長して、均一なＮｉメッキ層を効率よく形成することができ、さらには、Ｎｉメッキとの密着性を良好なものとすることができる。

図１は、本発明に係る下地層被覆基板にＮｉ−Ｐメッキ層を形成（浸漬時間９０分）した際の、表面形状の測定結果を示すプロファイルである。 図２は、本発明に係る下地層被覆基板にＮｉ−Ｐメッキ層を形成する際の、基板の浸漬時間と算術平均粗さ（Ｒａ）との関係を示すグラフである。

本発明に係る下地層被覆基板は、基板と前記基板を被覆する下地層とからなり、Ｎｉメッキ処理に用いられる。下地層はＡｌ−Ｚｎ合金であり、当該基板のメッキ処理がなされる側の面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ以上であることを特徴とする。
なお、本明細書では、下地層であるＡｌ−Ｚｎ合金膜で被覆される前の基板を「ブランク基板」といい、該ブランク基板の表面に下地層（Ａｌ−Ｚｎ合金膜）が被覆された後の基板を「下地層被覆基板」と区別する。

本発明に係る下地層被覆基板は、ブランク基板がＡｌ−Ｚｎ合金膜で被覆されることで、該Ａｌ−Ｚｎ合金膜直上にＮｉメッキが十分成長し、該Ｎｉメッキを均一かつ効率よく形成できるようになる。

さらに、ブランク基板の、メッキ処理がなされる側の面を高粗度化することにより、ブランク基板と下地層（Ａｌ−Ｚｎ合金膜）との界面での剥離を抑制することができる。さらには、ブランク基板を下地層で被覆した下地層被覆基板表面にＮｉメッキ成長させる際には、下地層被覆基板とＮｉメッキとの間でアンカー効果が発生し、高い密着性が得られるようになる。

ブランク基板の高粗度化の方法は特に限定されないが、酸を用いた処理によりブランク基板の表面を高粗度化することが好ましく、硝酸、塩酸及び硫酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む酸又はそれらの混酸により処理（高粗度化）することがより好ましい。なお、これら硝酸等に、酢酸やリン酸が含まれていてもよい。

なお、ブランク基板の高粗度化の前処理として、当該ブランク基板に対して研削処理を行うこともできる。研削方法としては特に限定されるものではないが、グラインド研磨やダイヤモンドターニング加工等が挙げられる。

酸処理による高粗度化は、酸によってブランク基板の、メッキ処理がなされる側の面を溶解することで、当該面を結晶粒レベルで高粗度化することができる。

（下地層）
本発明における下地層はＡｌ−Ｚｎ合金の膜（Ａｌ−Ｚｎ合金膜）である。下地層としてＺｎを含むことにより触媒機能を発揮しやすくなり、その結果、Ａｌ−Ｚｎ合金膜直上にＮｉメッキ層が形成され易くなるものと考えられる。

Ａｌ−Ｚｎ合金は、Ｚｎを１２原子％以上含んでいることが均一なＮｉメッキ成長の点から好ましく、１５原子％以上がより好ましく、２０原子％以上がさらに好ましい。また、ブランク基材との密着性の点から、８０原子％以下が好ましく、４０原子％以下がより好ましい。なお、不可避不純物としては、Ｃ，Ｐｂ，Ｍｎ等を挙げることができる。

Ａｌ−Ｚｎ合金には、ＡｌとＺｎ以外のその他の金属元素を含んでいてもよい。その他の金属元素は、合計で１０原子％以上が自己触媒機能を発現する点から好ましく、また、４０原子％以下が成膜レートや放電電圧の点から好ましい。

その他の金属元素としては、周期表の第８〜１２族元素、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｆｅ等が挙げられる。特に、周期表の第８〜１２族元素は触媒機能を発揮すると考えられるため、Ｎｉメッキ層が形成され易いと考えられる。中でも第１０〜１２族の元素が、第８族や第９族の元素よりもＮｉメッキの成長速度が速いため好ましい。

Ａｌ−Ｚｎ合金の好ましい膜厚は用途によって異なる。例えば磁気記録媒体に用い、ブランク基板を円環状とする場合において、上記Ａｌ−Ｚｎ合金膜の形成に通常用いるスパッタリングターゲットのサイズが外径１００〜２００ｍｍ、上記ブランク基板のサイズが外径５０〜１００ｍｍの場合、該円環状のブランク基板の内外周、つまりテーパー部や垂直形状の端部のＡｌ−Ｚｎ合金膜の膜厚は、データ面である平坦部の約１／１０以下となることが好ましい。

また、いずれの部位においても、Ａｌ−Ｚｎ合金膜の膜厚が薄すぎると、Ｎｉメッキが十分に成長せず、該メッキが均一に形成されないため、Ａｌ−Ｚｎ合金膜の膜厚は１ｎｍ以上とすることが好ましい。また、Ａｌ−Ｚｎ合金膜に含まれるＺｎの絶対量が少ないとＮｉとＺｎとの置換が十分でなく、密着性の確保が困難になることから、Ａｌ−Ｚｎ合金膜の膜厚は１６０ｎｍ以上がより好ましく、２００ｎｍ以上がさらに好ましい。

上限はＡｌ−Ｚｎ合金膜の組成によって異なるものの、密着性の観点からは１０００ｎｍ以下が好ましく、５００ｎｍ以下がより好ましい。また、Ｎｉメッキの均一な成長の観点からは５００ｎｍ未満が好ましく、４００ｎｍ以下がより好ましい。

Ｎｉメッキの均一な成長に関し、膜厚が大きすぎると、下地層の表面荒れのためにＮｉメッキの均一な成長がしにくくなる。
なお、Ａｌ−Ｚｎ合金膜の膜厚は段差計や蛍光Ｘ線分析法により測定することができる。

Ａｌ−Ｚｎ合金膜は、面内の膜厚と成分組成の均一な膜を形成できる点から、物理蒸着法により形成されることが好ましい。物理蒸着法として、スパッタリングを行うことがより好ましい。

前記スパッタリングに用いるターゲットとしては、成膜するＡｌ−Ｚｎ合金膜と成分組成とが同一のＡｌ−Ｚｎ合金ターゲットを用いたり、純Ａｌターゲット上またはＡｌ合金ターゲット上に、純Ｚｎやその他の合金元素の純金属が配置された複合ターゲットを用いたりすることができる。

前記スパッタリングの条件として、例えば、到達真空度：１×１０^−３Ｐａ以下、Ａｒガス圧：０．１〜１０ｍｔｏｒｒ、成膜時投入電力密度：０．５〜１００Ｗ／ｃｍ^２等とすることができる。

（ブランク基板）
本発明におけるブランク基板は特に限定されず、ガラス基板、Ａｌ系基板、Ｃｕ系基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、樹脂基板等が挙げられる。これらブランク基板の表面には、本発明におけるＡｌ−Ｚｎ合金膜以外の金属薄膜が形成されていてもよい。
ブランク基板として、中でも、Ｎｉメッキと下地層被覆基板との密着性が良好となる点からアルミニウム合金基板がより好ましい。
Ａｌ−Ｚｎ合金膜以外の金属薄膜としては、表面に自然酸化膜を形成しやすくＮｉメッキの困難な純Ｃｕ膜、Ｃｕ合金膜、純Ａｌ膜等が挙げられる。前記金属薄膜は、例えば膜厚５０〜１０００ｎｍの範囲内とすることが好ましく、物理蒸着法等により形成することができる。

ブランク基板としてのアルミニウム合金は、Ａｌを９５質量％以上含んでいることが好ましい。また、アルミニウム合金には、強度や耐熱性を付与するためＡｌ以外のその他の金属元素を含んでいてもよい。その他の金属元素は、合計で２質量％以上が添加による強度や耐熱性を発現させる点から好ましく、また、１０質量％以下が加工の容易性や製造コストの点から好ましい。
その他の金属元素としては、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｆｅ等が挙げられる。
なお、本明細書において、質量を基準とする百分率（質量％）は、重量を基準とする百分率（重量％）と同義である。

アルミニウム合金基板としてより具体的には、例えば特開２０１２−９９１７９号公報に記載の通り、Ｍｇを３．５質量％以上６質量％以下含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金基板；Ｍｇを３．５質量％以上６質量％以下含有し、かつＣｒを０．０５質量％以上、Ｍｎを０．０５質量％以上、およびＺｒを０．０５質量％以上の群から選択される少なくとも一つを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるアルミニウム合金基板；Ｍｇを３．５質量％以上６質量％以下含有し、かつＣｒを０．０５質量％以上０．３質量％以下、Ｍｎを０．０５質量％以上０．５質量％以下、およびＺｒを０．０５質量％以上０．５質量％以下の群から選択される少なくとも一つを含有するとともに、Ｃｕを０．０１質量％以上０．２質量％以下およびＺｎを０．０１質量％以上０．４質量％以下の群から選択される少なくとも一つを含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなり、さらに前記不可避的不純物のうちＳｉが０．０３質量％以下、Ｆｅが０．０５質量％以下に規制されたアルミニウム合金基板；等が好ましく挙げられる。

（ブランク基板の算術平均粗さＲａ）
本発明に係るブランク基板の、メッキ処理がなされる側の面における算術平均粗さＲａを３０ｎｍ以上とすることにより、ブランク基板と下地層（Ａｌ−Ｚｎ合金膜）との界面での剥離を抑制することができ、さらには、下地層被覆基板とＮｉメッキ間でアンカー効果が発生し、高い密着性が得られるようになる。

算術平均粗さＲａは５０ｎｍ以上が好ましく、６０ｎｍ以上がより好ましい。また、上限はメッキ後のメッキ面の平滑性確保の点から２μｍ以下が好ましい。
なお、ブランク面のメッキ処理がなされる側の面の算術平均粗さＲａは段差測定装置を用いて測定することができる。

（Ｎｉメッキ処理）
本発明に係る下地層被覆基板はＮｉメッキ処理に用いられる。
Ｎｉメッキ処理としては、Ｎｉ−Ｐメッキの他、Ｎｉ−Ｂメッキ等が挙げられる。また、無電解メッキと電解メッキが挙げられる。本発明に係る下地層被覆基板は、特に無電解メッキの場合に十分優れたメッキ性が発揮され、無電解Ｎｉ−Ｐメッキがより好適に用いられる。

Ｎｉメッキ層の形成は、一般的に行われているＮｉメッキ処理法で行えばよい。またＮｉメッキ層の厚さは、例えば３〜２０μｍの範囲内とすることが好ましい。本発明に係る下地層被覆基板は、後述する実施例に示すとおり、速いメッキ形成速度で効率よく所望の厚さのＮｉメッキ層を形成することができる。

Ｎｉ−Ｐメッキとしては、該メッキ中のＰ量が２〜４質量％である低Ｐメッキ、８〜１０質量％である中Ｐメッキ、１１〜１３質量％である高Ｐメッキが挙げられる。前記メッキの種類は、例えば下地層被覆基板を磁気記録媒体に用いる場合、要求される磁性や硬度、耐食性に応じて選択することができる。

（Ｎｉメッキ層含有積層体）
本発明に係る下地層被覆基板がＮｉメッキ処理された後のＮｉメッキ層含有積層体は、例えばハードディスク等の磁気記録媒体に好適に使用することができる。
磁気記録媒体以外の用途としては、例えば、電力の制御に用いられるパワーモジュールが挙げられる。より具体的には、例えば電極上に上記Ｎｉメッキ層、特にはＮｉ−Ｐメッキ層の形成されうる、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ、ＩＧＢＴ）やパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等が挙げられる。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。

（下地層被覆基板の作製）
ブランク基板として、組成がＡｌ−４．０Ｍｇ−０．１５Ｚｎ−０．０６Ｃｒ−０．０４Ｃｕ（質量％）であるアルミニウム合金基板を用い、該ブランク基板の表面をダイヤモンドターニング研削により鏡面処理をした。次いで、ブランク基板をリン酸・硝酸・酢酸の混合液（硝酸３．４質量％、酢酸１５．５質量％、残部リン酸）に時間を変えて浸漬し、表面粗度の異なる各種ブランク基板を用意した。

次いでこの基板上に、厚み３００ｎｍのＡｌ−Ｚｎ合金をスパッタリングにより形成することで、下地層被覆基板の作製を行った。
スパッタリングは、組成がＡｌ−２０Ｚｎ（原子％）で直径１５０mmのスパッタリングターゲットを用い、以下の条件で行った。
・スパッタ装置：ＵＬＶＡＣ社製 ＳＨ−４５０
・到達真空度：１×１０^−４Ｐａ以下
・Ａｒガス圧：２ｍｔｏｒｒ
・成膜時投入電力：５５０Ｗ
・成膜パワー密度：３．０Ｗ／ｃｍ^２
・形成する膜の厚さ：５０ｎｍ
・基板温度：室温（２２℃）

（Ｎｉメッキ層含有積層体の作製）
上記で得られた下地層被覆基板に対して、上村工業製Ｎｉ−ＰメッキＨＤＸ−７Ｇ及びＨＤＸ−Ａに超純水を加えて加熱し、ｐＨ＝４．４、温度９０℃に保持した溶液に、上記サンプルを１０秒〜９０分間浸漬して厚さ約１０μｍのＮｉ−Ｐメッキ層をそれぞれ形成した。その後、取り出して超純水リンス及び窒素ブローを行うことでＮｉメッキ層含有積層体を得た。
酸洗処理後の試料（ブランク基板のＮｉメッキがなされた側の面）を段差測定装置（ＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製 ＡｌｐｈａＳｔｅｐＩｑ サーフェイスプロファイラ）を用いて線長２μｍで表面形状を測定し、表面粗さを算出した。段差測定装置により得られる表面プロファイルの計測例として、酸洗処理９０分間の際における、試料（ブランク基板）のＮｉメッキ処理がなされた側の面の、表面プロファイルを図１に示す。また、酸洗処理時間と、基板表面の算術平均粗さ（Ｒａ）との関係を図２のグラフに示した。
なお、図２の結果から、酸洗処理時間を適宜選択することにより、算術平均粗さ（Ｒａ）を算出することができる。

得られたＮｉメッキ層含有積層体に対し、さらにクロスカット試験を行い、メッキの密着性の評価を行った。
すなわち、Ｎｉメッキ層含有積層体にカッターナイフを用いて１ｍｍ×１ｍｍサイズの切り込みを５×５か所の計２５か所に入れた後、３Ｍ社製 ８４２２Ｂ ポリエステルテープでＮｉメッキ層を剥離し、実際に剥離した個数をカウントした。
その結果、剥離が１０個以下だったものを○（良好）とし、１１個以上だったものを×（不良）とした。クロスカット試験の結果と、メッキ浴への浸漬時間、ブランク基板のメッキ処理がなされる側の面の算術平均粗さとの関係を表１にまとめた。

その結果、下地層をＡｌ−Ｚｎ合金膜とすることでＮｉメッキ層を均一に効率よく形成することができ、さらには、メッキ処理するブランク基板の表面（メッキ処理に供される面）の算術平均粗さＲａを３０ｎｍ以上とすることで、Ｎｉ−Ｐメッキとの密着性を良好なものとすることができることが分かった。

以上、本発明を上記具体例に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記具体例に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいて、あらゆる変形や変更が可能である。

Claims (4)

1. 基板と前記基板を被覆する下地層とからなり、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板であって、
   前記下地層はＡｌ−Ｚｎ合金であり、前記基板の、前記下地層で被覆された面の算術平均粗さ（Ｒａ）が３０ｎｍ以上である下地層被覆基板。
2. 前記下地層で被覆された前記基板がアルミニウム合金である請求項１に記載の下地層被覆基板。
3. 磁気記録媒体に用いられる請求項１又は２に記載の下地層被覆基板。
4. 基板と前記基板を被覆する下地層とからなり、Ｎｉメッキ処理に用いられる下地層被覆基板の前処理方法であって、
   前記基板の、前記下地層で被覆される面を、硝酸、塩酸及び硫酸からなる群より選ばれる少なくとも一種を含む酸又は混酸により処理し、前記面の算術平均粗さ（Ｒａ）を３０ｎｍ以上とする下地層被覆基板の前処理方法。

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