JP2022100921A - 磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランク及び磁気ディスク - 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、Mn:1.80mass%以下、Ni:2.50mass%以下、Cu:1.00mass%以下、Zn:0.70mass%以下、Mg:4.50mass%以下、Cr:0.30mass%以下、Zr:0.15mass%以下、Si:14.00mass%以下、Be:0.0015mass%以下、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1種又は2種以上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ディスクブランクである。
本発明の他の態様は、前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、18μm以下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ディスクブランクである。
本発明の他の態様は、前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、15μm以下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ディスクブランクである。
本発明の他の態様は、前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、12μm以下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ディスクブランクである。
本発明の他の態様は、前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、11μm以下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ディスクブランクである。
本発明の他の態様は、前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、10μm以下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ディスクブランクである。
本発明の他の態様は、磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクからなるアルミニウム合金基板の表面に、Ni-Pめっき処理層と、該Ni-Pめっき処理層の上の磁性体層とを有することを特徴とする磁気ディスクである。
本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランク(以下、「アルミニウム合金ディスクブランク」と記す場合がある)について説明する。アルミニウム合金ディスクブランクは、所定の合金組成のアルミニウム合金を用いてアルミニウム合金板を作製し、これをディスク状に打ち抜くことで得られる。アルミニウム合金ディスクブランクは、Fe:0.005~1.800mass%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る。大気中にてアルミニウム合金ディスクブランクを50℃以下で336時間、保持した際の該アルミニウム合金ディスクブランクの平坦度変化は2.0μm以下である。平坦度変化は、{(50℃以下で336時間、保持前のアルミニウム合金ディスクブランクの平坦度)-(50℃以下で336時間、保持後のアルミニウム合金ディスクブランクの平坦度)}の絶対値として算出される。この平坦度変化が2.0μm以下であることにより、アルミニウム合金ディスクブランクの表面切削や研削の際に残留応力が発生しにくくなり、加工後に行われる焼鈍において凸状欠陥が生成しにくくなる。この結果、アルミニウム合金ディスクブランクの平滑性を向上させて、磁気ディスク表面の凸状欠陥の発生を防ぐことができる。
アルミニウム合金ディスクブランクに用いるアルミニウム合金の組成及びその限定理由について、以下に詳細に説明する。
Feは、主として第二相粒子(Al-Fe系金属間化合物等)として存在すると共に、一部はマトリックスに固溶して存在する。第二相粒子生成とマトリックスへの固溶により、Feはアルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性を向上させる効果を発揮する。しかしながら、Feの含有量が0.005mass%未満では、アルミニウム合金ディスクブランクの強度が低すぎるため、加圧焼鈍後のディスクブランク剥離時にアルミニウム合金ディスクブランクが変形してしまう。一方、Feの含有量が1.800mass%を超えると、粗大な金属間化合物が生成して、アルミニウム合金ディスクブランクのエッチング時、ジンケート処理時、切削や研削加工時において、金属間化合物が脱落して大きな窪みが発生し、表面の平滑性が低下する。また、Feの含有量が多いとアルミニウム合金ディスクブランクの強度が高くなるため、圧延時に割れが発生してしまう。従って、アルミニウム合金中のFeの含有量は0.005~1.800mass%とする。なお、Feの含有量は、アルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性と製造性との兼合いから、0.010~1.500mass%とするのが好ましい。
以下では、各任意成分について詳細に説明する。
前記アルミニウム合金ディスクブランク中には、任意成分として、1.80mass%以下のMnが含まれていてもよい。Mnは、主として第二相粒子(Al-Mn系金属間化合物等)として存在すると共に、一部はマトリックスに固溶して存在する。第二相粒子生成とマトリックスへの固溶により、Mnはアルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性を向上させる効果を発揮する。しかしながら、Mnの含有量が多いと、粗大な金属間化合物が生成して、アルミニウム合金ディスクブランクのエッチング時、ジンケート処理時、切削や研削加工時において、金属間化合物が脱落して大きな窪みが発生し、表面の平滑性が低下するおそれがある。また、Mnの含有量が多いとアルミニウム合金ディスクブランクの強度が高くなるため、圧延時に割れが発生してしまうおそれがある。従って、Mnの含有量は1.80mass%以下とすることが好ましい。なお、Mnの含有量は、アルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性と製造性との兼合いから、0.01~1.50mass%とするのが好ましい。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、2.50mass%以下のNiが含まれていてもよい。Niは、主として第二相粒子(Al-Ni系金属間化合物等)として存在すると共に、一部はマトリックスに固溶して存在する。第二相粒子生成とマトリックスへの固溶により、Niはアルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性を向上させる効果を発揮する。しかしながら、Niの含有量が多いと、粗大な金属間化合物が生成して、アルミニウム合金ディスクブランクのエッチング時、ジンケート処理時、切削や研削加工時において、金属間化合物が脱落して大きな窪みが発生し、表面の平滑性が低下するおそれがある。また、Niの含有量が多いとアルミニウム合金ディスクブランクの強度が高くなるため、圧延時に割れが発生してしまうおそれがある。従ってNiの含有量は2.50mass%以下とすることが好ましい。なお、Niの含有量は、アルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性と製造性との兼合いから、0.01~2.00mass%とするのが好ましい。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、1.00mass%以下のCuが含まれていてもよい。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、アルミニウム合金ディスクブランクの強度とヤング率を向上させる効果を発揮する。また、アルミニウム合金ディスクブランクのジンケート処理時のAl溶解量を減少させる。更に、ジンケート処理時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。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、0.70mass%以下のZnが含まれていてもよい。Znは、アルミニウム合金ディスクブランクのジンケート処理時のAl溶解量を減少させ、またジンケート処理時の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、ヤング率と強度を向上させる効果を発揮する。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、4.50mass%以下のMgが含まれていてもよい。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)として存在する。これにより、アルミニウム合金ディスクブランクの強度と剛性を向上させる効果を発揮する。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、0.30mass%以下のCrが含まれていてもよい。Crの一部は、鋳造時に生じる微細な金属間化合物として前記アルミニウム合金内に分散し、アルミニウム合金ディスクブランクの剛性が向上する。アルミニウム合金の鋳造時に金属間化合物とならなかったCrはAlマトリクス中に固溶し、固溶強化によってアルミニウム合金ディスクブランクの強度を向上させる作用を有している。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、0.15mass%以下のZrが含まれていてもよい。Zrの一部は、アルミニウム合金の鋳造時に生じる微細な金属間化合物としてアルミニウム合金ディスクブランク内に分散し、剛性が向上する。アルミニウム合金の鋳造時に金属間化合物とならなかったZrはAlマトリクス中に固溶し、固溶強化によってアルミニウム合金ディスクブランクの強度を向上させる作用を有している。
前記アルミニウム合金中には、任意成分として、14.00mass%以下のSiが含まれていてもよい。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、アルミニウム合金ディスクブランクの剛性と強度を向上させる効果を発揮する。
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、前記アルミニウム合金中のBeを0.0015mass%以下含有することにより、磁気ディスクの製造過程においてアルミニウム合金基板の表面に形成されるZn皮膜をよりち密にするとともに、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、アルミニウム合金基板上に形成されるNi-P処理層の平滑性をより高めることができる。
アルミニウム合金がSr、Na及びPを含有することにより、アルミニウム合金ディスクブランク中の第二相粒子(主にSi粒子)を微細化し、めっき性を改善する効果が得られる。また、アルミニウム合金ディスクブランク中の第二相粒子のサイズの不均一性を小さくし、アルミニウム合金ディスクブランク中の耐衝撃特性のバラつきを低減させる効果がある。そのため、アルミニウム合金中に、好ましくは0.10mass%以下のSr、好ましくは0.10mass%以下のNa、及び好ましくは0.10mass%以下のPからなる群から選択された1又は2以上の元素を選択的に添加されてもよい。ただし、Sr、Na及びPのそれぞれが0.10mass%を超過して含有し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。また上記効果を得るためには、Sr、Na及びPのそれぞれが0.001mass%以上であることがより好ましい。
アルミニウム合金には、上述した必須成分及び任意成分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0.05mass%以下、合計で0.15mass%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を任意成分として積極的に添加することもできるが、積極的に添加せず不可避的不純物として含有する場合もある。Siは、一般的な純度の地金はもとより、Alの純度が99.9%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も、0.100mass%以下であれば本発明の作用効果を損なわない。なお、Siを任意成分として積極的に添加する場合は、上記のようにアルミニウム合金ディスクブランクの剛性と強度をより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14.00mass%以下であることが好ましい。
本発明に係るアルミニウム合金ディスクブランクは、大気中にて50℃以下で336時間、保持した際の平坦度変化(保持前の平坦度と、保持後の平坦度の差の絶対値)を2.0μm以下とする。平坦度変化を2.0μm以下と小さくすることによって、凸状欠陥を低減させて表面の平滑性を向上させることができる。この平坦度変化が2.0μmを超えるアルミニウム合金ディスクブランクは、表面切削や研削の際に残留応力が発生しやすくなり、加工後に行われる焼鈍においても残留応力が完全に消滅せず、スパッタリングを実施した時に、残留応力が解放されて凸状欠陥が発生し、その平滑性が低下する。従って、本発明に係るアルミニウム合金ディスクブランクは、大気中にて50℃以下で336時間、保持した際の平坦度変化が2.0μm以下である。なお、アルミニウム合金ディスクブランクの平坦度変化は好ましくは1.0μm以下、より好ましくは0.9μm以下、さらに好ましくは0.8μm以下である。
本発明に係るアルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径は、18μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、12μm以下が更に好ましく、11μm以下が特に好ましく、10μm以下がより特に好ましい。このように結晶粒径を小さくすることによって、凸状欠陥を低減させることができる。より具体的には、上記のように結晶粒径が小さいアルミニウム合金ディスクブランクは、結晶粒界が増えることで変形抵抗が大きくなるため平坦度変化を抑制することができる。その結果、表面切削や研削の際に残留応力が発生しにくくなり、加工後に行われる焼鈍においても残留応力が効果的に消滅して、スパッタリングを実施した時に、凸状欠陥が発生しにくくなり、平滑性が向上する。従って、結晶粒径は18μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、12μm以下が更に好ましく、11μm以下が特に好ましく、10μm以下がより特に好ましい。
(1)鋳造工程
所定の合金組成のアルミニウム材の原料を溶解し、溶湯を溶製してからこれを鋳造して鋳塊を作製する。鋳造としては、半連続鋳造(DC鋳造)法や金型鋳造法、連続鋳造(CC鋳造)法が用いられる。DC鋳造法においては、スパウトを通して注がれた溶湯が、ボトムブロックと、水冷されたモールドの壁、ならびに、インゴット(鋳塊)の外周部に直接吐出される冷却水で熱を奪われ、凝固し、鋳塊として下方に引き出される。金型鋳造法においては、鋳鉄等で作られた中空の金型に注がれた溶湯が、金型の壁に熱を奪われ、凝固し、鋳塊が出来上がる。CC鋳造法では、一対のロール(又は、ベルトキャスタ、ブロックキャスタ)の間に鋳造ノズルを通して溶湯を供給し、ロールからの抜熱で薄板を直接鋳造する。
鋳塊を作製した後に熱間圧延を行うまでの間に、必要に応じて鋳塊の面削を行い、均質化処理を行ってもよい。均質化処理における保持温度は、例えば500~570℃の範囲から適宜設定することができる。また、均質化処理における保持時間は、例えば1~60時間の範囲から適宜設定することができる。
次に、鋳塊に熱間圧延を行い、熱間圧延板を作製する。熱間圧延の圧延条件は特に限定されるものではないが、例えば、開始温度を400~550℃の範囲とし、終了温度を260~380℃の範囲として熱間圧延を行うことができる。
熱間圧延を行った後、得られた熱間圧延板に1パス以上の冷間圧延を行うことにより、冷間圧延板を得ることができる。冷間圧延の総圧下率は、高いほど結晶粒径が小さくなるため、冷間圧延の総圧下率は、70%以上とすることが好ましく、より好ましくは80%以上である。冷間圧延の総圧下率に上限は特に設けないが、高すぎると冷延時間が長くなりコストが増加するため、95%程度とする。また、冷間圧延板の厚みは、例えば、0.2~1.9mmの範囲から適宜設定することができる。
上記態様の製造方法においては、冷間圧延における1パス目の前及びパス間のうち少なくとも一方において、必要に応じて焼鈍処理を行ってもよい。焼鈍処理は、バッチ式熱処理炉を用いて行ってもよいし、連続式熱処理炉を用いて行ってもよい。バッチ式熱処理炉を用いる場合、焼鈍時の保持温度を250~430℃、保持時間を0.1~10時間の範囲とすることが好ましい。また、連続式熱処理炉を用いる場合、炉内の滞在時間を60秒以内、炉内の温度を400~500℃とすることが好ましい。このような条件で焼鈍処理を行うことにより、冷間圧延時の加工性を回復させることができる。
以上の工程によって、アルミニウム合金板が作製される。
上記のアルミニウム合金板に打ち抜き加工を行って円環状を呈するアルミニウム合金ディスクブランクを作製する。その後、アルミニウム合金ディスクブランクを厚み方向の両側から加圧しながら加熱して加圧焼鈍を行うことにより、アルミニウム合金ディスクブランクの歪みを低減させ、その平坦度を向上させる。加圧焼鈍における保持温度と圧力は、例えば、250~430℃で1.0~3.0MPaの範囲から適宜選択することができる。また、加圧焼鈍における保持時間は、例えば、30分以上とすることができる。
以上の工程によって、アルミニウム合金基板が作製される。
B-1.磁気ディスクの構成
上記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、アルミニウム合金ディスクブランクからなるアルミニウム合金基板と、このアルミニウム合金基板の表面を覆うNi-Pめっき処理層と、このNi-Pめっき処理層上に積層された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。
アルミニウム合金基板から磁気ディスクを製造するに当たっては、例えば、以下の方法を採用することができる。まず、アルミニウム合金基板に脱脂洗浄を行いアルミニウム合金基板の表面に付着した加工油等の油分を除去する。脱脂洗浄の後、必要に応じて、酸を用いてアルミニウム合金基板にエッチングを施してもよい。エッチングを行った場合には、エッチング後に、エッチングによって生じたスマットをアルミニウム合金基板から除去するデスマット処理を行なうことが好ましい。これらの処理における処理条件は、処理液の種類に応じて適宜設定することができる。
以下の方法により、各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。
上記アルミニウム合金板に打ち抜き加工を施し、外径98mm、内径24mmの円環状を呈するアルミニウム合金ディスクブランクを得た。ここで、次いで、得られたアルミニウム合金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。この後、表2に示す条件でアルミニウム合金ディスクブランクの保管を行った。以上により、各例のアルミニウム合金ディスクブランクの試験材を作製した。
まず、結晶粒径は、組織観察用のアルミニウム合金ディスクブランクの試験材の圧延面に対して、グロー放電発光分析装置(Glow Discharge Spectroscopy:GDS、JY5000RF、HORIBA社製)を用い、ガス圧力400Pa、出力30Wとし、60sスパッタリングを実施した。スパッタ面において、走査電子顕微鏡に付属の後方散乱電子回折測定装置(SEM-EBSD)で測定することによって集合組織の方位情報を取得した。試料の測定領域は1000μm×1000μmとし、測定ステップ間隔は結晶粒径が12μm以上の場合、ステップ間隔は3μmとし、結晶粒径が8μm以上12μm未満の場合、ステップ間隔は2μmとし、8μm未満は1/4程度とした。
まず、上記の通り加圧焼鈍、及び場合により保管を行ったアルミニウム合金ディスクブランクについて剥離後1時間以内で平坦度を測定した。その後、アルミニウム合金ディスクブランクを定盤等の上に平置きし、表2に示す温度と時間放置し、再度平坦度を測定し、放置前後の平坦度の差である{(50℃以下で336時間、放置前の平坦度)-(50℃以下で336時間、放置後の平坦度)}の絶対値を平坦度変化として算出した。なお、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社製平坦度測定機(MESA)にて行った。平坦度変化が2μm以下の場合、フラッタリング性の評価A(優)とし、2μmを超える場合、フラッタリング性の評価D(劣)とした。結果を表2に示す。なお、表2中で「-」の記載は、処理又は評価を行っていないことを表す。
2 アルミニウム合金ディスクブランク
Claims (8)
- Fe:0.005~1.800mass%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る磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクであって、大気中にて磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクを50℃以下で336時間、保持した際の該磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの平坦度変化が2.0μm以下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ディスクブランク。
- 前記アルミニウム合金が、Mn:1.80mass%以下、Ni:2.50mass%以下、Cu:1.00mass%以下、Zn:0.70mass%以下、Mg:4.50mass%以下、Cr:0.30mass%以下、Zr:0.15mass%以下、Si:14.00mass%以下、Be:0.0015mass%以下、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1種又は2種以上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ディスクブランク。
- 前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、18μm以下であることを特徴とする、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ディスクブランク。
- 前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、15μm以下であることを特徴とする、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ディスクブランク。
- 前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、12μm以下であることを特徴とする、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ディスクブランク。
- 前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、11μm以下であることを特徴とする、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ディスクブランク。
- 前記磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクの表面の結晶粒径が、10μm以下であることを特徴とする、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ディスクブランク。
- 請求項1~7のいずれかに記載の磁気ディスク用アルミニウム合金ディスクブランクからなるアルミニウム合金基板の表面に、Ni-Pめっき処理層と、該Ni-Pめっき処理層の上の磁性体層とを有することを特徴とする磁気ディスク。
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