專利名稱：垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及了一種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材及其制造方法，特別是指一種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳鎢鉻合金靶材及其制造方法。
背景技術(shù)：
計(jì)算機(jī)硬盤是常用磁記錄存儲載體，硬盤容量指標(biāo)的提升主要受限于磁盤的存儲密度，更高的存儲密度同樣會讓硬盤的持續(xù)傳輸速率得到提升。以前硬盤所使用的記錄技術(shù)都是縱向或稱水平磁記錄(LMR，Longitudinal Magnetic Recording)，每個存儲位的磁極粒子平輔在一個平面上。隨著磁記錄材料的不斷進(jìn)步，水平磁記錄技術(shù)存儲已到極限在相同的面積上加入更多的磁極粒子雖然有助于提高存儲密度，但也加大了平面排列的磁粒子之間的互斥干擾，所以，即使容量可以進(jìn)一步提高，但記錄的質(zhì)量不能得到有效的保證。 而垂直磁記錄技術(shù)(PMR，Perpendicular Magnetic Recording)，粒子的磁化方向是垂直的 (相對于記錄層)，通過一個新增的軟磁層(Soft Under Layer)以加大相鄰粒子的磁耦合， 從而有助于在保證記錄質(zhì)量的同時進(jìn)一步提高存儲密度。垂直磁記錄技術(shù)可以使得磁記錄密度達(dá)到230GB/in2，將現(xiàn)有的磁記錄密度提高了一倍，如今像西部數(shù)據(jù)，東芝，日立，希捷等這些大的硬盤制造商都已陸續(xù)推出自己采用垂直記錄技術(shù)生產(chǎn)的硬盤。垂直磁記錄介質(zhì)通常包括襯底(Substrate)、軟磁層(Soft Under Layer)、中間層 (Interlayer)、磁記錄層(Magnetic Recording Layer)、保護(hù)層(Protective Layer)。其中，中間層可由單膜層或多膜層疊加構(gòu)成。一種多膜層典型結(jié)構(gòu)為具有密排六方(HCP)相結(jié)構(gòu)的Ru膜層與具有面心立方(FCC)相結(jié)構(gòu)的M基合金膜層疊加。目前常用的M基合金有NiV、Niff, NiCr等合金，但是，Niff或NiV合金作為中間層的缺點(diǎn)在于該類合金耐腐蝕性差，特別是膜層超過一定厚度后。而采用MWCr合金作為中間層，合金耐腐蝕性能優(yōu)良， 隨著膜層厚度增加，而不會出現(xiàn)易腐蝕危險(xiǎn)，從而為磁記錄層的設(shè)計(jì)提供了彈性空間。盡管 NiCr合金也具有優(yōu)良的耐腐蝕性能，但相對之下，NiffCr合金具有更顯著的磁記錄特性。目前，作為垂直記錄介質(zhì)中間層的NiWCr合金層，其制備主要采用磁控濺射NiWCr 合金靶材鍍膜。因此，制造性能優(yōu)良的NiWCr合金靶材技術(shù)成為實(shí)現(xiàn)垂直記錄介質(zhì)中間層的關(guān)鍵技術(shù)。硬盤產(chǎn)業(yè)界對垂直磁記錄所用合金靶的技術(shù)要求通常是1.靶材具有一定的純度，一般要求達(dá)到99.9%以上，氧含量要求在500ppm以內(nèi)；2.靶材合金成分均勻，一般要求控制在以內(nèi)；3.靶材具有一定的密度，特別是粉末冶金方法制造出的靶材，一般相對密度要求達(dá)到98%以上；4.靶材微觀組織細(xì)小均勻，平均晶粒尺寸一般要求IOOym以內(nèi)。當(dāng)前，國內(nèi)未見到NiWCr合金靶生產(chǎn)方法的科研及工業(yè)應(yīng)用方面的相關(guān)專利文獻(xiàn)。國外有采用粉末冶金工藝制造的報(bào)道，但靶材高純度、低氧含量、靶材高密度無法保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種藝簡單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)的鎳基合金靶材。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于所述鎳基合金靶材的合金成分質(zhì)量百分比為鎢15 35%，鉻5 15%，其余為鎳。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于鎳基合金靶材純度為99. 9%以上，氧含量 200ppm 以內(nèi)。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于鎳基合金靶材成分均勻，每個合金成分波動均控制在士0. 5wt%以內(nèi)。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于鎳基合金靶材相對密度高于99. 5%。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于鎳基合金靶材微觀組織為細(xì)小均勻晶粒，平均晶粒尺寸控制在50 μ m以內(nèi)。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于鎢、鉻完全固溶于鎳內(nèi)，形成單一的面心立方相 (FCC)。本發(fā)明的另一目的在于提供一種藝簡單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)的鎳基合金靶材的制造方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材的制造方法，其步驟如下(1)按鎳基合金靶材合金成分含量配比Ni、W、Cr三種原料，所述鎳基合金靶材的合金成分質(zhì)量百分比為W 15 35%，Cr 5 15%，其余為Ni，Ni、W、Cr三種原料純度均為99. 9%以上；(2)將步驟(1)中所配比的三種原料放入坩堝中，進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉并澆鑄成鑄錠；其中，熔煉溫度為1500°C 1700°C，熔煉時真空度高于5X10_2Pa ；(3)將步驟O)中所得鑄錠進(jìn)行熱鍛開坯，熱鍛溫度1000 1200°C，得熱鍛坯；(4)將步驟(3)中所得熱鍛坯在室溫下進(jìn)行冷軋，道次變形量10 20%，總變形量40 70% ；(5)將步驟(4)中所得冷軋坯進(jìn)行再結(jié)晶退火，再結(jié)晶退火溫度900 1200°C，退火時間2 8小時，退火爐氣氛為空氣或惰性氣體保護(hù)；(6)將步驟(5)中所得靶坯進(jìn)行機(jī)加工生產(chǎn)出成品靶材。本發(fā)明制造的NiWCr合金靶材具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)靶材高純度、低氧含量本發(fā)明專利采用純度99. 9%以上的Ni、W、Cr原料，通過真空感應(yīng)熔煉，熔煉時真空度高于5 X 10_2Pa，可以有效地保證制備的NiWCr合金靶材高純度、低氧含量。表1為分別采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MQ、惰氣脈沖紅外熱導(dǎo)法、高頻燃燒紅外法測量實(shí)例1-3中合金靶材金屬雜質(zhì)含量、氧含量(0)、碳含量(C)，雜質(zhì)含量單位為百萬分之一(ppm)。由表1可知，本發(fā)明所涉及NiWCr合金靶材實(shí)測純度達(dá)到 99. 95%以上，0含量控制在200ppm以內(nèi)。(2)靶材合金成分均勻，波動小本發(fā)明采用真空感應(yīng)熔煉時電磁攪拌、鑄錠熱鍛技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)W、Cr完全固溶到Ni內(nèi)，合金成分均勻分布。如表2為同一塊NiWCr合金靶材在不同部位取樣進(jìn)行合金成分分析結(jié)果，分析方法為電感耦合等離子體光譜儀(ICP-AES)。 從表2可知，靶材合金成分波動可控制在士 0. 5wt%以內(nèi)。
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(3)靶材高密度本發(fā)明專利采用真空感應(yīng)熔煉、熱鍛開坯、總變形量40 70%的冷軋，制備出NiWCr合金靶材相對密度可以達(dá)到99. 5%以上，這是高品質(zhì)靶材的重要特征。 因?yàn)榈兔芏劝胁脑诤罄m(xù)磁控濺射鍍膜過程中，靶材表面容易出現(xiàn)結(jié)核(Nodule)，產(chǎn)生微粒 (Particle)，從而影響薄膜品質(zhì)，降低靶材使用率。在本發(fā)明專利中，合金靶材理論密度及相對密度按以下公式計(jì)算ρ 理論=100% / (ml/P l+m2/ P 2+m3/ P 2)ρ相對=ρ實(shí)測/P理論X 100%。其中，ml、m2、m3分別為設(shè)計(jì)合金靶材中Ni、W、Cr三元素的質(zhì)量百分含量。P 1、 P 2、P 3 分別為單質(zhì)金屬 Ni,W,Cr 的塊體密度P 1 = 8. 908g/cm3，P 2 = 19. 25g/cm3，P 3 =7. 14g/cm3。合金靶材實(shí)測密度按GB/T 1423-1996 (貴金屬及其合金密度的測試方法) 測量。該合金靶材理論密度計(jì)算方法是當(dāng)前業(yè)界認(rèn)可的快捷方法，但不可否認(rèn)，計(jì)算理論值與真正理論值存在一定誤差，所以會出現(xiàn)相對密度超過100%的情況。(4)靶材晶粒細(xì)小均勻、FCC相結(jié)構(gòu)本發(fā)明專利對真空感應(yīng)熔煉出的鑄錠進(jìn)行熱鍛開坯、冷軋、再結(jié)晶退火，可以有效細(xì)化改善鑄錠粗大組織，有效保證所制備的NiWCr合金靶材微觀組織為細(xì)小均勻晶粒。圖1為成品NiWCr合金靶材的金相圖片，由圖1可知，本發(fā)明所涉及NiWCr合金靶材晶粒細(xì)小均勻，按GB/T6394-2002 (平均晶粒度評級(截點(diǎn)法)) 計(jì)算，靶材平均晶粒尺寸小于50 μ m。圖2為NiWCr合金靶材的X射線衍射譜線(XRD)，由圖2可知，本發(fā)明所涉及NiWCr合金靶材相結(jié)構(gòu)為單一的FCC相，而沒有出現(xiàn)NiW或NiCr 相，說明W、Cr完全固溶到Ni內(nèi)。(5)此外，本發(fā)明所涉及的NiWCr合金靶材制造方法工藝簡單，成本低，適合大批
量工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明提供一種工藝簡單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)鎳基合金靶材的制造方法，該鎳基合金靶材用于磁控濺射鍍膜制備垂直磁記錄介質(zhì)中間層。所制造的鎳基合金靶材具有純度高、低氧含量，合金成分均勻，高密度，晶粒細(xì)小，單一的面心立方相(FCC)優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到或超過了硬盤產(chǎn)業(yè)界對該類靶材的要求。下面通過附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的NiWCr合金靶材的金相照片(100X)。圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所制備的NiWCr合金靶材的X射線衍射圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1本實(shí)施例中的NiWCr合金靶材，Ni、W、Cr三種元素的質(zhì)量百分含量分別為75%、 15%、10%。1.熔煉按本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的NiWCr合金靶材成分配比，分別稱取純度均在99. 9%以上的Ni、W、Cr原料11. 25Kg,2. 25Kg、l. 50Kg，然后放入坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度為1550°C，熔煉時真空度為2X 10 ,熔煉完畢澆鑄成鑄錠。2.熱機(jī)械處理將鑄錠在110(TC下進(jìn)行熱鍛開坯，空冷至室溫，然后在室溫下進(jìn)行冷軋，冷軋單道次變形量10%，總變形量40%。冷軋后，在大氣爐進(jìn)行900°C退火6小時。最后對靶坯進(jìn)行機(jī)加工得到成品靶材。3.靶材性能對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行合金成分、金屬雜質(zhì)含量、0含量分析，如表1中實(shí)例1所示，靶材純度99. 95%以上，0含量IOOppm0本實(shí)施例配比的合金靶材，理論密度經(jīng)計(jì)算為9. 435g/cm3,實(shí)測密度為9. 45g/ cm3，相對密度100. 1%0對本實(shí)施例合金靶材取樣進(jìn)行金相分析，其金相照片如圖1所示，平均晶粒尺寸可控制在50 μ m以內(nèi)。對本實(shí)施例合金靶材取樣進(jìn)行XRD分析，如圖2所示，為單一 FCC相。實(shí)施例2本實(shí)施例中的NiWCr合金靶材，Ni、W、Cr三種元素的質(zhì)量百分含量分別為75%、 20%、5%。1.熔煉按本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的NiWCr合金靶材成分配比，分別稱取純度均在99. 9%以上的Ni、W、Cr原料11. 25Kg,3. 00Kg、0. 7^(g，然后放入坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度為 1600°c，熔煉時真空度為2 X IO-2Pa,熔煉完畢澆鑄成鑄錠。2.熱機(jī)械處理將鑄錠在1150°C下進(jìn)行熱鍛開坯，空冷至室溫，然后在室溫下進(jìn)行冷軋，冷軋單道次變形量10%，總變形量40%。冷軋后，在Ar氣保護(hù)爐內(nèi)進(jìn)行1000°C退火4小時。最后對靶坯進(jìn)行機(jī)加工得到成品靶材。3.靶材性能對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行合金成分、金屬雜質(zhì)含量、0含量分析，如表1中實(shí)例2所示，靶材純度99. 95%以上，0含量120ppm。本實(shí)施例配比的合金靶材，理論密度經(jīng)計(jì)算為9. 844g/cm3,實(shí)測密度為9. Slg/ cm3，相對密度99.7%。對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行金相及XRD分析，結(jié)果同實(shí)例1。實(shí)施例3本實(shí)施例中的NiWCr合金靶材，Ni、W、Cr三種元素的質(zhì)量百分含量分別為70%、 20%、10%。1.熔煉按本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的NiWCr合金靶材成分配比，分別稱取純度均在99. 9%以上的Ni、W、Cr原料10. 50Kg、3. OOKgU. 50Kg，然后放入坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度為 1600°c，熔煉時真空度為2 X IO-2Pa,熔煉完畢澆鑄成鑄錠。2.熱機(jī)械處理將鑄錠在1150°C下進(jìn)行熱鍛開坯，空冷至室溫，然后在室溫下進(jìn)行冷軋，冷軋單道次變形量15%，總變形量60%。冷軋后，在大氣爐內(nèi)進(jìn)行100(TC退火4小時。最后對靶坯進(jìn)行機(jī)加工得到成品靶材。3.靶材性能對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行合金成分、金屬雜質(zhì)含量、0含量分析，如表1中實(shí)例3所示，靶材純度99. 95%以上，0含量115ppm。本實(shí)施例配比的合金靶材，理論密度經(jīng)計(jì)算為9. 711g/cm3,實(shí)測密度為9. 75g/ cm3，相對密度100. 4% ο對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行金相及XRD分析，結(jié)果同實(shí)例1。實(shí)施例4本實(shí)施例中的NiWCr合金靶材，Ni、W、Cr三種元素的質(zhì)量百分含量分別為50%、 35%、15%。1.熔煉按本實(shí)施例中設(shè)計(jì)的NiWCr合金靶材成分配比，分別稱取純度均在99. 9%以上的Ni、W、Cr原料7. 50Kg、5. 25Kg、2. 2^(g，然后放入坩堝進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，熔煉溫度為 1700°C，熔煉時真空度為2X 10 ,熔煉完畢澆鑄成鑄錠。2.熱機(jī)械處理將鑄錠在1200°C下進(jìn)行熱鍛開坯，空冷至室溫，然后在室溫下進(jìn)行冷軋，冷軋單道次變形量10%，總變形量40%。冷軋后，在大氣爐內(nèi)進(jìn)行100(TC退火4小時。最后對靶坯進(jìn)行機(jī)加工得到成品靶材。3.靶材性能對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行合金成分、金屬雜質(zhì)含量、0含量分析，如表1中實(shí)例4所示，靶材純度99. 95%以上，0含量IlOppm0本實(shí)施例配比的合金靶材，理論密度經(jīng)計(jì)算為10. 491g/cm3,實(shí)測密度為10. 48g/ cm3，相對密度99.9%。對本實(shí)施例合金靶材進(jìn)行金相及XRD分析，結(jié)果同實(shí)例1。對實(shí)施例1-4中NiWCr合金靶材的金屬雜質(zhì)及非金屬雜質(zhì)含量進(jìn)行測定，結(jié)果如表1。對實(shí)施例1的MWCr合金靶材在不同部位取樣分析的合金成分進(jìn)行測定，結(jié)果如表 2。表1、實(shí)施例1-4中NiWCr合金靶材所測金屬雜質(zhì)及非金屬雜質(zhì)含量結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于所述鎳基合金靶材的合金成分質(zhì)量百分比為鎢15 35%，鉻5 15%，其余為鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于鎳基合金靶材純度為99.9%以上，氧含量200 111以內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于鎳基合金靶材每個合金成分波動均在士0. 5wt%以內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于鎳基合金靶材相對密度高于99. 5%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于鎳基合金靶材微觀組織為細(xì)小均勻晶粒，平均晶粒尺寸控制在50μπι以內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，其特征在于鎢、鉻完全固溶于鎳內(nèi)，形成單一的面心立方相。
7.—種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材的制造方法，其步驟如下(1)按鎳基合金靶材合金成分含量配比Ni、W、Cr三種原料，所述鎳基合金靶材的合金成分質(zhì)量百分比為W 15 35%，Cr 5 15%，其余為Ni，Ni、W、Cr三種原料純度均為 99. 9%以上；(2)將步驟(1)中所配比的三種原料放入坩堝中，進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉并澆鑄成鑄錠；其中，熔煉溫度為1500°C 1700°C，熔煉時真空度高于5X10_2Pa ；(3)將步驟O)中所得鑄錠進(jìn)行熱鍛開坯，熱鍛溫度1000 1200°C，得熱鍛坯；(4)將步驟(3)中所得熱鍛坯在室溫下進(jìn)行冷軋，道次變形量10 20%，總變形量 40 70% ；(5)將步驟(4)中所得冷軋坯進(jìn)行再結(jié)晶退火，再結(jié)晶退火溫度900 1200°C，退火時間2 8小時，退火爐氣氛為空氣或惰性氣體保護(hù)；(7)將步驟(5)中所得靶坯進(jìn)行機(jī)加工生產(chǎn)出成品靶材。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種垂直磁記錄介質(zhì)中間層用鎳基合金靶材，該鎳基合金靶材的合金成分質(zhì)量百分比為鎢15～35％，鉻5～15％，其余為鎳。靶材制造步驟包括按靶材設(shè)計(jì)成分配比，分別稱重純度均為99.9％以上的Ni、W、Cr三種原材料，經(jīng)真空感應(yīng)熔煉并澆鑄成鑄錠；然后鑄錠經(jīng)熱鍛、冷軋、再結(jié)晶退火得到靶坯；最后，靶坯機(jī)經(jīng)機(jī)加工，制造出成品靶材。本發(fā)明工藝簡單，成本低，適合工業(yè)化生產(chǎn)，所生產(chǎn)的鎳鎢鉻合金靶材性能優(yōu)良靶材純度99.9％以上，氧含量200ppm以內(nèi)；合金成分波動控制在±0.5wt％；靶材相對密度高于99.5％；平均晶粒尺寸控制在50μm以內(nèi)；W、Cr完全固溶于Ni內(nèi)，形成單一的面心立方相。
文檔編號C22F1/10GK102534308SQ20101059358
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月9日
發(fā)明者丁照崇, 劉書芹, 孫秀霖, 尚再艷, 朱曉光, 白鴿玲, 董亭義, 蔣宇暉 申請人:北京有色金屬研究總院, 有研億金新材料股份有限公司