JP2010150591A - Cobalt-iron based alloy for soft-magnetic film - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a Co-Fe based alloy for forming a soft-magnetic film, used to vertical magnetic-recording medium or the like which keeps the soft-magnetic characteristic to high and has excellent atmospheric corrosion resistance. <P>SOLUTION: The Co-Fe based alloy for a soft-magnetic film, in which a compositional formula in the atomic ratio is represented by ((Co<SB>100-X</SB>-Fe<SB>X</SB>)<SB>100-Y</SB>-Ni<SB>Y</SB>)<SB>100-(a+b+c)</SB>-M1<SB>a</SB>-M2<SB>b</SB>-W<SB>c</SB>, (wherein, 5≤X≤80, 0≤Y≤25, 2≤a≤6, 2≤b≤10 and 0.5≤c≤5), includes the balance inevitable impurities. In the compositional formula, M1 element is one or more elements selected from Zr, Hf and Y, and M2 element in the formula is one or two elements selected from Ta and Nb. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、軟磁性膜を形成するためのＣｏ−Ｆｅ系合金に関するものである。   The present invention relates to a Co—Fe based alloy for forming a soft magnetic film.

近年、磁気記録技術の進歩は著しく、ドライブの大容量化のために、磁気記録媒体の高記録密度化が進められている。しかしながら、現在広く世の中で使用されている面内磁気記録方式の磁気記録媒体では、高記録密度化を実現しようとすると、記録ビットが微細化し、記録ヘッドで記録できないほどの高保磁力が要求される。そこで、これらの問題を解決し、記録密度を向上させる手段として垂直磁気記録方式が検討されている。
垂直磁気記録方式とは、垂直磁気記録媒体の磁性膜を媒体面に対して磁化容易軸が垂直方向に配向するように形成したものであり、記録密度を上げて行ってもビット内の反磁界が小さく、記録再生特性の低下が少ない高記録密度に適した方法である。そして、垂直磁気記録方式においては、記録感度を高めた磁気記録膜層と軟磁性膜層とを有する記録媒体が開発されている。 In recent years, the progress of magnetic recording technology has been remarkable, and the recording density of magnetic recording media has been increased to increase the capacity of drives. However, in the magnetic recording medium of the in-plane magnetic recording system that is currently widely used in the world, when trying to achieve a high recording density, the recording bit becomes finer and a high coercive force that cannot be recorded by the recording head is required. . Therefore, a perpendicular magnetic recording method has been studied as a means for solving these problems and improving the recording density.
Perpendicular magnetic recording is a method in which the magnetic film of a perpendicular magnetic recording medium is formed so that the axis of easy magnetization is oriented perpendicularly to the medium surface. This is a method suitable for high recording density with a small decrease in recording and reproduction characteristics. In the perpendicular magnetic recording system, a recording medium having a magnetic recording film layer and a soft magnetic film layer with improved recording sensitivity has been developed.

このような磁気記録媒体の軟磁性膜としては、高い飽和磁束密度を有することが要求されており、飽和磁束密度が大きいＣｏ−Ｆｅ合金が好適に利用されている。そして、磁気記録媒体の軟磁性膜としては、軟磁気特性に優れたアモルファス膜が要求されていることから、上記のＣｏ−Ｆｅ合金に対してはアモルファス化を促進する元素の添加が必要とされ、一般的にＺｒやＴａなどが採用されている。
そして、上記のような軟磁性膜は、一般的に同一組成のターゲット材を利用したマグネトロンスパッタリングによって形成されている。一方で、このようなＣｏ−Ｆｅ系合金のターゲット材では、耐候性に課題を有していることからＣｏ−Ｆｅ系合金にＡｌやＣｒを添加したターゲット材などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２８４７４１号公報 The soft magnetic film of such a magnetic recording medium is required to have a high saturation magnetic flux density, and a Co—Fe alloy having a high saturation magnetic flux density is preferably used. As the soft magnetic film of the magnetic recording medium, an amorphous film having excellent soft magnetic characteristics is required. Therefore, an element that promotes amorphization is required for the Co-Fe alloy. In general, Zr, Ta, or the like is employed.
The soft magnetic film as described above is generally formed by magnetron sputtering using a target material having the same composition. On the other hand, such a Co-Fe alloy target material has a problem in weather resistance, and therefore a target material in which Al or Cr is added to a Co-Fe alloy has been proposed (for example, Patent Document 1).
JP 2007-284741 A

上述の特許文献１に開示される軟磁性膜形成用ターゲット材は、Ｃｏ−Ｆｅ合金にＡｌやＣｒを０．２〜５原子％添加することで、一定の耐候性の向上効果が得られるため有効である。しかしながら、本発明者の検討によれば、このＡｌやＣｒの添加では、耐候性を十分に得ることができない場合があることを確認した。   Since the target material for forming a soft magnetic film disclosed in Patent Document 1 described above has a certain weather resistance improvement effect by adding 0.2 to 5 atomic% of Al or Cr to a Co—Fe alloy. It is valid. However, according to the study of the present inventors, it has been confirmed that the weather resistance may not be sufficiently obtained with the addition of Al or Cr.

本発明の目的は、上記の問題を解決し、軟磁気特性を高く維持した上で、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金を提供することである。   An object of the present invention is to provide a Co—Fe based alloy for a soft magnetic film that is used for a perpendicular magnetic recording medium and the like having excellent weather resistance while solving the above problems and maintaining high soft magnetic characteristics. is there.

本発明者らは、垂直磁気記録媒体等に用いられる軟磁性膜を形成するためのＣｏ−Ｆｅ系合金について、Ｃｏ−Ｆｅ系合金への添加元素について種々の検討を行った結果、Ｗ添加およびその好適な添加範囲を見出し本発明に到達した。   As a result of various studies on the additive elements to the Co—Fe based alloy for the Co—Fe based alloy for forming a soft magnetic film used for a perpendicular magnetic recording medium and the like, The suitable addition range was found and the present invention was reached.

すなわち、本発明は、原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｗ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦５で表され、残部不可避的不純物からなるＣｏ−Ｆｅ系合金であって、前記組成式のＭ１元素が（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素、前記組成式のＭ２元素が（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素である軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金である。 Namely, the present invention provides a composition formula in the atomic ratio _{((Co 100-X -Fe X} ) 100-Y -Ni Y) 100- (a + b + c) -M1 a -M2 b -W c, 5 ≦ X ≦ 80, A Co—Fe alloy composed of the following inevitable impurities, represented by 0 ≦ Y ≦ 25, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 10, 0.5 ≦ c ≦ 5, and M1 element of the above composition formula Is one or more elements selected from (Zr, Hf, Y), and M2 element of the composition formula is one or two elements selected from (Ta, Nb). Fe-based alloy.

本発明により、軟磁気特性を高く維持した上で、耐候性に優れた垂直磁気記録媒体等の軟磁性膜用のＣｏ−Ｆｅ系合金を提供でき、垂直磁気記録媒体を製造する上で極めて有効な技術となる。   According to the present invention, it is possible to provide a Co—Fe alloy for a soft magnetic film such as a perpendicular magnetic recording medium excellent in weather resistance while maintaining a high soft magnetic characteristic, and is extremely effective in manufacturing a perpendicular magnetic recording medium. Technology.

本発明の最も重要な特徴は、軟磁性膜用のＣｏ−Ｆｅ系合金中に、軟磁気特性を大きく損なうことなく、耐候性の向上を効果的に実現するための最適な元素としてＷを選択し、さらに上記の効果を実現するための最適な添加量を見出した点にある。   The most important feature of the present invention is that W is selected as the optimum element in the Co—Fe-based alloy for the soft magnetic film, in order to effectively improve the weather resistance without significantly damaging the soft magnetic properties. In addition, the optimum addition amount for realizing the above-described effect is found.

まず、本発明のベースとなるＣｏ−Ｆｅ系合金に関して説明する。
本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金のベースとなるＣｏ−Ｆｅ合金は、（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５で表される組成である。それは、この組成範囲にあるＣｏ−Ｆｅ合金は飽和磁化が大きく軟磁性膜として適切であるためである。また、Ｃｏ−Ｆｅ合金の一部は、Ｎｉの添加量Ｙが０≦Ｙ≦２５となる範囲で置換可能である。それは、飽和磁化を大きく低減することなく、軟磁気特性の改善に有効なためである。
上記のＣｏ−Ｆｅ合金には、Ｍ１元素として（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素を２〜６原子％、およびＭ２元素として（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素を２〜１０原子％添加する。それは、Ｍ１元素とＭ２元素とを上記範囲で含有することで、Ｃｏ−Ｆｅ合金の飽和磁化を大きく損なうことなく、スパッタ膜としてのアモルファス化や磁気特性の改善を行えるためである。 First, the Co—Fe alloy used as the base of the present invention will be described.
The Co—Fe alloy used as the base of the Co—Fe based alloy of the present invention is represented by ((Co _100-X —Fe _X ) _100-Y —Ni _Y ), 5 ≦ X ≦ 80, 0 ≦ Y ≦ 25. Composition. This is because a Co—Fe alloy in this composition range has a large saturation magnetization and is suitable as a soft magnetic film. In addition, a part of the Co—Fe alloy can be replaced within a range where the addition amount Y of Ni satisfies 0 ≦ Y ≦ 25. This is because it is effective in improving the soft magnetic characteristics without greatly reducing the saturation magnetization.
In the Co—Fe alloy, 2 to 6 atomic% of one or more elements selected from (Zr, Hf, Y) as the M1 element and 1 (Ta, Nb) as the M2 element are selected. Add 2-10 atom% of seeds or two kinds of elements. This is because the inclusion of the M1 element and the M2 element in the above range can make the sputtered film amorphous and improve the magnetic characteristics without significantly impairing the saturation magnetization of the Co—Fe alloy.

本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金では、上述のＣｏ−Ｆｅ系合金に耐候性を効果的に向上させる必須元素としてＷを０．５〜５原子％含有する。電位−ｐＨ図より、Ｗは酸性領域で不動態域が存在することが確認されるため、耐候性の向上に有効な添加元素としてＷを選択した。なお、上記の効果は、０．５原子％に満たない場合には、耐候性改善効果が低く、また、５原子％を超える場合には、磁化が低下するため、０．５〜５原子％に制御することが重要である。   The Co—Fe based alloy of the present invention contains 0.5 to 5 atomic% of W as an essential element for effectively improving the weather resistance in the above Co—Fe based alloy. Since it was confirmed from the potential-pH diagram that W has a passive region in the acidic region, W was selected as an additive element effective for improving the weather resistance. When the above effect is less than 0.5 atomic%, the weather resistance improving effect is low, and when it exceeds 5 atomic%, the magnetization decreases, so 0.5 to 5 atomic%. It is important to control.

以上の通り、本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金は、原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｗ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦５で表されるＣｏ−Ｆｅ系合金であるが、本発明の作用を損なわない範囲で不可避的不純物を含み得る。例えば、上記の組成式で表されるＣｏ−Ｆｅ系合金の純度が９９．９％以上であればよい。 As described above, the Co—Fe-based alloy of the present invention has a composition formula in terms of atomic ratio of ((Co _100−X −Fe _X ) _100−Y− Ni _Y ) _{100− (a + b + c)} −M1 _a −M2 _b −W. _c ≦ 5 ≦ X ≦ 80, 0 ≦ Y ≦ 25, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 10, and 0.5 ≦ c ≦ 5. Inevitable impurities may be included within a range not detracting from. For example, the purity of the Co—Fe alloy represented by the above composition formula may be 99.9% or more.

上述したＣｏ−Ｆｅ系合金の製造方法としては、溶解鋳造法や粉末焼結法が適用可能である。溶解鋳造法では、鋳造インゴット、もしくは、鋳造インゴットに塑性加工や加圧加工を加えたバルク体とすることで製造可能となる。また、粉末焼結法では、ガスアトマイズ法でＣｏ−Ｆｅ系合金の最終組成の合金粉末を製造し原料粉末とすることや、複数の合金粉末や純金属粉末をＣｏ−Ｆｅ系合金の最終組成となるように混合した混合粉末を原料粉末とすることが可能である。原料粉末の焼結方法としては、熱間静水圧プレス、ホットプレス、放電プラズマ焼結、押し出しプレス焼結等の加圧焼結を用いることが可能である。   As a method for producing the Co—Fe-based alloy described above, a melt casting method or a powder sintering method can be applied. In the melt casting method, it is possible to produce a cast ingot or a bulk body obtained by applying plastic processing or pressure processing to the cast ingot. Moreover, in the powder sintering method, an alloy powder having the final composition of the Co—Fe based alloy is manufactured by a gas atomizing method and used as a raw material powder, or a plurality of alloy powders and pure metal powders are combined with the final composition of the Co—Fe based alloy. The mixed powder thus mixed can be used as a raw material powder. As a method for sintering the raw material powder, it is possible to use pressure sintering such as hot isostatic pressing, hot pressing, discharge plasma sintering, and extrusion press sintering.

また、本発明のＣｏ−Ｆｅ系合金は、各種スパッタリング装置の形式に合致したターゲット材に加工して、スパッタリングすることで、耐候性に優れた軟磁性膜を形成可能である。   Moreover, the Co—Fe-based alloy of the present invention can be processed into a target material that matches the type of various sputtering apparatuses and sputtered to form a soft magnetic film having excellent weather resistance.

以下の実施例で本発明を更に詳しく説明する。
まず、表１に示すＣｏ−Ｆｅ系合金組成の鋳造インゴットを作製した。なお、鋳造インゴットは、純度９９．９％以上の原料を用い真空中の高周波加熱炉で加熱・溶解したのち、鉄製の鋳型に鋳造し作製した。作製したインゴットを加工して、直径１８０ｍｍ×厚さ７ｍｍのＣｏ−Ｆｅ系合金バルク体を作製した。
作製したＣｏ−Ｆｅ系合金のバルク体を５０℃の１０％塩酸に２４時間浸漬し重量の減少率を測定して、バルク体の耐候性を評価した。測定結果を表１に示す。
また、バルク体の磁性評価として、鋳造インゴットから３０ｍｍ×１０ｍｍ×５ｍｍの試料を作製し、直流磁気特性測定装置（東英工業製ＴＲＦ５Ａ）を用いて、外部磁場１６０ｋ（Ａ／ｍ）時の磁化を測定した。その結果を表２に示す。 The following examples further illustrate the present invention.
First, a casting ingot having a Co—Fe based alloy composition shown in Table 1 was produced. The cast ingot was prepared by casting a steel mold after heating and melting in a high-frequency heating furnace in a vacuum using a raw material having a purity of 99.9% or higher. The produced ingot was processed to produce a Co—Fe based alloy bulk body having a diameter of 180 mm and a thickness of 7 mm.
The produced bulk body of the Co—Fe alloy was immersed in 10% hydrochloric acid at 50 ° C. for 24 hours, and the weight reduction rate was measured to evaluate the weather resistance of the bulk body. The measurement results are shown in Table 1.
In addition, as a magnetic evaluation of the bulk body, a sample of 30 mm × 10 mm × 5 mm was prepared from a cast ingot, and magnetized at an external magnetic field of 160 k (A / m) using a DC magnetic property measuring apparatus (TRF5A manufactured by Toei Kogyo). Was measured. The results are shown in Table 2.

表１から、本発明のＴｉを０．５〜５原子％含有するＣｏ−Ｆｅ系合金（試料１）は、Ｗを添加しないＣｏ−Ｆｅ系合金（試料３）やＡｌやＣｒを添加したＣｏ−Ｆｅ系合金（試料２）より高い耐候性を有していることが分かる。なお、表２から、本発明の試料１とＡｌやＣｒを添加したＣｏ−Ｆｅ系合金の試料２とは、バルク体としての磁化が同程度の値を示しており、耐候性の優れたターゲット材あるいは軟磁性膜として有効である。   From Table 1, the Co—Fe-based alloy (sample 1) containing 0.5 to 5 atomic% of Ti of the present invention is a Co—Fe-based alloy (sample 3) to which W is not added, or Co to which Al or Cr is added. It can be seen that it has higher weather resistance than the Fe-based alloy (Sample 2). Note that, from Table 2, the sample 1 of the present invention and the sample 2 of the Co—Fe-based alloy to which Al or Cr is added show the same value of magnetization as a bulk body, and have excellent weather resistance. It is effective as a material or a soft magnetic film.

本発明の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金は、軟磁気特性を維持した上で、耐候性に優れているため、安定して垂直磁気記録媒体等の軟磁性膜の形成に適用できる。   The Co—Fe based alloy for soft magnetic films of the present invention is excellent in weather resistance while maintaining soft magnetic properties, and thus can be stably applied to the formation of soft magnetic films such as perpendicular magnetic recording media.

Claims (2)

原子比における組成式が（（Ｃｏ_{１００−Ｘ}−Ｆｅ_Ｘ）_{１００−Ｙ}−Ｎｉ_Ｙ）_{１００−（ａ＋ｂ＋ｃ）}−Ｍ１_ａ−Ｍ２_ｂ−Ｗ_ｃ、５≦Ｘ≦８０、０≦Ｙ≦２５、２≦ａ≦６、２≦ｂ≦１０、０．５≦ｃ≦５で表され、残部不可避的不純物からなるＣｏ−Ｆｅ系合金であって、前記組成式のＭ１元素が（Ｚｒ、Ｈｆ、Ｙ）から選ばれる１種もしくは２種以上の元素、前記組成式のＭ２元素が（Ｔａ、Ｎｂ）から選ばれる１種もしくは２種の元素であることを特徴とする軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金。 Composition formula in atomic ratio _{((Co 100-X -Fe X} ) 100-Y -Ni Y) 100- (a + b + c) -M1 a -M2 b -W c, 5 ≦ X ≦ 80,0 ≦ Y ≦ 25, 2 ≦ a ≦ 6, 2 ≦ b ≦ 10, 0.5 ≦ c ≦ 5, and a Co—Fe based alloy composed of the remaining inevitable impurities, wherein the M1 element in the composition formula is (Zr, Hf, One or more elements selected from Y), and the M2 element in the composition formula is one or two elements selected from (Ta, Nb). Alloy. スパッタリングターゲット材として使用されることを特徴とする請求項１に記載の軟磁性膜用Ｃｏ−Ｆｅ系合金。   The Co—Fe based alloy for soft magnetic films according to claim 1, wherein the Co—Fe based alloy is used as a sputtering target material.