JP2018190479A - 磁気ディスク用アルミニウム合金基板及びその製造方法、ならびに、この磁気ディスク用アルミニウム合金基板を用いた磁気ディスク - Google Patents
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Abstract
Description
以下、本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板(以下、「本発明に係るアルミニウム合金基板」又は、単に「アルミニウム合金基板」と略記する)について詳細に説明する。
以下、本発明に係るAl−Fe系合金を用いた磁気ディスク用アルミニウム合金基板を構成するアルミニウム合金成分及びその含有量について説明する。
Feは必須元素であり、主として第二相粒子(Al−Fe系金属間化合物等)として、一部はマトリックスに固溶して存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。このような材料に振動を加えると、第二相粒子とマトリックスとの界面における粘性流動により振動エネルギーが速やかに吸収され、極めて良好なフラッタリング特性が得られる。アルミニウム合金中のFe含有量が0.4%未満では、十分な強度とフラッタリング特性が得られない。一方、Fe含有量が3.0%を超えると、粗大なAl−Fe系金属間化合物粒子が多数生成する。このような粗大なAl−Fe系金属間化合物粒子が、エッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時において脱落して大きな窪みが発生し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離を発生させる。また、圧延工程における加工性低下も生じる。そのため、アルミニウム合金中のFe含有量は、0.4〜3.0%の範囲とする。Fe含有量は、好ましくは0.6〜2.0%、より好ましくは0.8〜1.8%の範囲である。
Mnは、主として第二相粒子(Al−Mn系金属間化合物等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。このような材料に振動を加えると、第二相粒子とマトリックスとの界面における粘性流動により振動エネルギーが速やかに吸収され、極めて良好なフラッタリング特性が得られる。アルミニウム合金中のMn含有量が0.1%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のMn含有量が3.0%以下であることによって、粗大なAl−Mn系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なAl−Mn系金属間化合物粒子が、エッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のMn含有量は、0.1〜3.0%の範囲とするのが好ましく、0.1〜1.0%の範囲とするのがより好ましい。
Siは、主として第二相粒子(Si粒子等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。このような材料に振動を加えると、第二相粒子とマトリックスとの界面における粘性流動により振動エネルギーが速やかに吸収され、極めて良好なフラッタリング特性が得られる。アルミニウム合金中のSi含有量が0.1%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のSi含有量が0.4%以下であることによって、粗大なSi粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なSi粒子が、エッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のSi含有量は、0.1〜0.4%の範囲とするのが好ましく、0.1〜0.3%の範囲とするのがより好ましい。
Niは、主として第二相粒子(Al−Ni系金属間化合物等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。このような材料に振動を加えると、第二相粒子とマトリックスとの界面における粘性流動により振動エネルギーが速やかに吸収され、極めて良好なフラッタリング特性が得られる。アルミニウム合金中のNi含有量が0.1%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のNi含有量が3.0%以下であることによって、粗大なAl−Ni系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なAl−Ni系金属間化合物粒子が、エッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のNi含有量は、0.1〜3.0%の範囲とするのが好ましく、0.1〜1.0%の範囲とするのがより好ましい。
Cuは、主として第二相粒子(Al−Cu系金属間化合物等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。また、ジンケート処理時のAl溶解量を減少させる。更に、ジンケート皮膜を均一に、薄く、緻密に付着させ、次工程のめっき工程での平滑性を向上させる効果を発揮する。アルミニウム合金中のCu含有量が0.005%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果及び平滑生を向上させる効果とを一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のCu含有量が1.000%以下であることによって、粗大なAl−Cu系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なAl−Cu系金属間化合物粒子が、エッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性を向上させる効果を一層高めることができ、また、めっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のCu含有量は、0.005〜1.000%の範囲とするのが好ましく、0.005〜0.400%の範囲とするのがより好ましい。
Mgは、主として第二相粒子(Mg−Si系金属間化合物等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。アルミニウム合金中のMg含有量が0.1%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のMg含有量が6.0%以下であることによって、粗大なMg−Si系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なMg−Si系金属間化合物粒子がエッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のMg含有量は、0.1〜6.0%の範囲とするのが好ましく、0.3%以上1.0%未満の範囲とするのがより好ましい。
Crは、主として第二相粒子(Al−Cr系金属間化合物等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。アルミニウム合金中のCr含有量が0.01%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のCr含有量が1.00%以下であることによって、粗大なAl−Cr系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なAl−Cr系金属間化合物粒子がエッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のCr含有量は、0.01〜1.00%の範囲とするのが好ましく、0.10〜0.50%の範囲とするのがより好ましい。
Zrは、主として第二相粒子(Al−Zr系金属間化合物等)として存在し、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。アルミニウム合金中のZr含有量が0.01%以上であることによって、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のZr含有量が1.00%以下であることによって、粗大なAl−Zr系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大なAl−Zr系金属間化合物粒子がエッチング時、ジンケート処理時、切削加工時や研削加工時に脱落して大きな窪みが発生することを抑制し、めっき表面の平滑性の低下及びめっき剥離が生じることを一層抑制することができる。また、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のZr含有量は、0.01〜1.00%の範囲とするのが好ましく、0.10〜0.50%の範囲とするのがより好ましい。
Znは、ジンケート処理時のAl溶解量を減少させ、またジンケート皮膜を均一に、薄く、緻密に付着させ、次工程のめっき工程での平滑性及び密着性を向上させる効果を発揮する。また、他の添加元素と第二相粒子を形成し、フラッタリング特性を向上させる効果を発揮する。アルミニウム合金中のZn含有量が0.005%以上であることによって、ジンケート処理時のAl溶解量を減少させ、またジンケート皮膜を均一に、薄く、緻密に付着させ、めっきの平滑性を向上させる効果を一層高めることができる。また、アルミニウム合金中のZn含有量が1.000%以下であることによって、ジンケート皮膜が均一となりめっき表面の平滑性が低下することを一層抑制することができ、また、めっき剥離が生じることも一層抑制することができる。更に、圧延工程における加工性低下を一層抑制することができる。そのため、アルミニウム合金中のZn含有量は、0.005〜1.000%の範囲とするのが好ましく、0.100〜0.700の範囲とするのがより好ましい。
Ti、B及びVは、鋳造時の凝固過程において、第二相粒子(TiB2などのホウ化物、或いは、Al3TiやTi−V−B粒子等)を形成し、これらが結晶粒核となるため、結晶粒を微細化することが可能となる。その結果、めっき性が改善する。また、結晶粒が微細化することで、第二相粒子のサイズの不均一性を小さくし、アルミニウム合金基板中の強度とフラッタリング特性のバラツキを低減させる効果を発揮する。但し、Ti、B及びVの含有量の合計が0.005%未満では、上記の効果が得られない。一方、Ti、B及びVの含有量の合計が0.500%を超えてもその効果は飽和し、それ以上の顕著な改善効果が得られない。そのため、Ti、B及びVを添加する場合のTi、B及びVの含有量の合計は、0.005〜0.500%の範囲とするのが好ましく、0.005〜0.100%の範囲とするのがより好ましい。なお、合計量とは、Ti、B及びVのいずれか1種のみを含有する場合にはこの1種の量であり、いずれか2種を含有する場合にはこれら2種の合計量であり、3種全てを含有する場合にはこれら3種の合計量である。
また、本発明に用いるアルミニウム合金の残部は、Al及び不可避的不純物からなる。ここで、不可避的不純物としてはGa、Snなどが挙げられ、各々が0.1%未満で、かつ合計で0.2%未満であれば、本発明で得られるアルミニウム合金基板としての特性を損なうことはない。
次に、本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板における第二相粒子の分布状態について説明する。
フラッタリング特性は、ハードディスクドライブのモーター特性によっても影響を受ける。本発明においては、フラッタリング特性は、空気中では、50nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましい。50nm以下であれば一般的なHDD向けの使用に耐え得ると判断される。50nmを超える場合は、読み取り部であるヘッドの位置決め誤差が増加する。
次に、本発明に係るアルミニウム合金基板の断面の板厚方向における平均結晶粒径について説明する。
次に、本発明に係るアルミニウム合金基板の耐力について説明する。
以下に、本発明に係るアルミニウム合金基板の製造工程の各工程及びプロセス条件を詳細に説明する。
まず、上述の成分組成を有するアルミニウム合金素材の溶湯を、常法に従って加熱・溶融することによって調製する(ステップS101)。次に、調製されたアルミニウム合金素材の溶湯から連続鋳造法(CC法)により、2.0〜10.0mm程度のアルミニウム合金の薄板を鋳造する(ステップS102)。
次に、必要に応じて鋳造板の均質化処理を実施する(ステップS103)。均質化処理における加熱処理条件は、300〜450℃で0.5〜24時間、好ましくは310〜440℃で0.5〜20時間である。このように均質化処理における加熱処理条件を、300〜450℃で0.5〜24時間とすることにより、第二相粒子のサイズの不均一性を小さくし、アルミニウム合金基板の強度とフラッタリング特性のバラつきを低減する効果が得られる。均質化処理時温度が300℃未満では上記の効果が得られず、450℃を超えると第二相粒子が粗大化し、強度が低下する虞がある。また、均質化処理時間が0.5時間未満では上記の効果が得られず、24時間を超えると第二相粒子が粗大化し、強度が低下する虞がある。なお、室温付近から300〜450℃に昇温する場合は、高温から300〜450℃に降温する場合よりも微細な第二相粒子が多く存在しているため、300〜450℃で24時間以内の加熱であれば第二相粒子の粗大化を抑制することができる。
次に、板材を冷間圧延して1.8mmから0.45mm程度のアルミニウム合金板とする(ステップS104)。冷間圧延によって所要の製品板厚に仕上げる。冷間圧延の条件は特に限定されるものではなく、必要な製品板強度や板厚に応じて定めれば良く、圧延率を10〜95%とするのが好ましい。冷間圧延の前、或いは、途中で、冷間圧延加工性を確保するために焼鈍処理を施してもよい。焼鈍処理を実施する場合には、例えばバッチ式の加熱ならば、200℃以上380℃未満で0.1〜10時間の条件で行うことが好ましく、連続式の加熱ならば、250℃以上400℃未満で0〜60秒間保持の条件で行うことが好ましい。ここで、連続式において処理時間が0秒とは、処理温度に到達後に直ちに加熱を止めることを意味する。
研削加工(ステップS107)後のアルミニウム合金基板断面を、光学顕微鏡により1000倍の倍率で1mm2の視野を観察し、粒子解析ソフトA像くん(商品名、旭化成エンジニアリング(株)社製)を用いて第二相粒子の分布密度(個/mm2)を測定した。観察は、アルミニウム合金基板のL−ST断面(圧延方向と板厚方向からなる断面)に沿った表面から板厚の1/4付近(表面から板厚方向に0.2mmの箇所)で実施した。結果を表7〜9示す。
研削加工(ステップS107)後のアルミニウム合金基板断面(L−ST断面)について、バーカー氏液を用いてバーカーエッチングを施し、偏光顕微鏡にて200倍の倍率で全厚さが視野に入るように1視野撮影した。結晶粒径の測定は、板厚方向に沿った全板厚間にわたって存在し、交差した結晶粒の数を数える交線法を用いて、ST方向に1000μmの直線を5本引き実施し、その算術平均値を平均結晶粒径とした。結果を表7〜9示す。
耐力は、JIS Z2241に準拠し、冷間圧延(ステップS104)後のアルミニウム合金板を340℃で3時間の焼鈍(加圧焼鈍模擬加熱)を行った後、340℃で3時間の大気中加熱を行い、圧延方向に沿ってJIS5号試験片を採取してn=2にて測定した。強度の評価は、耐力が75MPa以上の場合をA(優)、60MPa以上75MPa未満をB(良)、60MPa未満をC(劣)とした。なお、研削加工後のアルミニウム合金基板や磁気ディスクのめっきを剥離し、表面を10μm研削した基板から試験片を採取しても良い。この試験片に、340℃で3時間の大気中加熱を行い、耐力を評価することも可能である。その際の試験片の寸法は、平行部の幅5±0.14mm、試験片の原標点距離10mm、肩部の半径2.5mm、平行部長さ15mmとする。結果を表7〜9示す。
めっき処理研磨(ステップS109)工程後のアルミニウム合金基盤を用いディスク・フラッタの測定を行った。ディスク・フラッタの測定は、市販のハードディスクドライブに空気の存在下、アルミニウム合金基板を設置し、測定を行った。ドライブはSeagate製ST2000(商品名)を用いて、モーター駆動はテクノアライブ製SLD102(商品名)をモーターに直結することにより駆動させた。回転数は7200rpmとし、ディスクは常に複数枚設置してその上部の磁気ディスクの表面にレーザードップラー計である小野測器製LDV1800(商品名)によって表面の振動を観察した。観察した振動は、小野測器製FFT解析装置DS3200(商品名)によってスペクトル分析した。観察はハードディスクドライブの蓋に孔を開けることにより、その穴からディスク表面を観察して行った。また、市販のハードディスクに設置されていたスクイーズプレートは外して評価を行っている。
Claims (10)
- Fe:0.4〜3.0mass%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなるアルミニウム合金からなり、0.5μm以上2.0μm未満の最長径を有する第二相粒子が5000個/mm2以上の分布密度で分散することを特徴とする磁気ディスク用アルミニウム合金基板。
- 前記アルミニウム合金が、Mn:0.1〜3.0mass%、Si:0.1〜0.4mass%、Ni:0.1〜3.0mass%、Cu:0.005〜1.000mass%、Mg:0.1〜6.0mass%、Cr:0.01〜1.00mass%及びZr:0.01〜1.00mass%からなる群から選択される1種又は2種以上を更に含有する、請求項1に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板。
- 前記アルミニウム合金が、Zn:0.005〜1.000mass%を更に含有する、請求項1又は2に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板。
- 前記アルミニウム合金が、含有量の合計が0.005〜0.500mass%のTi、B及びVからなる群から選択される1種又は2種以上を更に含有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板。
- 断面の板厚方向における平均結晶粒径が70μm以下である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板。
- 大気中において340℃で3時間の加熱後の耐力が60MPa以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の表面に、無電解Ni−Pめっき処理層とその上の磁性体層が設けられていることを特徴とする磁気ディスク。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載される磁気ディスク用アルミニウム合金基板の製造方法であって、前記アルミニウム合金を用いて鋳造板を連続鋳造する連続鋳造工程と、鋳造板を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延板を円環状に打ち抜くディスクブランク打抜き工程と、打ち抜いたディスクブランクを加圧焼鈍する加圧焼鈍工程と、加圧焼鈍したブランクに切削加工と研削加工を施す切削・研削工程と、を含み、前記鋳造工程後から1分経過後における鋳造板の温度が230〜350℃とし、かつ、鋳造工程後から10分経過後における鋳造板の温度を150℃以上230℃未満とすることを特徴とする磁気ディスク用アルミニウム合金基板の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載される磁気ディスク用アルミニウム合金基板の製造方法であって、前記アルミニウム合金を用いて鋳造板を連続鋳造する連続鋳造工程と、鋳造板を均質化処理する均質化処理工程と、均質化処理した鋳造板を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延板を円環状に打ち抜くディスクブランク打抜き工程と、打ち抜いたディスクブランクを加圧焼鈍する加圧焼鈍工程と、加圧焼鈍したブランクに切削加工と研削加工を施す切削・研削工程と、を含み、前記鋳造工程後から1分経過後における鋳造板の温度が230〜350℃とし、かつ、鋳造工程後から10分経過後における鋳造板の温度を150℃以上230℃未満とし、前記均質化処理工程において、鋳造板を300〜450℃で0.5〜24時間熱処理することを特徴とする磁気ディスク用アルミニウム合金基板の製造方法。
- 前記冷間圧延の前又は途中において、鋳造板又は圧延板を焼鈍する焼鈍処理工程を更に含む、請求項8又は9に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の製造方法。
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