Способ обработки ферромагнитных материалов Советский патент 1993 года по МПК C23C14/48 

Изобретение относится к области обработки материалов в вакууме, в частности, ионным внедрением, и может быть использовано для создания тонкопленочных дисков или магнитных головок.

Цель изобретения - повышение износостойкости ферромагнитного слоя за счет снижения коэффициента трения и повышения твердости при сохранении магнитных параметров пленки, упрощение технологии. Поставленная цель достигается путем имплантации в материал магнитной пленки ионов фосфора в интервале доз 7-1016- 9-1016 с энергией 30-60 кэВ.

Сущность данного способа заключается в том, что в результате такой обработки в приповерхностном сте ферромагнитного

материала формируется аморфный немагнитный слой с повышенными трибологиче- скими характеристиками. При этом магнитные свойства основного материала не ухудшаются в определенных пределах. Получение немагнитного слоя необходимо для исключения возможного искажения при Записи и воспроизведении информации на магнитном материале.

Выбор дозы облучения в пределах 7-10 -9-10 обусловлен следующими причинами. Во-первых, для создания немагнитного слоя необходима определенная концентрация атомов фосфора, при которой компенсируются неспаренные спины в 3d- зоне ферромагнетика, обуславливающие магнитный момент элементов. Средний

VJ 00 О

00

00

атомный магнитный момент можно вычислить из выражения:

- m(1-X)-nXm

--v--f -1--- в, 4 (1)

/

где m - число свободных мест в Sd-зоне металла (для Ni ,6, а для Fe ,22), Х-концентрация атомов металлоида, п-па- раметр, равный 3, для фосфора. В нашем случае для пленки 71 ат.% Ni - 29 ат.% Fe число .m находится следующим образом: m 0,бЪ,71 +0,29-2,22 1,08, Магнитный момент пленки 3d металл-металлоид будет равен 0, если в (1) числитель равен 0. Таким образом, концентрацию фосфора, при которой исчезают магнитные свойства, можно вычислить по следующей формуле

m(1-X).

(2)

Подставляя в (2) ,8 и , можно получить, что, начиная с ,26 (26 ат.% фосфора), пленка теряет свои магнитные свойства. Это соответствует дозе облучения Ф 6-1016 . Во-вторых, при увеличении дозы выше 9:1016 см происходит рекристаллизация аморфного слоя с выпадением фосфидов и NiiaPsn пленка резко ухудшает свои магнитные и фрикционные свойства. При уменьшении дозы облучения меньше, чем 7 -10 см отсутствует значительное снижение коэффициента трения и возрастание твердости поверхностного слоя магнитной пленки. Экспериментально установлено, что при дозах облучения, лежащих в указанных пределах, коэрцитивная сила Нс железоникелевых пленок не отличается более чем на 7% от исходных, а величина удельной намагниченности и температура Кюри уменьшается менее чем на 6% и 7% соответственно. При увеличении энергии выше 60 кэВ, определяемого из неравенства .

Rp+ARp d, 3,

где Rp - проецированный пробег ионов,

Д Rp- среднеквадратичное стклонение пробега ионов,

d - толщина пленки,

магнитные свойства плекок ухудшаются. Уменьшение энергии ионов ьчже 30 кэВ не позволяет получать упрочненные слои в магнитной пленке достаточной толщины.

Пример. Данным способом обрабатывались ферромагнитные пленки состава 71 ат.% Ni - 29 ат.% Ке толщиной 1000 А, полученных термическим напылением,

ионами Р+дозой 8-1016 , Такая обработка приводит к уменьшению коэффициента трения для пары сталь ШХ-15-магнитная пленка с 0,22 до 0,07 и увеличению твердо. сти по шкале Мооса с 2 до 6. При этом температура Кюри (измеренная по кривой электросопротивления) уменьшается с 510°С до 474° С, коэрцитивная сила уменьшается с 34 Э до 30 Э; удельная намагниченность

насыщения с 107 Гс-см2/г до 100 Гс-см2/г (коэрцитивная сила и намагниченность насыщения получены из анализа петли гистерезиса).

Облучение аналогичных пленок ионами Р+ дозой 7-1016 приводит к изменению коэффициента трения для пары ШХ-15-магнитная пленка с 0,22 до 0,09 и увеличению твердости по шкале Мооса с 2 до 6. При этом температура Кюри (измеренная по кривой электросопротивления) уменьшается с 510° С до 488° С, коэрцитивная сипа уменьшается с 34 Э до 32 Э, удельная намагниченность с 107 Гс -см ./г до 102 Гс-см2/-г.

Облучение пленок 71 ат.% Ni, 29 ат.% Fe толщиной Ю ОО А ионами Р+ дозой 9 10t6 приводит к уменьшению коэффициента трения с 0,22 до 0,06 и увеличению твердости по шкале Мооса с 2 до 6. При

этом температура Кюри уменьшается с 510° С до 470° С, коэрцитивная сила уменьшается с 34 Э до 30 Э, удельная намагниченность с 107 Гс-см2/гдо 100 Гс-см2/г.

Преимуществом данного способа по

отношению к прототипу является отсутствие резкой межфазной границы между упрочненным слоем и ферромагнитной пленкой за счет плавного распределения имплантированной примеси и дефектов,

ответственных за упрочнение. Упрочненный слой, в отличие от прототипа не наносится извне, а формируется в самом теле ферромагнитной пленки. Это устраняет возможность отслаивания упрочненного

слоя, ликвидирует проблему замуровывания пылинок и повышает срок службы магнитного диска. Кроме того, свойства упрочненного слоя не критичны к малым вариациям технологических параметров энергии ионов, дозы, что вызвано упрощением технологии.

Формула изобретения Способ обработки ферромагнитных материалов, -основанный на создании на

поверхности ферромагнитной пленки защитного слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения износостойкости пленки за счет снижения коэффициента трения и повышения прочности при сохранении маг

нитных параметров пленки, а также уп-ферромагнитной пленки ионами фосфора в

рощения технологии, защитный слойинтервале энергий 30-60 кэВ и дозой

получают путем облучения поверхности 7-10 -9 10 см.

Область использования: в области обработки материалов в вакууме ионным внедрением. Цел ь изобретения: для создания износостойких ферромагнитных покрытий с высокой твердостью и низким коэффициентом трения при сохранении магнитных параметров пленки, Сущность изобретения: для осуществления этой цели поверхность ферромагнитного материала облучают ионами фосфора в интервале энергий 30-60 кэВ и дозой 7 1016-9 1016 .