KR910006018B1 - 피막용 합금 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

피막용 합금

제1도는 본 발명의 피막용 합금이 사용되는 자기 기록 매체의 부분 확대 단면도.

제2도는 종래 합금과 Ni-Cu-P계 합금의 풀림온도와의 자화 관계를 비교하기 위하여 도시한 그래프.

제3도는 Ni 조성과 Ni-Cu-P계 합금의 비자성 특성의 관계를 도시한 그래프.

제4도는 본 발명의 피막용 합금의 크누우프 경도와 니켈 함량 관계를 도시한 그래프.

제5도는 종래 합금과 본 발명의 합금의 노이즈를 도시한 스펙트럼.

제6도는 구리 함량과 응력과의 관계를 도시한 다이아그램.

제7도는 구리 함량와 열팽창과의 관계를 도시한 다이아그램.

제8도는 비자성 기판의 원판 크기와 크랙 발생과의 관계를 도시한 다이아그램.

제9도는 Ni-Cu-P 합금의 석출상을 도시한 다이아그램.

제10a도 및 제10b도는 Ni-Cu-P계 합금에서 크랙 발생을 도시한 다이아그램.

제11도는 크랙이 생기는 자기 기록 매체의 횡단면도.

제12도는 종래의 보호막이 부착된 자기디스크의 구성 개요를 도시한 단면도.

제13도는 콘택트 스타트 스톱 회수와 규격화 독출전압과의 관계에 관련하는 실험 데이터를 도시한 도면.

제14도는 제13도에 도시된 실험 데이터에 사용된 본 발명의 실시예의 자기디스크의 개요를 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 기관 2 : 비자성 경화층

3 : 자성매체층 4 : 윤활 표면층

본 발명은 피막용 합금에 관한 것이다. 특히 향상된 비자성화 내열성을 가지는 피막용 합금에 관한 것이다.

종래의 피막용 합금은 층의 자기적 특성보다도 층의 경도 또는 마무리 표면 향상을 제1목적으로 예를들어 자기 기록 매체의 지지체로써 표면층 또는 바닥층에 대해 사용되어 왔다.

피막용 합금을 고온 처리한 후에 있어서조차 자성화되지 않는 피막용 합금에 대한 요구가 있어 왔다. 그 요구에 부응하여 Ni-P계 피막용 합금이 제안되었다. 그러나 금속 기판상에 피착된 Ni-P계 피막용 합금은 약 300℃ 이하에서 자기 천이점을 가지며 따라서 약 250℃의 비교적 저온에서 자성화되어 버린다는 문제점을 가지고 있다. 그런 합금이(1k

e이하 같음) 약자기장에서 사용되는 부품에 적용되면 심각한 문제를 일으킨다. 예를들어 그 합금이 트랙이 길이 방향에서 배열된 자기물질로부터 나오는 자기적 신호를 작동되는 장치에 사용되면 폐쇄 자기 회로가 자기 기록 매체와 자성화된 바닥층 사이에서 형성된다. 그결과 매체 표면층에 있어서 효과적인 자속이 감소되어서 그 때문에 S-N 비의 감소를 일으킨다. 고온 처리가 피막용 합금으로 피착될 자기디스크를 준비하기 위하여 필요되므로 합금은 자성화된다. 그러므로 효과적인 자속량을 감소시키며 자기적 신호에 의해 작동 가능하거나 또는 자기적 노이즈에 의해 악영향을 받기 쉬운 장치에 있어서 자기적 노이즈를 발생한다는 커다란 문제를 일으킨다.

또 기판상에 형성된 바닥층은 충분한 경도를 갖는 것이 필요하며 바닥층이 약 300℃의 고온에 있어서조차 어떠한 크랙도 형성되지 않아야 한다. 자기 기록 디스크상에 형성된 크랙은 제10a도 및 제10b도에 도시된 바와 같이 동심원상 크랙과 방사상 크랙의 2종류로 분류된다. 또 크랙은 제10a도 및 제10b도에서 도시된바와 같은 횡단면 구조를 가지는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 목적은 약 450℃의 고온 처리에서 자성화되지 않는 향상된 비자성 내열성을 가지는 피막용 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 충분한 강도를 가지며 향상된 표면을 제공하는 피막용 합금을 제공하는 것이다.

본 발명의 상술한 목적과 다른 목적은 본래 Ni 중량 40 내지 60%로 구성되며 나머지는 Cu와 P인 기판상에 피착될 피막용 합금을 제공함으로써 얻어진다.

본 발명의 좀더 완전한 이해와 그로부터의 부수적인 많은 이점은 첨부 도면과 관련하여 고려하면 다음의 상세한 설명을 참고로 훨씬 잘 이해됨으로써 확실하게 얻어진다.

본 발명에 따른 Ni-Cu-P계 합금은 적합하게는 자기 기록 매체의 바닥층용으로 사용된다. 본 발명의 3원 합금에 있어서 Ni은 합금이 약 400℃의 고온 처리될때조차도 안정된 비자성화 상태를 유지하는데 도움이 된다. 이 경우에 있어서 합금은 적합하게는 Ni 40 내지 60중량%, 더 적합하게는 50 내지 60중량%를 함유한다.

Cu 함량은 적합하게는 비자성화 특성을 유지할뿐 아니라 크랙을 방지하기 위하여 34±5중량% 범위에 있다.

본 발명에 피막용 합금의 화학 도금에 의해 기본층에 형성되면 P의 함량은 제9도에서 석출상을 도시한 다이아그램에서 도시된 바와 같이 11≥P≤7(중량%) 범위에서 결정된다.

본 발명의 적합한 실시예는 제1도 내지 제5도와 관련하여 도시된다. 제1도는 기판(1)표면을 보호하기 위하여 비자성 경화층(2)이 형성되는 비자성 기판(1)을 포함하는 자기 기록 매체의 부분 횡단면도이다. 또 자성 매체층(3)과 윤활 표면층(4)은 순차적으로 적층된다. 비자성 기판(1)의 표면을 덮는 비자성 경화층(2)는 상술한 피막층으로써 구성된다. 비자성 경화층(2)은 화학적 도금으로 형성될 수 있다.

제2도는 합금에 있어서 다른 구성을 가지며 고온에서 처리된 비자성 경화층(2)의 자기적 특성을 도시한 그래프이다. 제2도로부터 분명한 바와 같이 종래 Ni-P 합금은 200℃ 이상에서 급속하게 자성화된다.

Ni-P 합금을 사용하는 경우에는 Ni 중량이 70% 이상 포함되면 합금의 자성화는 다소 감소하지만 자기적 노이즈의 발생을 일으키는 자속량은 다소 감소된다. 그러므로 자기 기록 매체 디스크로써 이것을 사용하는 것은 불충분하다. 반면에 Ni이 50중량% 또는 40중량%인 합금 경우에 있어서는 합금의 자성화는 이들이 200℃ 내지 400℃ 범위 온도에서 고온 처리될때조차도 감소하며 비자성 상태가 분명히 유지된다.

제3도는 각 피막용 합금이 약 400℃ 온도에서 처리되면서 Ni 함량이 40중량%에서 70중량%까지 변화할 때 Ni-Cu-P 피막용 합금의 잔여 자속 밀도와 Ni 함량과의 관계를 도시한 그래프이다. 이 그래프는 Ni 함량이 40중량%로부터 60중량% 범위에 있으면 피막용 합금의 비자성 상태는 안정적으로 유지되는 반면에 함량이 약 70중량%이면 자성화가 갑자기 발생하는 것을 도시한다.

제4도는 비자성 경화층(2)의 경도 측정 결과를 도시한 그래프이다. 제4도에 도시된 바와 같이 Ni 40중량% 이상을 가지는 피막용 합금은 HK400 이상의 실용 경도를 확보할 수 있다.

자성 매체층(3)은 스패터 현상(spattering)에 의해서 피막용 합금층(2) 상에 형성된다. 스패터 현상의 공정은 약 400℃의 고온을 요구하지만 비자성 경화층(2)은 비자성 상태를 유지한다.

제6도는 응력과 피막용 합금의 구리 함량과의 관계를 도시한 그래프이다. 이 데이터는 고온 처리에서 또는 고온처리없이 Ni-Cu-P 합금에 있어서 구리 함량을 변화시킴으로써 얻어진다. 샘플 합금의 실험에 있어서 도금층으로 피착된 한 표면을 가지는 사각형 알루미늄판의 굽힘량이 측정된다.

부가로 열팽창 계수는 Ni-Cu-P 합금으로 도금되며 상온으로부터 300℃ 온도까지의 고온 처리한 각 알루미늄박의 양면에서 측정된다. 측정 결과는 열팽창계수와 구리 함량과의 관계를 도시하는 제7도에서 그래프로 도시되어 있다.

제6도 및 제7도는 34±5중량% 범위의 구리를 함유하는 피막용 합금에 있어서는 응력에 있어서 변화가 없다는 것을 도시하며 합금의 열팽창 계수는 거의 알루미늄의 열팽창 계수와 동일하다.

구리 함량 34±5중량%를 가지는 피막용 합금은

크기를 각각 가지는 원판상에 피착되며 그리고 크랙 발생을 실험한다.

제8도는 시험 결과를 도시한 그래프이다. 이 그래프는 크랙이 발생하지 않는 원판 크기의 한계를 도시한다. 그 결과는 열팽창 계수와 열응력 사이의 관계로부터 이해할 수 있다. 결론적으로 Ni, Cu 및 P로 이루어지며 Cu 함량이 34±5중량% 범위인 3원 합금은 자기디스크용으로 사용되는 비자성 경화 표면에 대해 바람직하다.

제5도는 본 발명의 피막용 합금상에 피착되는 기록 매체의 주파수 특성을 도시하는 스펙트럼이다. 이것은 기록 매체에 기록된 3MHz의 신호가 독출될 때 주파수 스펙트럼의 출력을 도시한다. 본 발명의 Ni-Cu-P 합금이 사용되면 예리한 출력이 획득 가능하며 반면에 종래 Ni-P 합금에 있어서 3MHz의 신호를 사용하면 주파수 스펙트럼이 형상은 예리하게 되지 않는다는 것이 제5도에서 명확하게 도시되어 있다. 즉 이것은 광역 노이즈 발생을 나타낸다. 즉 본 발명의 Ni-Cu-P 합금이 S-N 비율은 종래 Ni-P 합금과 비교하면 현저하게 향상된다.

상술한 실시예에 있어서는 자기 기록 매체용 비자성 경화층에 피막용 합금을 적용하는 것에 대하여 설명하였다. 그러나 본 발명은 자기디스크 외에 전기 장치에 있어서 지지체 또는 여자 코일용 표면층에도 적용 할 수 있다. 이 경우에 있어서 균일 자기장이 본 발명의 피막용 합금의 폭넓은 온도 범위에 있어서 비자성화 특성 때문에 그것이 약 400℃까지의 고온에서 가열된때에도 형성될 수 있다. 따라서 효율좋은 전자 변환 특성이 얻어질 수 있다.

본 발명의 피막용 합금은 알루미늄 합금외에 다른 비자성 기판상에 피착될 수 있다.

본 발명의 3원 합금은 γ-Fe₂O₃, CO-Ni CO-Cu, CO-Ni-P, Ba-페라이트, Tb-Fe Gd-Co 등으로 이루어지는 자기 기록 매체층(3)과 양립할 수 있다. 또 이것은 SiO₂, Sn, SiC, C 등으로 이루어지는 윤활 표면층(4)과 양립할 수 있다. 어쨌든 비자성화, 고경도 및 내열성의 동일 효과가 얻어질 수 있다.

그러나 상술한 실시예와 같은 잔기 디스크의 비자성 경화층(2)으로써 Ni-P-Cu의 3종류 원소로부터 구성한 것을 채용한 경우의 효과에 대하여 또한 이하에서 기술한다.

일반적으로 종래의 자기디스크 구성으로써는 γ-페라이트 박막 매체의 바닥에는 알루마이트 막이 일반적으로 사용되고 있었다. 이 경우의 양면 사용 자기디스크의 단면을 제13도에 도시한다. 알루미늄 합금 기판(1)에 크롬산욕, 유기산욕을 행함으로써 5 내지 20㎛ 정도의 알루마이트 막으로부터 이루어지는 비자성체층(6)을 형성한다. 래핑 등의 기계적 방법으로 비자성체층(6)을 거울면으로 연마한 후 스패터 현상에 의해 자철광(Fe₃O₄) 박막(0.1 내지 0.3㎛)으로 되는 자성체층(3)을 형성하며 이것을 대기중 300℃ 주변에서 수시간 가열하여 γ-페라이트(γ-Fe₂O₃)의 자성체층(3)을 형성한다. 이 γ-페라이트의 자성체층(3)은 자기 기록에 적합한 기록매체이며 자기 이력 현상 곡선의 각도비가 높은 특성을 가지고 있으며 γ-페라이트의 자성체층(3) 상면에 두께 0.03 내지 0.08μ의 SiO₂등으로부터 이루어지는 보호막(7)을 형성하며 그 보호막(7) 상면에 불소계 수지의 윤활층(4)을 형성하고 있다.

이 경우 알루마이트막, 다시 말하면 비자성체층(6)의 기능은 기판(1)의 표면을 거울면으로 마무리하기 위하여 단단하게 하는 것과 기록매체로써의 자성체층(3)의 바닥강도, 내식성을 높이기 위하여 강질, 내식성막을 부여하는 것에 있다.

상기 기능을 만족시키는데는 알루마이트막, 다시말하면 비자성체층(6)은 양호한 특성을 가지고 있지만 CSS(콘택트 스타트 스톱) 특성상에 문제가 있으며 보호막(7)을 필요로 하고 있다.

이와 같은 자기디스크와 소위 원치스터형 자기헤드 장치와 동시에 사용하면 통상은 디스크의 구동시, 정지시의 디스크와 헤드의 상대 속도가 일정값 이하일때에는 디스크와 헤드는 접촉하여 미끄러져 움직인다. 통상 1만 싸이클 이상의 콘택트 스타트 스톱(CSS로 약칭)에 견뎌야 하지만 보호막(7)이 없는 경우에는 제13도 시료 A 곡선에 도시된 바와 같이 CSS 200 내지 300싸이클 부근에서 미끄럼 운동시의 헤드에 의한 매체의 가압 및 자기 감소에 의해 헤드의 독출 전압은 최초보다 25% 정도 더 감소해버린다.

통상 이 가압 및 자기 감소에 의한 출력 저하는 10% 이내는 불가피한 것으로 인정되고 있으며 10%를 초과하는 것이 문제가 된다.

통상의 CSS 싸이클에서 가압 및 자기 감소에 의하는 10%를 초과하는 출력 저하가 일어나는 원인은 매체로써의 자성체층(3)의 직접 바닥의 알루마이트막, 다시말하면 비자성체층(6)의 다공성(10 내지 30×10⁹구멍/cm²)에 기인하는 취약성 때문인 것으로 생각된다.

자성매체로써의 자성체층(3) 바닥이 취약한 것과 CSS시의 헤드에 의한 가압으로 매체, 다시말하면 자성체층(3)이 미소하지만 변형하며 소위 역자기변형 감소를 일으키는 것으로 생각되고 있다.

이와 같이 종래는 이런 이상한 가압 및 자기 감소를 억제하기 위해서는 헤드와 매체, 다시말하면 자성체층과의 직접 접촉을 피할 필요가 있으며 0.03 내지 0.08㎛ 정도의 보호막(7)을 실시하고 있었다. 이 보호막(7)을 실시함으로써 제13도의 시료 B의 곡선과 같이 가압 및 자기 감소에 의하는 헤드의 독출 전압이 전하는 10% 이내로 안정되는 것이다.

종래γ-페라이트 매체는 경도가 높으며(마이크로 비커스경도 1,000) 내식성도 뛰어날 정도로 우수하여 다른 도금매체, 스퍼터링 코발트 합금매체의 경우에 필요되는 것과 같은 보호막은 불필요하다. 그러나 종래에서는 상기와 같은 보호막이 형성되어 있으며 이 때문에 보호막을 필요로 하는 분량만 공극 손실을 발생하며 특히 이후 헤드부상 높이를 0.2㎛ 이하로 할때 이 보호막은 큰 장해로 된다는 문제점이 있었다.

상술의 실시예의 것은 상기와 같이 우수한 γ-페라이트 매체의 특성을 살리기 위해서와 공극 분해 능력을 얻기 위하여 보호막이 존재하지 않는 경우에서도 매체의 가압 및 자기 감소를 적제하며 가압 및 자기 감소에 의한 헤드의 출력 저하를 10% 이내로 할 수 있다는 효과를 이하에 기술하는 바와 실현할 수 있다.

다시말하면 무전해 도금에 의한 Ni-Cu-P 3원 합금막의 비자성 경화층(2)은 고경도(비커스 경도 600 내지 800kg/mm²)이며 물론 무공성이며 300℃ 주변에서 수시간의 가열에 의해서도 강자성체로 되지 않는 열 안정성을 가지고 있으며 매체 바닥에 적용한 경우 통상의 CSS에서는 역자왜 현상을 발생하지 않고 반드시 가압 및 자기 감소에 의한 출력 저하는 제13도 곡선 C에 도시된 바와 같이 10% 이하로 안정된다. 따라서 이후 헤드부상 높이를 0.2㎛ 이하로 하는 경우에 적응할 수 있다.

여기서 제13도의 실험 데이터를 기초한 디스크의 구성을 간단하게 서술하면 제14도에 도시된 바와 같이 기판(1)에는 알루미늄 합금을 이용하며 우선 비자성 경화층(2)으로써 Ni-Cu-P 3원 합금의 도금 (길딩)막을 10 내지 20㎛ 두께로 형성한다. 무전해 금속욕은 대표적으로는 유산염으로부터의 Ni 이온 3그람/리터, 유산염으로부터의 Cu 이온 1g/l, 하이포인산 소다 0.5g/l, 산화제적량을 함유하며 pH 9 내지 10, 온도 70 내지 80℃을 사용한다. Ni-Cu-P 3원 합금 도금막(2)을 그후 래핑에 의해 2 내지 5㎛의 표면을 제거 연마하며 표면 조도 Rmax 0.05㎛ 정도로 마무리한다. 그후 γ-페라이트 매체, 다시말하면 자성체층(3)을 형성한다.

즉 그로우방전의 스패터 현상에 의해 도금(길딩)막, 다시말하면 비자성 경화층(2)상에 철을 입히며 동시에 적량의 산소 가스를 송입하며 연마 면상(2)에 자철광(Fe₃O₄)을 0.1 내지 0.3㎛로 균일하게 석출시킨다. 그후 그 디스크를 대기중에 노출하며 예를들어 300℃에서 2시간 가열하여 γ-페라이트(3)로 산화하며 우수한 자기 특성의 기록매체로 한다.

본 실험에서 얻어진 자기디스크의 CSS 싸이클에 의한 독출 전압의 변화는 제13도의 시료 C의 곡선과 같이 된다. 100싸이클까지는 CSS 싸이클에 비례해서 출력 저하가 발생하지만 이것 이후는 출력 저하는 발생하지 않는다. 그래서 출력 저하는 10% 아래로 안정되고 있는 것이다.

이 곡선은 시료 A(알루마이트 막상매체(보호막 있음))의 경우와 거의 동일 곡선으로 되고 있다. 이것은 매체 바닥에 Ni-Cu-P 3원 합금막(2)을 사용하면 매체상에 보호막이 없는 경우에서도 알루마이트막 바닥을 사용한 경우의 매체상 보호막을 가지는 경우와 동등의 성능이 얻어지는 것을 도시하고 있다. 이것은 비자성체층(2)으로써는 Ni-Cu-P 3원 합금이 보다 경도 있으며 게다가 금속으로써는 일반적인 것이지만 알루마이트막과는 달리 무공질에서 균일하고 단단히 고착한 바닥을 제공한 때문이라고 생각된다. 바닥이 균일하고 단단히 고착되면 CSS 시의 헤드 가압에 있어서도 매체의 역자왜 현상이 발생하는 것이 곤란하며 자기 감소가 진행하지 않기 때문인 것으로 생각된다.

또한 상기 실험예에서는 γ-페라이트 매체, 다시말하면 자성체층(3)을 길이 기록으로 사용한 경우를 서술했지만 이것은 γ-페라이트 매체, 다시말하면 자성체층(3)을 수직 기록으로 사용할 경우에도 유효로 주정된다. 즉 γ-페라이트 매체, 다시말하면 자성체층(3)에 바륨 또는 로듐을 첨가한 경우 수직 기록에 적용한 매체로 되지만 수직 경우에는 길이 기록의 경우보다도 공극 손실은 큰 기록 특성에 악영향을 미치기 때문에 매체상의 보호막을 불필요로 할 필요가 높으며 그 정도 본 Ni-Cu-P 3원 합금막을 매체의 바닥으로 취급하는 것은 유효하게 된다.

이후 헤드 부상 거리를 0.1 내지 0.2㎛까지 낮추어 요구는 강하지만 이때 보호막(0.03 내지 0.08㎛)이 불필요하다는 것은 극히 큰 매력으로 된다.

분명히 본 발명의 수많은 변형과 수정예가 상술한 설명에 비추어서 가능하다. 그러므로 첨부한 특허청구의 범위내에서 본 발명은 이 안에서 특수하게 기술된 것 이외에 실시될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims (1)

1. 기관 표면에 피착 형성하는 피막용 합금에 있어서, 상기 피막용 합금은 Cu : 34±5중량%, P : 7 내지 11중량%, Ni : 50 내지 64중량%로 구성되는 것을 특징으로 하는 피막용 합금.

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