JP2022094683A - 磁気ディスク用アルミニウム合金基板及び磁気ディスク - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の他の態様は、前記アルミニウム合金が、Cr:1.00mass%以下及びZr:1.00mass%以下からなる群から選択される1種又は2種の元素を更に含有する、磁気ディスク用アルミニウム合金基板である。
本発明の他の態様は、前記アルミニウム合金が、Sr:0.10mass%以下、Na:0.10mass%以下、及びP:0.10mass%以下からなる群から選択される少なくとも1種の元素を更に含有する、磁気ディスク用アルミニウム合金基板である。
本発明の他の態様は、前記アルミニウム合金が、0.0020mass%以下のBeを更に含有する、磁気ディスク用アルミニウム合金基板である。
本発明の他の態様は、磁気ディスク用アルミニウム合金基板と、
前記磁気ディスク用アルミニウム合金基板の表面に、Ni-Pめっき処理層と、
前記Ni-Pめっき処理層の上の磁性体層と、
を有する、磁気ディスクである。
本発明者らは、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のフラッタリング特性と該磁気ディスク用アルミニウム合金基板の素材との関係に着目し、これら特性と基板(磁気ディスク材料)の成分との関係について鋭意調査研究し、アルミニウム合金の組成、Cu/Znの質量比、FeとMnとNiの合計含有量、及びMg量がフラッタリング特性に大きな影響を与えることを見出した。その結果、本発明者らは、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が、Fe:1.80mass%以下、Mn:0.70mass%以下、Ni:2.50mass%以下、Si:2.50mass%以下、Cu:1.00mass%以下、Zn:0.48mass%以下、Mg:1.00~3.50mass%、を含有し、Cu/Znの質量比が0.01~0.35、又は、6.00~50.00であり、FeとMnとNiの合計含有量が1.60~4.50mass%であり、残部Al及び不可避的不純物からなるものとすることにより、磁気ディスクのフラッタリング特性を向上できることを発見した。すなわち、このようなアルミニウム合金からなる磁気ディスク用アルミニウム合金基板では、損失係数を大きくすると共に平坦度変化を小さくすることができる。磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数を大きくすることにより、磁気ディスクの回転時における該磁気ディスクの振動を効果的に抑制することができる。また、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度変化を小さくすることによって、磁気ディスクの回転時における不安定な気流の発生を効果的に抑制することができる。この結果、本発明者らは、磁気ディスクのフラッタリング特性が向上することを見出した。これらの知見に基づいて、本発明者らは本発明を完成するに至ったものである。
本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板に用いるアルミニウム合金は、フラッタリング特性を向上させるために、Fe:1.80mass%以下、Mn:0.70mass%以下、Ni:2.50mass%以下、Si:2.50mass%以下、Cu:1.00mass%以下、Zn:0.48mass%以下、Mg:1.00~3.50mass%、を含有し、FeとMnとNiの合計含有量が1.60~4.50mass%であり、Cu/Znの質量比が0.01~0.35、又は、6.00~50.00である。
以下に、上記各元素について説明する。
Feは、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、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率、及び強度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、第二相粒子と転位との相互作用により振動エネルギーが速やかに吸収され、良好な損失係数が得られる。また、アルミニウム母材よりもヤング率が高い第二相粒子が増加することで、ヤング率が向上する。更に、第二相粒子が増加することで、分散強度により強度が向上する。アルミニウム合金中のFe含有量が1.80mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率、及び強度を向上させる効果を一層高めることができる。また、粗大なAl-Fe系金属間化合物粒子が多数生成することを抑制する。その結果、このような粗大なAl-Fe系金属間化合物粒子が、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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Fe含有量は、1.80mass%以下の範囲とする。アルミニウム合金中のFe含有量は、好ましくは1.60mass%以下である。アルミニウム合金中のFe含有量の下限は0.10mass%とするのが好ましく、0.20mass%とするのがより好ましい。
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、一部はマトリックスに固溶して存在し、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率、及び強度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、第二相粒子と転位との相互作用により振動エネルギーが速やかに吸収され、良好な損失係数が得られる。また、アルミニウム母材よりもヤング率が高い第二相粒子が増加することで、ヤング率が向上する。更に、第二相粒子が増加することで、分散強度により、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の強度が向上する。アルミニウム合金中のMn含有量が0.70mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率、及び強度を向上させる効果を一層高めることができる。また、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。その結果、このような粗大なAl-Mn系金属間化合物粒子が、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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Mn含有量は、0.70mass%以下の範囲とする。アルミニウム合金中のMn含有量は、好ましくは0.50mass%以下である。アルミニウム合金中のMn含有量の下限は0.10mass%とするのが好ましく、0.20mass%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、一部はマトリックスに固溶して存在し、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度を向上させる効果を発揮する。アルミニウム合金中のNi含有量が2.50mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度を向上させる効果を一層高めることができる。また、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。その結果、このような粗大なAl-Ni系金属間化合物粒子が、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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、2.50mass%以下の範囲とする。アルミニウム合金中のNi含有量は、好ましくは2.30mass%以下である。アルミニウム合金中のNi含有量の下限は0.10mass%とするのが好ましく、0.20mass%とするのがより好ましい。
Siは、主に第二相粒子(Si粒子やAl-Fe-Si系金属間化合物等)として存在し、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率及び強度を向上させる効果を発揮する。このような磁気ディスク用アルミニウム合金基板に振動を加えると、第二相粒子と転位との相互作用により振動エネルギーが速やかに吸収され、良好な損失係数が得られる。また、アルミニウムよりもヤング率が高い第二相粒子が増加することで、ヤング率が向上する。更に、第二相粒子が増加することで、分散強度により、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の強度が向上する。アルミニウム合金中のSi含有量が2.50mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率及び強度を向上させる効果を一層高めることができる。また、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、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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Si含有量は、2.50mass%以下の範囲とする。好ましくは2.20mass%以下である。アルミニウム合金中のSi含有量の下限は0.005mass%とするのが好ましく、0.01mass%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、Znとの比率によっては、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数を高めることができる。また、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の強度とヤング率を向上させる効果を発揮する。また、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の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1.00mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度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、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。その結果、このような粗大なAl-Cu系金属間化合物粒子が、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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、1.00mass%以下の範囲とする。アルミニウム合金中のCu含有量は、好ましくは0.50mass%以下である。アルミニウム合金中のCu含有量の下限は0.003mass%とするのが好ましく、0.010mass%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、Cuとの比率によっては、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数を高めることができる。アルミニウム合金中のZn含有量が0.48mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数と平滑性及び密着性を向上させる効果とを一層高めることができる。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Zn含有量は、0.48mass%以下の範囲とする。アルミニウム合金中のZn含有量は、好ましくは0.40mass%以下である。アルミニウム合金中のZn含有量の下限は0.003mass%とするのが好ましく、0.010mass%とするのがより好ましい。
Mgは、主としてマトリックスに固溶して存在し、一部は第二相粒子(Mg-Si系金属間化合物等)として存在し、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の強度を向上させる効果を発揮する。また、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度変化を抑制する効果があり、平坦度の改善に効果を発揮する。アルミニウム合金中のMg含有量が1.00mass%未満だと、上記の効果が不十分である。一方、アルミニウム合金中のMg含有量が3.50mass%を超えると、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数が低下する。そのため、アルミニウム合金中のMg含有量は、1.00~3.50mass%の範囲とする。より好ましくは、Mg含有量は1.20~3.00mass%の範囲とする。
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、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度を向上させる効果を発揮する。また、アルミニウム合金中のCr含有量が1.00mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度を向上させる効果を一層高めることができる。また、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。その結果、このような粗大なAl-Cr系金属間化合物粒子が、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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、1.00mass%以下の範囲とするのが好ましく、0.03~0.50mass%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、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度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1.00mass%以下であることによって、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率と強度を向上させる効果を一層高めることができる。また、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。その結果、このような粗大なAl-Zr系金属間化合物粒子が、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、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、1.00mass%以下の範囲とするのが好ましく、0.03~0.50mass%の範囲とするのがより好ましい。
Beは、Mgを含むアルミニウム合金を鋳造する際に、Mgの酸化を抑制することを目的として溶湯内に添加される元素である。また、アルミニウム合金中に含有されるBeを0.0020mass%以下とすることにより、磁気ディスクの製造過程において磁気ディスク用アルミニウム合金基板の表面に形成されるZn皮膜をより緻密にするとともに、厚みのバラつきをより小さくすることができる。その結果、磁気ディスク用アルミニウム合金基板上に形成されるNi-Pめっき処理層の平滑性をより高めることができる。
Sr、Na及びPは、磁気ディスク用アルミニウム合金基板中の第二相粒子(主にSi粒子)を微細化し、めっき性を改善する効果を発揮する。また、磁気ディスク用アルミニウム合金基板中の第二相粒子のサイズの不均一性を小さくし、耐衝撃特性のバラつきを低減させる効果も発揮する。そのため、アルミニウム合金中にそれぞれが、0.10mass%以下のSr、Na、Pが含まれていてもよい。
FeとMn及びNiは、先述した通り、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率、及び強度を向上させる効果を発揮する。ここで、アルミニウム合金中のFe、Mn及びNiの含有量の合計が1.60mass%未満では、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数が不十分であり、フラッタリング特性が低下する。一方、Fe、Mn及びNiの含有量の合計が4.50mass%を超えると、粗大な金属間化合物が生成して、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のエッチング時、ジンケート処理時、切削や研削の加工時において、金属間化合物が脱落して大きな窪みが発生し、めっき表面の平滑性が低下する。また、Fe、Mn及びNiの含有量の合計が4.50mass%を超えると磁気ディスク用アルミニウム合金基板の強度もより高くなるため、圧延時に割れが発生してしまう。従って、Fe、Mn及びNiの含有量の合計は1.60~4.50mass%とする。なお、含有量は、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の剛性と強度、ならびに、製造性との兼合いから、1.60~4.50mass%であり、好ましくは1.90~4.00mass%である。
CuとZnは、先述した通り、その比率によっては、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数を向上させる効果を発揮する。ここで、Cu/Znの質量比が0.35を超えて6.00未満では、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数が不十分であり、フラッタリング特性が低下する。一方、Cu/Zn比が0.01未満又は50.00を超えると、Cu又はZnのどちらかの含有量が多い状態となり、ジンケート皮膜が不均一となり、めっき平滑性が低下する恐れがある。従って、Cu/Zn比は0.01~0.35、又は、6.00~50.00とする。なお、Cu/Zn比は、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数やめっき平滑性との兼合いから、0.02~0.35、又は、6.00~40.00とするのが好ましく、より好ましくは0.03~0.35、又は、8.00~35.00である。
アルミニウム合金には、上述した元素以外の不可避的不純物となる元素が含まれていてもよい。これらの元素としては、Ti、B、Si、Gaなどが挙げられ、その含有量は、各元素について0.10mass%以下、合計で0.30mass%以下であれば本発明の作用効果を損なわない。上述のように本発明においては、Siを選択的元素として積極的に添加することもできるが、Siを積極的に添加せずに不可避的不純物となる場合もある。Siは、一般的な純度の地金はもとより、Alの純度が99.9mass%以上である高純度の地金にも不可避的不純物として含まれ、このように不可避的不純物として含まれる場合は、0.10mass%以下であれば本発明の作用効果を損なわない。なお、Siを選択的元素として積極的に添加する場合は、上記のように磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数とヤング率及び強度を向上させる観点から、アルミニウム合金中のSiの含有量が0.60mass%以下であることが好ましい。
本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板は、その損失係数を大きくして向上させている。これにより、磁気ディスクの回転時における該磁気ディスクの振動を効果的に抑制することが可能となり、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のフラッタリング特性を向上させる効果が発揮される。先述した通り、材料の第二相粒子を増加させることで、第二相粒子と転位との相互作用により振動エネルギーが速やかに吸収され、良好な損失係数が得られる。
磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度は、以下のようにして測定する。最初に磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度を測定した後、該磁気ディスク用アルミニウム合金基板を定盤等の上に平置きし、室温(25±5℃)で336時間、放置し、再度平坦度を測定し、下記式で表される室温放置前後の平坦度の差を、平坦度変化として算出した。
平坦度変化={(25±5℃で336時間、保持前の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度)-(25±5℃で336時間、保持後の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度)}の絶対値
また、平坦度の測定は例えば、ZyGO社製平坦度測定機(MESA)にて行うことができる。本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板は、その平坦度が小さい。平坦度を小さくすることによって磁気ディスクの回転時における空気抵抗を効果的に抑制して、磁気ディスク用アルミニウム合金基板のフラッタリング特性を向上させる効果が発揮される。この平坦度が大きい磁気ディスク用アルミニウム合金基板は、磁気ディスク装置作動時の空気抵抗が大きくなり、フラッタリング特性が低下する。一方、この平坦度が小さい磁気ディスク用アルミニウム合金基板は、上記のようにフラッタリング特性の低下を抑制することができる。
上記磁気ディスク用アルミニウム合金基板を備えた磁気ディスクは、例えば、以下の構成を有する。即ち、磁気ディスクは、磁気ディスク用アルミニウム合金基板と、この磁気ディスク用アルミニウム合金基板の表面にNi-Pめっき処理層と、このNi-Pめっき処理層の上の磁性体層とを有する。なお、Ni-Pめっき処理層は、無電解めっき処理により形成した無電解Ni-Pめっき処理層であることが好ましい。磁気ディスクは、更に、ダイヤモンドライクカーボンなどの炭素系材料からなり、磁性体層上に積層された保護層と、潤滑油からなり、保護層上に塗布された潤滑層とを有していてもよい。
以下に、本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金基板、ならびに、これを用いた磁気ディスク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。
以下の方法により、本実施例において評価に使用するアルミニウム合金板を作製した。まず、溶解炉において、表1に示す化学成分を有する溶湯を調製した。
上記磁気ディスク用アルミニウム合金基板に打ち抜き加工を施し、外径98mm、内径24mmの円環状を呈するディスクブランクを得た。次いで、得られたディスクブランクを厚み方向の両側から加圧しつつ、表2に示す温度で3時間保持して加圧焼鈍を実施した。
加圧焼鈍工程後の磁気ディスク用アルミニウム合金基板からなるディスクブランクから、60mm×8mmのサンプルを採取し、減衰法により損失係数を測定し、損失係数×板厚(mm)を算出した。なお、磁気ディスク用アルミニウム合金基板の損失係数の適正値は、基板の板厚によって大きく変化する。これは板厚が薄くなるほど流体による励起力に対して抗力が失われるためである。そのため、損失係数と板厚(単位:mm)との積で評価を行う。損失係数の測定は、日本テクノプラス株式会社製のJE-RT型の装置を用い室温で行った。フラッタリング性の評価は、損失係数×板厚(mm)が0.89×10-3以上の場合をA(優)、0.74×10-3以上0.89×10-3未満をB(良)、0.66×10-3以上0.74×10-3未満をC(可)、0.66×10-3未満はD(劣)とした。なお、加熱処理後の磁気ディスクからめっきを剥離し、表面を10μm研削した磁気ディスク用アルミニウム合金基板から試験片を採取したものに、損失係数の評価を行ってもよい。事前試験により、加熱処理後の磁気ディスクから得た試料は、加圧焼鈍工程後の磁気ディスク用アルミニウム合金基板から採取したサンプルと同じ損失係数を示すことを確認している。得られた損失係数×板厚の結果を表2に示す。
まず、上記の通り加圧焼鈍を行った磁気ディスク用アルミニウム合金基板からなるブランクについて平坦度を測定した。その後、磁気ディスク用アルミニウム合金基板を定盤等の上に平置きし、室温(25±5℃)で336時間、放置し、再度平坦度を測定し、下記式で表される室温放置前後の平坦度の差を、平坦度変化として算出した。
平坦度変化={(25±5℃で336時間、保持前の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度)-(25±5℃で336時間、保持後の磁気ディスク用アルミニウム合金基板の平坦度)}の絶対値
尚、平坦度の意義については上述のとおりである。また、平坦度の測定は、ZyGO非接触フラットネス測定機にて行った。平坦度変化が2.00μm以下の場合、評価A(優)とし、2.00μmを超える場合、評価D(劣)とした。得られた平坦度変化の結果を表2に示す。
2 磁気ディスク用アルミニウム合金基板
アルミニウム合金には、上述した元素以外の不可避的不純物となる元素が含まれていてもよい。これらの元素としては、Ti、B、Gaなどが挙げられ、その含有量は、各元素について0.10mass%以下、合計で0.30mass%以下であれば本発明の作用効果を損なわない。
Claims (5)
- Fe:1.80mass%以下、Mn:0.70mass%以下、Ni:2.50mass%以下、Si:2.50mass%以下、Cu:1.00mass%以下、Zn:0.48mass%以下、Mg:1.00~3.50mass%、を含有し、FeとMnとNiの合計含有量が1.60~4.50mass%であり、Cu/Znの質量比が0.01~0.35、又は、6.00~50.00であり、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、Cr:1.00mass%以下及びZr:1.00mass%以下からなる群から選択される1種又は2種の元素を更に含有する、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、Sr:0.10mass%以下、Na:0.10mass%以下、及びP:0.10mass%以下からなる群から選択される少なくとも1種の元素を更に含有する、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、0.0020mass%以下のBe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。
- 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と、
前記磁気ディスク用アルミニウム合金基板の表面に、Ni-Pめっき処理層と、
前記Ni-Pめっき処理層の上の磁性体層と、
を有する、磁気ディスク。
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