JP7027210B2 - 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、当該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
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以下に、本発明の実施形態に係る磁気ディスク用アルミニウム合金板について詳細に説明する。本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金板は、アルミニウム合金組成、ならびに、表面に存在するFe摩耗粉量によって規定される。
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板の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、めっきピット発生による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。
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0.005%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。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、0.005~1.000%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。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。
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、主に第二相粒子(Si粒子やMg-Si系金属間化合物、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、粗大な第二相粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大な第二相粒子が、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。
Mgは、マトリックス中に固溶して、又は、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0.4%以下であることによって、粗大な第二相粒子が多数生成することを抑制する。このような粗大な第二相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、0.1~0.4%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。
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。
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0.10%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、本発明に係る磁気ディスク用アルミニウム合金板におけるFe摩耗粉量について説明する。ここで、上記Fe摩耗粉とは、圧延の際に鉄ロールとアルミニウム合金板が摩耗することに伴い発生するFeを主成分とする摩耗粉のことをいう。
次にフラッタリング特性であるが、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。
以下に、本発明に係る磁気ディスク用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。
MΩcm以上であることがより好ましい。洗浄水の比抵抗が0.010MΩcm未満の場合は、水に含有される不純物が多いためFe摩耗粉の除去能力が低下し、めっき表面の十分な平滑性が得られない虞がある。洗浄水の比抵抗の上限値は特に規定するものではないが、比抵抗を高くするには処理のためのコストが増加するため、本発明では上限値を10MΩcmとする。
最後に、下地めっき処理した磁気ディスク用の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磁気ディスクとする(ステップS112)。
洗浄工程(ステップS106)後のアルミニウム合金板の表面をマスキングした後、200mm角に切断し、側面をマスキング後、表面のマスキングを剥がし、ヘキサンが入ったビーカーにアルミニウム合金板を入れて、10分間超音波洗浄して磨耗粉を脱着した。次いで、1μmのメンブレンフィルターを用い、ヘキサンをろ過し、ろ過後にフィルターを取り出した。このフィルターをビーカーに入れ、混酸(塩酸:硝酸:超純水=2:1:3)10mlを加えて、磨耗粉が混酸中に溶解するまで加熱・煮沸を行った。磨耗粉の溶解の基準は、加熱・煮沸中に目視で観察を行い、摩耗粉が見えなくなったところを溶解と判断した。磨耗粉を溶解させた混酸を、1μmのメンブレンフィルターを用いてろ過し、ろ液中のFe量をICPで分析し、単位面積当たりのFe摩耗粉量として算出した。
めっき処理研磨(ステップS111)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盤を設置して測定を行った。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た。
めっき処理研磨(ステップS111)工程後のアルミニウム合金板の表面における微細ピットの個数を求めた。SEMにより2000倍の倍率で観察視野を1mm2とし、最長径2.0μm以上6.0μm未満の大きさのピットの個数を計測し、単位面積当たりの個数(個数密度:個/mm2)を求めた。
Claims (12)
- Fe:0.4~3.0mass%、Cu:0.005~1.000mass%、Zn:0.005~1.000massを含有し、残部Al及び不可避不純物からなるアルミニウム合金からなり、表面に存在するFe摩耗粉量が5.0mg/m2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板。
- 前記アルミニウム合金が、Mn:0.1~3.0mass%、Si:0.1~0.4mass%、Mg:0.1~0.4mass%、Ni:0.1~3.0mass%、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。
- 前記表面に存在するFe摩耗粉量が3.0mg/m2以下である、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板。
- 前記表面に存在するFe摩耗粉量が1.0mg/m2以下である、請求項4に記載の磁気ディスク用アルミニウム合金板。
- 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1~5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塊を鋳造する鋳造工程と、鋳塊を冷間圧延する冷間圧延工程と、冷間圧延板を洗浄する洗浄工程とを含み、前記洗浄工程が、40℃以上の温度の洗浄水で冷間圧延板を水洗する水洗段階と、水洗した圧延板を薬品処理する化学的処理段階とを含む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。
- 前記水洗段階で用いる洗浄水の比抵抗が0.010MΩcm以上である、請求項7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。
- 前記水洗段階における洗浄水の吐出量が50~2000L/min/m2である、請求項7又は8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。
- 前記化学的処理段階が、40℃以下の温度で0.10~8.00%の硝酸水溶液又は塩酸水溶液で圧延板を処理する、請求項7~9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の製造方法。
- 前記鋳造工程と冷間圧延工程の間に、鋳造した鋳塊を280~620℃で0.5~60時間加熱処理する均質化熱処理工程と、均質化熱処理した鋳塊を250~600℃の開始温度と230~450℃の終了温度で熱間圧延する熱間圧延工程を更に含む、請求項7~10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の製造方法。
- 前記冷間圧延の前又は途中において、鋳塊又は圧延板を焼鈍する焼鈍処理工程であって、300~500℃で0.1~30時間のバッチ焼鈍処理工程、又は、400~600℃で0~60秒の連続焼鈍処理工程を更に含む、請求項7~11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の製造方法。
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