JP6963442B2 - 磁気記録媒体用アルミニウム合金基板、磁気記録媒体用基板、磁気記録媒体、ハードディスクドライブ - Google Patents
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Description
すなわち、本発明は、上記の課題を解決するため、以下の手段を提供する。
本実施形態における磁気記録媒体用アルミニウム合金基板は、Siを9.5質量%以上13.0質量%以下の範囲内、Cuを0.5質量%以上3.0質量%以下の範囲内、Srを0.005質量%以上0.1質量%以下の範囲内で含む。本実施形態の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板は、さらに、Znを0.01質量%以上0.4質量%以下の範囲内で、Cr、TiおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を合計で0.005質量%以上1.0質量%以下の範囲内で、Mnを0.05質量%以上0.4質量%以下の範囲内で、Zrを0.03質量%以上0.3質量%以下の範囲内でそれぞれ含んでいてもよい。
以下、本実施形態の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板に含まれている各元素、Si粒子の平均粒子径、サイズ(直径、厚さ)について説明する。
Siは、Al中への固溶量が少ないため、主にSi単体のSi粒子としてアルミニウム合金組織中に分散している。Si粒子が分散しているアルミニウム合金基板は、剛性が向上する。また、切削工具による加工時において、Si粒子の粉砕、あるいは、Si粒子とAl母相との界面での剥離により、切屑が分断し易い、即ち切屑分断性が向上する。このため、アルミニウム合金基板を製造する際の加工性が向上する。
このため、本実施形態では、Siの含有量は9.5質量%以上13.0質量%以下の範囲内とされている。Siの含有量は、10.0質量%以上12.0質量%以下の範囲内にあることが好ましい。
Cuは、アルミニウム合金組織中に固溶することにより、アルミニウム合金基板の剛性を向上させる効果を有する。また、Cuは、アルミニウム合金組織中にAl2Cu相を形成することによって、アルミニウム合金基板の剛性をさらに向上させる効果を有する。
このため、本実施形態では、Cuの含有量は0.5質量%以上3.0質量%以下の範囲内とされている。Cuの含有量は、1.0質量%以上2.8質量%以下の範囲内にあることが好ましい。
Srは、Siと共存することで、凝固時の共晶Si、初晶Siを球状化させると共に、Si粒子を微細化させる効果を有する。このSi粒子を微細化させる効果によって、間接的にアルミニウム合金の切屑分断性が良好となり、アルミニウム合金の加工性が向上すると共に、加工時の切削工具の摩耗や損傷を抑制することができる。また、鋳造、押出、引抜き等の工程で、Si粒子を均一かつ微細に分散させ、合金の切削性を一層向上させる効果を有する。加えて、アルミニウム合金基板の表面に形成するNiP系めっき被膜の組織を均一とし、そして、NiP系めっき被膜の膜質も均一とする効果を有する。
このため、本実施形態では、Srの含有量は0.005質量%以上0.1質量%以下の範囲内とされている。Srの含有量は、0.01質量%以上0.05質量%以下の範囲内にあることが好ましい。
Znは、アルミニウム合金組織中に固溶すると共に、他の添加物と結合して、析出物として、アルミニウム合金組織中に分散する。これによって、アルミニウム合金の機械的強度を高めると共に、他の固溶型元素との相乗効果により、アルミニウム合金基板を製造する際の加工性(切削性)を向上させる他、NiP系めっき膜形成を促進させる効果を有する。
このため、本実施形態では、Znの含有量は0.01質量%以上0.4質量%以下の範囲内とされている。
Crは圧延組織を微細化するので強度が向上でき、Tiは鋳造組織が微細化できるので鋳造時の漏れ防止に効果があり、Niはヤング率を向上する効果がある。これらの効果によって、Cr、TiおよびNiのうちの1種を添加することによって、アルミニウム合金鋳塊を鋳造する際の鋳造性(原料混合物の溶湯の流動性、引け特性、耐熱間割れ性)が向上すると共に、機械的強度が高くなり、アルミニウム合金基板を製造する際の加工性(切削性)が向上する。Cr、TiおよびNiは、1種を単独で使用してもよいし、2種以上を組合せて使用してもよい。
このため、本実施形態では、Cr、TiおよびNiの合計含有量は0.005質量%以上1.0質量%以下の範囲内とされている。
Mnは、アルミニウム合金組織中に微細析出し、合金の機械的強度を高めて、アルミニウム合金基板を製造する際の加工性を向上させる効果がある。
Mnの含有量が0.05質量%未満であると、上記の効果が得られにくくなるおそれがある。一方、Mnの含有量が0.4質量%を超えると、上記の効果が飽和して、それ以上添加する意味が乏しくなる。
このため、本実施形態では、Mnの含有量は0.05質量%以上0.4質量%以下の範囲内とされている。
Zrは、Srと同様にSi粒子を微細化させる効果を有する。また、アルミニウム合金組織内に微細なSi2Zr化合物を形成することによって、アルミニウム合金基板の剛性を向上させる効果がある。
このため、本実施形態では、Zrの含有量は0.03質量%以上0.3質量%以下の範囲内とされている。
Feは、原料から不回避的に混入する不純物である。Feの含有量が0.01質量%以上であると、Al−Si−Fe化合物の粗大な晶出物がアルミニウム合金組織に生成することがある。粗大なAl−Si−Fe化合物の晶出物が生成すると、アルミニウム合金基板を製造する際の研削加工時に多数のスクラッチが生成して、磁気記録媒体用として使用できない部分が多く発生するなど加工性が低下するおそれがある。また、粗大なAl−Si−Fe化合物の晶出物が生成したアルミニウム合金基板を用いた磁気記録媒体用基板は、Al−Si−Fe化合物が加工時に脱落してくぼみができ、めっき性が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、Feの含有量は0.01質量%未満とされている。
Mgは、主に原料から不回避的に混入する不純物である。Mgの含有量が0.05質量%以上であると、アルミニウム合金鋳塊を鋳造する際の鋳造性が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、Mgの含有量は0.05質量%未満とされている。
Bは、主に原料から不回避的に混入する不純物である。Bの含有量が0.001質量%以上であると、Sr添加によるSi粒子の微細化の効果が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、Bの含有量は0.001質量%未満とされている。
Pは、主に原料から不回避的に混入する不純物である。P含有量が0.001質量%以上であると、AlP粒子を核とした粗大なSi粒子が生成し、アルミニウム合金基板製造時の加工性やめっき性が低下するおそれがある。
このため、本実施形態では、Pの含有量は0.001質量%未満とされている。
前述のとおり、平均粒子径が過度に大きいSi粒子が分散しているアルミニウム合金基板を用いた磁気記録媒体用基板はめっき性が低下するおそれがある。
本発明者らの検討によると、最長径が0.5μm以上のSi粒子の平均粒子径が2μmを超えるアルミニウム合金基板を用いた磁気記録媒体用基板は、めっき性が大きく低下する傾向があることが範囲した。
このため、本実施形態では、最長径が0.5μm以上のSi粒子の平均粒子径は2μm以下とされている。
本実施形態の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板は、主として、ハードディスクドライブの磁気記録媒体用として使用される。磁気記録媒体は、規格化されたハードディスクドライブ、すなわち、2.5インチのハードディスクドライブ、3.5インチのハードディスクドライブ等に収納することができる必要がある。例えば、2.5インチのハードディスクドライブでは、最大直径で約67mmの磁気記録媒体が用いられ、3.5インチのハードディスクドライブでは、最大直径で約97mmの磁気記録媒体が用いられる。
このため、本実施形態では、アルミニウム合金基板の直径を53mm以上97mm以下の範囲内とされている。
このため、本実施形態では、アルミニウム合金基板の厚さは0.4mm以上0.9mm以下の範囲内とされている。
本実施形態の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板は、例えば、上述の元素を含有するアルミニウム合金鋳塊を作製する鋳造工程と、アルミニウム合金鋳塊を板状に圧延してアルミニウム合金板材を得る圧延工程と、アルミニウム合金板材を磁気記録媒体用アルミニウム合金基板に成形する加工工程とを含む方法によって製造することができる。
鋳造工程では、上述の元素を含有する原料の混合物を鋳造して、アルミニウム合金鋳塊を作製する。
原料の混合物を鋳造する方法としては、例えば、ダイレクトチル鋳造法(DC鋳造法)を用いることができる。ダイレクトチル鋳造法とは、原料混合物の溶湯を、鋳型に注湯し、その後鋳型を直接冷却水に接触させて、アルミニウム合金鋳塊を鋳造する方法である。
圧延工程では、上記の鋳造工程で得られたアルミニウム合金鋳塊を板状に圧延してアルミニウム合金板材を得る。圧延方法としては、特に制限はなく、熱間圧延法および冷間圧延法を用いることができる。圧延の条件には、特に制限はなく、アルミニウム合金鋳塊の圧延で行われている通常の条件とすることができる。
加工工程では、まず、上記圧延工程で得られたアルミニウム合金板材を円盤状に打ち抜いて、アルミニウム合金円盤を得る。次いで、アルミニウム合金円盤を300℃以上500℃以下の温度で、0.5時間以上5時間以下の範囲内で加熱して、焼鈍する。焼鈍を行うることによって、アルミニウム合金円盤基板に内在する歪を緩和し、得られるアルミニウム合金基板の剛性を適正な範囲内に調整することができる。次に、焼鈍したアルミニウム合金円盤の表面、端面を、切削工具を用いて切削加工する。切削工具としては、例えば、ダイヤモンドバイトを用いることができる。なお、焼鈍は切削加工後に行ってもよい。
図1は、本実施形態に係る磁気記録媒体用基板の一例の断面図である。
図1に示すように、磁気記録媒体用基板10は、アルミニウム合金基板11と、アルミニウム合金基板11の少なくとも一方の表面に形成されているNiP系めっき被膜12とを有する。本実施形態の磁気記録媒体用基板10は、単位がGPaで表されるヤング率Eと、単位がg/cm3で表される密度ρとの比E/ρは29以上であることが好ましい。
アルミニウム合金基板11としては、上述の本実施形態のアルミニウム合金基板が用いられる。
NiP系めっき被膜12は、磁気記録媒体用基板10の剛性(ヤング率)を向上させる効果を有する。
NiP系めっき被膜12は、NiとP以外の元素を含有していてもよい。NiP系めっき被膜12は、NiとPとを含むNiP合金、もしくはNiとWとPとを含むNiWP合金で形成されていることが好ましい。NiP合金は、Pを10質量%以上15質量%以下の範囲内で含み、残部がNi及び不可避不純物であることが好ましい。NiWP合金は、Wを15質量%以上22質量%以下の範囲内で、Pを3質量%以上10質量%以下の範囲内で含み、残部がNi及び不可避不純物であることが好ましい。NiP系めっき被膜12を、上記の組成を有するNiP合金もしくはNiWP合金で形成することによって、磁気記録媒体用基板10の剛性を確実に向上させることができる。
また、NiP系めっき被膜12の厚さは、20μm以下であることが好ましく、17μm以下であることが特に好ましい。NiP系めっき被膜12の厚さをこの厚さとすることによって、磁気記録媒体用基板10の平坦性と軽量性を両立できる。
磁気記録媒体用基板のフラッタリングを抑制し、フラッタリングによる変位の幅(NRRO)の増大を抑えるために、磁気記録媒体用基板の剛性を高くすることは有効な方法の一つであると考えられる。一方、本発明者らの検討によると、通常の使用時において、5000rpm以上と極めて速い回転速度で回転させる磁気記録媒体においては、磁気記録媒体用基板の密度によってもNRROが変動することが判明した。そして、材料の剛性を指標する一つの物性値であるヤング率に着目し、磁気記録媒体用基板のヤング率E(単位:GPa)と密度ρ(単位:g/cm3)とNRROとの関係を検討した結果、ヤング率Eと密度ρとの比E/ρが29以上となると、NRROの増大が抑えられること、即ちフラッタリングを抑制できることを見出した。
このため、本実施形態では、ヤング率Eと密度ρとの比E/ρは29以上とされている。比E/ρは、32以下であることが好ましい。
本実施形態の磁気記録媒体用基板は、例えば、上述の本実施形態のアルミニウム合金基板にめっき法によってNiP系めっき被膜を形成するめっき工程と、NiP系めっき被膜付アルミニウム合金基板の表面に対して研磨加工を施す研磨加工工程とを含む方法によって製造することができる。
めっき工程において、アルミニウム合金基板にNiP系めっき被膜を形成する方法としては、無電解めっき法を用いることが好ましい。NiP合金からなるめっき被膜は、従来から使用されている方法を用いて形成することができる。NiWP合金からなるめっき被膜は、NiP合金用のめっき液に、タングステン塩を添加しためっき液を用いることができる。タングステン塩としては、例えば、タングステン酸ナトリウム、タングステン酸カリウム、タングステン酸アンモニウム等を用いることができる。
研磨加工工程では、めっき工程で得られたNiP系めっき被膜付アルミニウム合金基板の表面を研磨する。研磨加工工程は、平滑で、傷が少ないといった表面品質の向上と生産性の向上との両立の観点から、複数の独立した研磨盤を用いた2段階以上の研磨工程を有する多段階研磨方式を採用するのが好ましい。例えば、第1の研磨盤を用いて、アルミナ砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨する粗研磨工程と、研磨されたアルミニウム合金基板を洗浄した後に、第2の研磨盤を用いて、コロイダルシリカ砥粒を含む研磨液を供給しながら研磨する仕上げ研磨工程を行う。
図2に示すように、第1及び第2の研磨盤20は、上下一対の定盤21、22を備え、互いに逆向きに回転する定盤21、22の間で複数枚の基板Wを挟み込みながら、これら基板Wの両面を定盤21、22に設けられた研磨パッド23により研磨する。
図3は、本実施形態における磁気記録媒体の一例を示す断面模式図である。
図3に示すように、磁気記録媒体30は、上述の磁気記録媒体用基板10と、磁気記録媒体用基板10のNiP系めっき被膜12の表面に備えられている磁性層31とを含む。磁性層31の表面には、さらに、保護層32と潤滑剤層33とがこの順序で積層されている。
磁性層31の厚みは、5〜25nmとすることが好ましい。
保護層32の膜厚は1nm〜10nmの範囲内であることが好ましい。
潤滑剤層33の膜厚は0.5nm〜2nmの範囲内であることが好ましい。
図4は、本実施形態におけるハードディスクドライブの一例を示す斜視図である。
図4に示すように、ハードディスクドライブ40は、上述の磁気記録媒体30と、磁気記録媒体30を記録方向に駆動する媒体駆動部41と、記録部と再生部からなる磁気ヘッド42と、磁気ヘッド42を磁気記録媒体30に対して相対移動させるヘッド移動部43と、磁気ヘッド42からの記録再生信号の処理を行う記録再生信号処理部44とを具備する。
また、アルミニウム合金にCr、Ti、Niを上述の範囲内で含有させることによって、鋳造性と加工性とをさらに向上させることができる。
また、アルミニウム合金にZrを上述の範囲内で含有させることによって、磁気記録媒体用基板のめっき性をさらに向上させ、フラッタリングをさらに抑制することができる。
また、アルミニウム合金のBの含有量を上述の量とすることによって、Srの添加によるSi粒子の微細化の効果をさらに向上させることができる。
そして、アルミニウム合金のPの含有量を上述の量とすることによって、加工性をさらに向上させ、また磁気記録媒体用基板のめっき性をさらに向上させることができる。
以下、実施例により本発明の効果をより明らかなものとする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
Al原料として純Al塊、Si、Cu、Sr、Zn、Cr、Ti、Ni、Mn、Zr、Fe、Mg、Bの原料としては単体あるいはAlとの合金塊、PについてはSiとの混合物塊を用意した。なお、Al、Si、Cu、Sr、Zn、Cr、Ti、Ni、Mn、Zrの各原料については、Feの含有量が0.01質量%未満、Mgの含有量が0.05質量%未満、Bの含有量が0.001質量%未満、Pの含有量が0.001質量%未満のものを用意した。
アルミニウム合金基板をNiP系めっき液に浸漬し、無電解めっき法を用いてアルミニウム合金基板の表面に、NiP系めっき被膜としてNi88P12(Pの含有量12質量%、残部Ni)膜を形成した。
次いで、NiP系めっき被膜を形成したアルミニウム合金基板を300℃で3分間加熱して、厚さ10μmのNiP系めっき被膜付アルミニウム合金基板を得た。
以下の項目を、評価した。
(アルミニウム合金基板の組成)
得られたアルミニウム基板について、Srについては湿式分析、その他の元素についてはカントレット分析により組成を確認した。その結果、各金属元素の含有量は、表1に記載の含有量と同じであることが確認された。
鋳造性を、圧延前のアルミニウム合金鋳塊と圧延後のアルミニウム合金板材の形状を目視により評価した。アルミニウム合金鋳塊とアルミニウム合金板材ともに形状に異常がない場合を◎、アルミニウム合金板材の端部に微細なひびや割れが見られるが実用上問題ない場合を○、アルミニウム合金板材の端部に歪みが見られるが実用上問題ない場合を△として、判定した。その結果を、下記の表2に示す。
アルミニウム合金基板の製造時の加工性を、切削加工後のアルミニウム合金基板の表面を1000倍の微分干渉型光学顕微鏡で観察し、その平坦性から評価した。なお、平坦性が優れている場合を◎、わずかにスクラッチが見られるが実用上問題がない場合を○、多数のスクラッチが見られ、使用できない部分が多く発生した場合を×として、判定した。その結果を、下記の表2に示す。
また、加工後の切削工具の表面を目視で観察した。その結果、切削工具の摩耗が大きいものは、表2に「切削工具の摩耗大」と記載した。
アルミニウム合金基板の合金組織を断面観察し、Si粒子の最長径、最長径が0.5μm以上の粒子の分布密度を測定した。そして、測定した最長径が0.5μm以上の粒子の分布密度から平均粒子径を算出した。
アルミニウム合金基板をNiP系めっき液に浸漬し、無電解めっき法を用いてアルミニウム合金基板の表面に、NiP系めっき被膜としてNi88P12膜を形成し、次いで、アルミニウム合金基板を300℃で3分間加熱して、NiP系めっき被膜付アルミニウム合金基板を製造した。NiP系めっき被膜の形成条件は、磁気記録媒体用基板の製造のときと同じ条件とした。
磁気記録媒体用基板のヤング率を、日本工業規格JIS Z 2280−1993に基づいて、常温で測定した。なお、ヤング率は、磁気記録媒体用基板を、長さ50mm、幅10mm、厚さ0.8mmの短冊状に切り出し、これを試験片として測定した。
そして、上記のヤング率Eと密度ρとの比E/ρを算出した。その結果を、下記の表2に示す。
フラッタリングはNRROを測定して評価した。NRROは磁気記録媒体用基板を10000rpmで1分間回転させ、磁気記録媒体用基板の最外周面で生ずるフラッタリングによる変位の幅を、He−Neレーザー変位計を用いて測定し、得られた変位の幅の最大値をNRROとした。
NRROが3.2μm以下であったものを◎、3.2μmを超え3.4μm以下であったものを○、3.4μmを超え3.6μm以下であったものを△、3.6μmを超えたものを×と評価した。その結果を、下記の表2に示す。
また、Bの含有量がやや多い実施例23では、Siの平均粒子径が大きくなった。
そして、Pの含有量がやや多い実施例24では、加工性とめっき性がわずかに低下した。
Claims (10)
- Siを9.5質量%以上13.0質量%以下の範囲内、Cuを0.5質量%以上3.0質量%以下の範囲内、Srを0.005質量%以上0.1質量%以下の範囲内で含み、Feの含有量が0.01質量%未満、Mgの含有量が0.05質量%未満であって、残部がAlであり、
直径が53mm以上97mm以下の範囲内にあって、厚さが0.4mm以上0.9mm以下の範囲内にある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。 - Siを9.5質量%以上13.0質量%以下の範囲内、Cuを0.5質量%以上3.0質量%以下の範囲内、Srを0.005質量%以上0.1質量%以下の範囲内で含み、Feの含有量が0.01質量%未満、Pの含有量が0.001質量%未満であって、残部がAlであり、
直径が53mm以上97mm以下の範囲内にあって、厚さが0.4mm以上0.9mm以下の範囲内にある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。 - さらに、Znを、0.01質量%以上0.4質量%以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項1または2に記載の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板。
- さらに、Cr、TiおよびNiからなる群より選ばれる少なくとも1種以上の金属元素を、合計で0.005質量%以上1.0質量%以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか1項に記載の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板。
- さらに、Mnを、0.05質量%以上0.4質量%以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか1項に記載の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板。
- さらに、Zrを、0.03質量%以上0.3質量%以下の範囲内で含むことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか1項に記載の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板。
- Bの含有量が0.001質量%未満である請求項1〜6のうちいずれか1項に記載の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板。
- アルミニウム合金基板と、前記アルミニウム合金基板の少なくとも一方の表面に形成されているNiP系めっき被膜とを有する磁気記録媒体用基板であって、
前記アルミニウム合金基板が、請求項1〜7のうちいずれか1項に記載の磁気記録媒体用アルミニウム合金基板であることを特徴とする磁気記録媒体用基板。 - 磁気記録媒体用基板と、前記磁気記録媒体用基板の表面に備えられている磁性層とを有する磁気記録媒体であって、
前記磁気記録媒体用基板が、請求項8に記載の磁気記録媒体用基板であって、前記磁性層が、前記磁気記録媒体用基板の前記NiP系めっき被膜が形成されている側の表面に備えられていることを特徴とする磁気記録媒体。 - 磁気記録媒体を具備したハードディスクドライブであって、
前記磁気記録媒体が請求項9に記載の磁気記録媒体であることを特徴とするハードディスクドライブ。
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