JP2020015952A - 磁気ディスク用アルミニウム合金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板を用いた磁気ディスク - Google Patents
磁気ディスク用アルミニウム合金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板を用いた磁気ディスク Download PDFInfo
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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板(以下、「本発明に係るアルミニウム合金板」又は、単に「アルミニウム合金板」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−Mn系合金を用いたアルミニウム合金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、磁気ディスク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0.10%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3.00%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、0.10〜3.00%の範囲とする。Fe含有量は、好ましくは0.40〜2.00%、より好ましくは0.80〜1.80%の範囲である。
Mnは必須元素であり、第二相粒子(Al−Mn系金属間化合物等)や固溶元素として存在し、磁気ディスク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%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、Mn含有量が3.0%を超えると、粗大なAl−Mn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−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Mn含有量は、0.1〜3.0%の範囲とする。Mn含有量は、好ましくは0.2〜1.0%、より好ましくは0.2〜0.8%の範囲である。
Cuは必須元素であり、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。アルミニウム合金中のCu含有量が0.003%未満では、ジンケート皮膜が不均一となり、めっき表面にピットが発生し、めっき表面の平滑生を低下させる。また、めっき剥離が生じ易くなる。一方、アルミニウム合金中のCu含有量が1.000%を超えると、粗大なAl−Cu系金属間化合物粒子が多数生成し、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し、めっき表面にピットが生じ、めっき表面の平滑性が低下する。また、めっき剥離が生じ易くなる。そのため、アルミニウム合金中のCu含有量は、0.003〜1.000%の範囲とする。Cu含有量は好ましくは、0.005〜0.400%の範囲である。
Znは必須元素であり、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。アルミニウム合金中のZn含有量が0.005%未満では、ジンケート皮膜が不均一となり、めっき表面にピットが発生し、めっき表面の平滑生を低下させる。また、めっき剥離が生じ易くなる。一方、アルミニウム合金中のZn含有量が1.000%を超えるとジンケート皮膜が不均一となり、めっき表面にピットが発生し、めっき表面の平滑生を低下させる。また、めっき剥離が生じ易くなる。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。Zn含有量は好ましくは、0.100〜0.700の範囲である。
Siは、主として第二相粒子(Si粒子等)として存在し、磁気ディスク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、磁気ディスク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、磁気ディスク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、磁気ディスク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。
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、磁気ディスク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、磁気ディスク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、磁気ディスク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、磁気ディスク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、磁気ディスク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、磁気ディスク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。
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、磁気ディスク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0.10%未満で、かつ合計で0.20%未満であれば、本発明で得られるアルミニウム合金板としての特性を損なうことはない。
次に、本発明に係るアルミニウム合金板における第二相粒子の分布状態について説明する。
次に、本発明に係るアルミニウム合金板におけるMn固溶量について説明する。
本発明の実施態様においては、アルミニウム合金板の厚さは、0.35mm以上であることが好ましい。アルミニウム合金板の厚さが0.35mm未満であると、ハードディスクドライブの取り付け時などに発生する落下などによる加速力により変形する虞がある。但し、耐力を更に増加することによって変形が抑制できればこの限りではない。なお、アルミニウム合金板の厚さが1.90mmを超えると、フラッタリング特性は改善するがハードディスク内に搭載できるディスク枚数が減ってしまうため好適ではない。従って、アルミニウム合金板の厚さは、0.35〜1.90mmとするのがより好ましく、0.50〜1.40mmとするのが更に好ましい。
以下に、本発明に係るアルミニウム合金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。本発明に係るアルミニウム合金板及び磁気ディスクの製造方法を、図1に示すフローに従って説明する。ここで、アルミニウム合金溶湯の調製(ステップS101)〜冷間圧延(ステップS104)によって、アルミニウム合金基板が作製される(ステップS105)。
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程度の厚さのアルミニウム合金の薄板である鋳造板を連続鋳造(CC)法によって鋳造する(ステップS102)。
次に、鋳造板を冷間圧延して(ステップS104)、1.8mmから0.35mm程度の厚さのアルミニウム合金板を作製する(ステップS105)。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。なお、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℃以下で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、300℃以上600℃以下で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て冷却することを意味する。
次に、必要に応じて、連続鋳造工程と冷間圧延工程との間に鋳造板の均質化処理工程を実施してもよい(ステップS103)。均質化処理工程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。
次いで、ステップ5のアルミニウム合金板を用いて、ディスクブランクの作製(ステップS106)と加圧平坦化処理(ステップS107)によって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板(以下、単に「アルミニウム合金基板」と記す)が作製される(ステップS108)。まず、アルミニウム合金板を円環状に打ち抜き、ディスクブランクを作成する(ステップS106)。次に、ディスクブランクを大気中にて、例えば100℃以上350℃未満で30分以上の加圧焼鈍を行い平坦化したブランクを作成する(ステップS107)。次に、ブランクに切削加工、研削加工を施し、ならびに、好ましくは、250〜400℃の温度で5〜15分の歪取り加熱処理をこの順序で施して、アルミニウム合金基板を作製する(ステップS108)。
次いで、ステップ8のアルミニウム合金基板の表面に脱脂、酸エッチング処理、デスマット処理を施した後にジンケート処理(Zn置換処理)を施す(ステップS109)。更に、ジンケート処理した表面に下地処理としてNi−Pめっき処理を施す(ステップS110)。このようにして、アルミニウム合金基盤が作製される(ステップS111)。
最後に、下地めっき処理したアルミニウム合金基盤の表面を研磨により平滑し、表面に下地層、磁性層、保護膜及び潤滑層等からなる磁性媒体をスパッタリングにより付着させる工程によって磁気ディスクとする(ステップS112)。
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。
冷間圧延(ステップS104)後のアルミニウム合金板断面を研磨後、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)を用いて領域(A)と領域(C)の第二相粒子の分布密度(個/mm2)を算出した。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)とした。なお、視野観察は、合計が1.0mm2となる複数の箇所について行ない、各視野における個数を合計して分布密度とした。結果を表7〜9示す。
Mn固溶量の測定は、冷間圧延(ステップS104)後のアルミニウム合金板を用い、次の手順により行った。熱フェノール溶解抽出法により得られた残渣から、アルミニウム合金板におけるMn総析出量を分析測定し、Mn成分分析値から差し引いた値をMn固溶量とした。つまり、アルミニウム合金に含有されるMnは、固溶状態のものと、第二相粒子として金属間化合物の状態のものとからなるものとして、後者を熱フェノール溶解抽出法により測定し、これを全Mn含有量から差し引いてMn固溶量を求めるものである。なお、Mn析出量の分析方法については、「佐藤,泉:軽金属学会第68回春期大会講演概要,(1985),55.」の学術文献、「村松,松尾,小松ら:軽金属学会第76回春期大会講演概要,(1989),51.」の学術文献を参照して行なった。
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370℃で3時間の焼鈍(加圧焼鈍模擬加熱)を行った後、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80MPa以上の場合をA(優)、60MPa以上80MPa未満をB(良)、60MPa未満をC(劣)とした。結果を表7〜9示す。
めっき処理研磨(ステップS110)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LV1800(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 (7)
- Fe:0.10〜3.00mass%、Mn:0.1〜3.0mass%、Cu:0.003〜1.000mass%、Zn:0.005〜1.000mass%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、板厚中心面から板の両表面に向かい板厚の25%以内を占める領域(A)において、100μm以上300μm以下の最長径を有する第二相粒子が50個/mm2以下の分布密度で分散し、板厚中心面から板の両表面に向かい板厚の50%以内を占める領域(B)から領域(A)を除いた領域(C)において、100μm以上300μm以下の最長径を有する第二相粒子が0個/mm2であり、Mn固溶量が0.03mass%以上であることを特徴とする磁気ディスク用アルミニウム合金板。
- 前記アルミニウム合金が、Si:0.1〜0.4mass%、Ni:0.1〜3.0mass%、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又は2に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金板。
- 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板からなる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1〜3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を含み、前記鋳造工程において、鋳造板とする鋳造部に溶湯を供給する樋を流れる溶湯量を100kg/分以下とし、かつ、湯表面高さを30mm以下とし、鋳造速度を0.4〜1.5m/分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板の製造方法。
- 前記連続鋳造工程と冷間圧延工程との間に、鋳造板を300〜450℃で0.5〜24時間加熱処理する均質化処理工程を更に含む、請求項5に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金板の製造方法。
- 前記冷間圧延の前又は途中において、鋳造板又は冷間圧延板を焼鈍する焼鈍処理工程を更に含む、請求項5又は6に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金板の製造方法。
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