TW201908524A - 無電鎳合金電鍍浴, 鎳合金之沉積方法, 鎳合金沉積物及由此生成之鎳合金沉積物之用途 - Google Patents
無電鎳合金電鍍浴, 鎳合金之沉積方法, 鎳合金沉積物及由此生成之鎳合金沉積物之用途Info
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Abstract
本發明係關於無電鎳合金電鍍浴,其包含鎳離子;其他可還原金屬離子,其選自由鉬離子、錸離子、鎢離子及其混合物組成之群;至少一種還原劑,其適於將該等鎳離子及該等其他可還原金屬離子還原至其各別金屬態;至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3,其中CA1、CA2及CA3中之每一者獨立地選自由具有至少兩個羧酸部分之化合物、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。本發明進一步係關於沉積鎳合金沉積物之方法、其用途及包含該等合金之數據儲存裝置。
Description
本發明係關於無電鎳合金電鍍浴、鎳合金之沉積方法、鎳合金沉積物及該等鎳合金沉積物之用途。該等鎳合金沉積物尤其適用於尤其可用於製造剛性記憶體磁碟之電子工業中。
增強相同大小之標準儲存媒體之儲存能力仍係剛性記憶體磁碟(RMD)工業所面對之一個主要挑戰。藉由自縱向及平行於媒體表面記錄磁化部分之縱向磁記錄技術(LMR)移動至垂直(perpendicular)磁記錄(PMR)程序,其中磁性部分垂直(vertically)放置於層之深度中,已在相同媒體區域實現較高儲存密度。數據密度之進一步提高僅可藉由減小儲存單元尺寸來獲得。不考慮儲存單元之物理大小,儲存單元係由所定義數量之容許穩定的數據儲存之可磁化晶粒(如CoCrPt)組成。若晶粒直徑進一步減小,則可在相同區域設置更多儲存單元,此意味著區域儲存密度/能力增加。然而,該等強鐵磁性晶粒之微型化在物理上受超順磁效應之限制。藉由低於某一晶粒體積,獲得對熱激發之較高敏感度,此將引起自發磁化損失,且因此引起所儲存資訊之損失。因此,對剛性記憶體磁碟嘗試使用提供高保磁力之材料。但該等材料僅在寫入頭能夠使其再磁化時才適用。每次體積減小會不可避免地伴隨著晶粒磁各向異性之反比例增加,此將所需之能量表徵為磁場強度H,以使其磁場在記憶體磁碟上之寫入過程期間對齊以生成儲存單元。由於磁各向異性之硬限制因素,PMR之傳統技術似乎無法進一步實質性改良,此乃因寫入頭在產生該等強磁場方面不再具有技術可行性。此時,新的熱輔助磁記錄(HAMR)技術之實施可藉由利用居裡溫度(Curie temperature,T居裡
)之原理提供克服晶粒之高各向異性障壁之可能性。居裡溫度係鐵磁性材料之關鍵材料依賴性溫度及特徵,該等鐵磁性材料在獲得T居裡
時將失去其永久磁性。藉由利用雷射能,磁性部分之溫度升高至接近T居裡
。因此,高媒體切換場被拋棄且在習用寫入頭能夠產生之較小磁場下進行數據寫入再次係可行的。由於需要將鐵磁性儲存層加熱至所估計400℃或甚至450℃之溫度,亦必須考慮到背襯順磁性鎳合金層之臨時熱轉換。作為隨後濺射之儲存沉積物之載體層之鎳合金層因其優良的耐腐蝕性及優異的拋光性而係必不可少之部分。但在暴露於臨界溫度一段時間之情形下,非晶形鎳合金層受到相變之影響。以前的非晶形結構將逐漸結晶並失去其重要的順磁性。隨著結晶分數增加,鐵磁性增加。此可能導致剛性儲存磁碟之寫入及讀取操作期間之干擾及數據丟失。高度期望所用鎳合金層之順磁性在將其加熱至高溫(例如400℃)時不會損失。在暴露於300℃或更高之溫度之情形下,典型順磁性塗層(例如鎳合金)因發生非晶態至晶態之相變而逐漸變成超順磁性或甚至鐵磁性。通常,可說明,較高溫度實現該等鎳合金沉積物之更快的非晶態至晶態之轉換,從而導致其順磁性喪失。
JP H05-263259揭示含有4-8 g/l之水溶性鎳、0.01-1 g/l之水溶性鉬酸鹽及另外次磷酸或其鹽之Ni-P-Mo無電電鍍浴。使用兩種類型之二羧酸或氧二羧酸及二羧酸作為錯合劑。該等浴給出鎳合金沉積物,該等沉積物在經受超過300℃之溫度時快速失去其非磁性(通常在幾分鐘內)。此使得該等沉積物不適用於使用HAMR技術之(高檔)剛性記憶體磁碟。
本發明之目標
因此,本發明之目標係提供無電鎳合金電鍍浴,其容許生成在升高溫度下、尤其在經受長時間之升高溫度時不會損失其順磁性之鎳合金沉積物。
本發明之另一目標係提供穩定且不顯示任何鍍出之無電鎳合金電鍍浴。
本發明之另一目標係提供具有足夠電鍍速率之無電鎳合金電鍍浴。
本發明之另一目標係提供無電鎳合金電鍍浴,其例如在電鍍於金屬表面(例如鋁或鋁合金)上時產生充分黏著至下伏基板表面之鎳合金沉積物。
因此,本發明之目標係提供無電鎳合金電鍍浴,其容許生成可用於基於HAMR技術之剛性記憶體磁碟中例如作為儲存沉積層之載體層的鎳合金沉積物。
上述目標係藉由本發明之無電鎳合金電鍍浴、其用途、將鎳合金沉積於基板之至少一個表面上之方法及自本發明之無電鎳合金電鍍浴獲得之鎳合金沉積物及其用途來解決。
本發明之無電鎳合金電鍍浴包含a) 鎳離子; b) 其他可還原金屬離子,其選自由鉬離子、錸離子、鎢離子及其混合物組成之群; c) 至少一種還原劑,其適於將鎳離子及其他可還原金屬離子還原至其各別金屬態;及 其特徵在於其進一步包含 d) 至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3 其中CA1、CA2及CA3中之每一者獨立地選自由具有至少兩個羧酸部分之化合物、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。
至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3係不同的具有至少兩個羧酸部分之化合物、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物。
本發明之無電鎳合金電鍍浴用於將鎳合金沉積至至少一個基板之至少一個表面上。
將鎳合金沉積於基板之至少一個表面上之方法依此順序包含以下方法步驟A) 提供包含至少一個表面之基板; B) 使基板之至少一個表面與本發明之無電鎳合金電鍍浴接觸,及 藉此將鎳合金沉積於基板之至少一個表面上。
鎳合金沉積物可藉由自本發明之無電鎳合金電鍍浴沉積來獲得。
本發明之鎳合金沉積物可用於數據儲存裝置中,較佳用作不可磁化層,更佳用於剛性記憶體磁碟中。
發明性數據儲存裝置(較佳剛性記憶體磁碟,較佳使用熱輔助磁記錄(HAMR))包含至少一種本發明之鎳合金沉積物。
本發明之無電鎳合金電鍍浴及本發明之方法適於提供不會(實質性)失去其順磁性、同時經受升高溫度(例如330℃、350℃或甚至400℃)甚至達延長時間段(例如60 min或更長)之鎳合金沉積物。有利地,該等鎳合金沉積物即使在400℃下保持60 min或更長仍不會變成超順磁性或鐵磁性(且因此不可磁化)。
本發明之無電鎳合金電鍍浴及本發明之方法適於提供具有吸引性明亮或半明亮外觀之鎳合金沉積物。此外,鎳合金沉積物充分黏著至下伏基板表面。
本發明之無電鎳合金電鍍浴在電鍍期間穩定且不顯示鍍出,足以經濟地使用一段時間,通常至少240 min。
除非另有說明,否則本說明書通篇之百分比係重量百分比(wt.-%)。除非另有說明,否則本說明書中所給出之濃度係指整個溶液之體積或質量。術語「沉積」及「電鍍」在本文中可互換使用。另外,「層」及「沉積」在本說明書中亦同義使用。鍍出意指電鍍浴之不期望分解。應理解,除非在技術上不可行或明確排除,否則本說明書中所述之本發明之實施例可進行組合。
羧酸部分在本發明之上下文中係-C(=O)OH基團。術語本發明之「CX-CY-化合物」係指具有X至Y個碳原子(包括任何羧酸部分之碳原子)之化合物;其中X及Y係指自然數,且X小於Y。
本發明之鎳合金包含元素鎳及鉬、鎢及錸中之一或多者、較佳與磷及/或硼、更佳與磷之組合。最佳合金包含鎳、鉬及磷,此乃因發現其順磁性對升高之溫度最穩定。
本發明之無電鎳合金電鍍浴
本發明無電鎳合金電鍍浴包含鎳離子。鎳離子可由任何水溶性鹽或任何水溶性鎳錯合物提供。較佳地,鎳離子係由硫酸鎳、氯化鎳、乙酸鎳、甲基磺酸鎳、胺基磺酸鎳及其混合物中之任一者提供。
無電鎳合金電鍍浴中鎳離子之濃度可廣泛地變化且較佳在0.01 mol/L至1.0 mol/L、更佳在0.03 mol/L至0.8 mol/L、甚至更佳在0.05 mol/L至0.1 mol/L範圍內。
本發明無電鎳合金電鍍浴包含其他可還原金屬離子(除鎳離子外)。其他可還原金屬離子選自由鉬離子、錸離子、鎢離子及其混合物組成之群。其他可還原金屬離子可由該等其他可還原金屬之任何水溶性鹽或任何水溶性錯合物提供。較佳地,鉬離子係由鉬酸、鹼性鉬酸鹽(例如Na2
MoO4
)、鉬酸銨及其混合物中之任一者提供。較佳地,鎢離子係由鎢酸、鹼性鎢酸鹽(例如Na2
WO4
)、鎢酸銨及其混合物中之任一者提供。較佳地,錸離子係由過錸酸、鹼性過錸酸鹽(例如NaReO4
)、過錸酸銨及其混合物中之任一者提供。鉬離子因使用該等離子獲得之鎳合金沉積物顯示對升高之溫度尤其穩定之顯著磁性而較佳。在本發明之一個實施例中,本發明無電鎳合金電鍍浴僅包含鉬離子作為其他可還原金屬離子。在此實施例中,本發明無電鎳合金電鍍浴既不包含任何鎢離子亦不包含任何錸離子。本發明者所實施之初步實驗似乎指示,鎳合金沉積物之磁性對升高溫度之上述穩定性在浴中僅存在鉬離子時尤其顯著。
鉬、錸及鎢之不溶性組分(例如二硫化鉬)對鎳合金沉積物性質有害且因此較佳不用於本發明之無電鎳合金電鍍浴中。
無電鎳合金電鍍浴中其他可還原金屬離子之總濃度可有所變化且較佳在5*10-5
至1*10-2
mol/L、較佳在1*10-4
至5*10-3
mol/L且更佳在2.5*10-4
至2.5*10-3
mol/L範圍內。若在無電鎳合金電鍍浴中含有一種以上類型之其他可還原金屬離子,則所有所用其他可還原金屬離子之總體濃度較佳在上文所定義範圍內(即其總濃度)。
上述範圍外之濃度在一些情形下係適用的,此端視欲生成之鎳合金沉積物中之期望其他金屬含量而定。尤其在施加上述範圍時獲得最佳順磁性。較窄範圍容許改良所獲得鎳合金沉積物之磁性。
在本發明之一個實施例中,無電鎳合金電鍍浴不包含除鎳離子外之任何其他可還原金屬離子且其他可還原金屬離子作為其共沉積物可不利地影響鎳合金沉積物對升高溫度之磁性或其穩定性。該等其他可還原金屬離子係例如鈷離子。因此,在本發明在一個實施例中,無電鎳合金電鍍浴不含鈷離子。鹼金屬及鹼土金屬離子例如在給定條件下通常係不可還原的且因此其不會與鎳合金一起沉積且因此對鎳合金沉積物不具任何負面效應。
無電鎳合金電鍍浴進一步包含至少一種還原劑。至少一種還原劑係化學還原劑。至少一種還原劑適於將鎳離子及其他可還原金屬離子還原至其各別金屬態。較佳地,至少一種還原劑選自由以下組成之群:次磷酸鹽化合物,例如次磷酸及次磷酸鹽,例如鹼性次磷酸鹽,如次磷酸鈉或次磷酸鉀、次磷酸銨、次磷酸鎳等;基於硼之還原劑,例如胺基硼烷(如二甲基胺基硼烷(DMAB)及嗎啉硼烷)及硼氫化物(如硼氫化鈉);肼;及肼衍生物(硫酸肼、鹽酸肼、水合肼及在本發明背景下可用作還原劑之其他該等組分)。在使用次磷酸鹽化合物作為還原劑之情形下,獲得包含磷之鎳合金沉積物。該等還原劑提供所沉積鎳合金中磷之來源。基於硼烷之還原劑產生包含硼及次磷酸鹽化合物之混合物的鎳合金沉積物且基於硼烷之還原劑產生包含磷及硼之鎳合金沉積物。基於氮之還原劑(例如肼及肼衍生物)既不提供磷亦不提供硼納入鎳合金中。
至少一種還原劑更佳選自由次磷酸、次磷酸鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。該等還原劑較佳之原因在於,構成本發明鎳合金之磷尤其顯著改良該等鎳合金沉積物之磁性且產生(耐熱)順磁性鎳合金。納入大量磷(例如10 wt.-%或更高)亦會減少飽和磁化且起去磁化作用。甚至更佳地,至少一種還原劑經選擇為次磷酸鹽,此乃因該等鹽具有成本效益且容易使用。至少一種還原劑之濃度通常為足以還原無電鎳合金電鍍浴中之鎳離子及其他可還原金屬離子之莫耳過量量。還原劑之濃度較佳在0.01 mol/L至3.0 mol/L、更佳0.1 mol/L至1 mol/L範圍內。
無電鎳合金電鍍浴包含至少三種(不同)錯合劑CA1、CA2及CA3,其中CA1、CA2及CA3中之每一者獨立地選自由具有至少兩個羧酸部分之化合物、其各別鹽(例如羧酸鹽)以及上文所提及各者之混合物組成之群。較佳地,三種錯合劑CA1、CA2或CA3中之至少一者係具有至少三個羧酸部分之化合物或其各別鹽。較佳地,該等具有至少兩個(或三個)羧酸部分之化合物係脂肪族化合物、較佳C2-C12-脂肪族化合物、更佳C2-C8-脂肪族化合物。脂肪族化合物包括非環狀或環狀、飽和或不飽和碳化合物,不包括芳香族化合物;脂肪族化合物較佳為非環狀的。
官能化理論上可藉由用官能基替代至少一個氫來獲得。該等可選官能基較佳選自羥基(-OH)、胺基(-NH2
)、鹵化物、烯烴雙鍵(-C=C-)及三鍵(-C≡C-)。理論上,後兩者通常需要替代相鄰碳原子之兩個氫原子。更佳地,可選官能基選自由羥基及雙鍵組成之群。甚至更佳地,可選官能基係羥基。
更佳地,無電鎳合金電鍍浴包含至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3,其獨立地選自由未經官能化及經官能化之脂肪族二羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族三羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族四羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族五羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族六羧酸、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。在本發明之一個實施例中,錯合劑CA1及CA2選自上群且錯合劑CA3選自由未經官能化及經官能化之脂肪族三羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族四羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族五羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族六羧酸、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。
甚至更佳地,至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3獨立地選自由未經官能化及經官能化之脂肪族二羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族三羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族四羧酸、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。在本發明之一個實施例中,錯合劑CA1及CA2選自該群且錯合劑CA3選自由未經官能化及經官能化之脂肪族三羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族四羧酸、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。
在本發明之第一實施例中,至少錯合劑CA1係未經官能化之脂肪族C2-C12-二羧酸或其鹽。甚至更佳地,其係未經官能化之脂肪族C3-C6-二羧酸或其鹽。甚至更佳地,錯合劑CA1選自由丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、馬來酸、富馬酸、戊烯二酸、伊康酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。最佳地,錯合劑CA1係丙二酸或其鹽。
在本發明之第二實施例中,至少錯合劑CA2係經官能化或未經官能化(較佳官能化)之脂肪族C3-C12-二羧酸或其鹽、較佳經官能化或未經官能化(較佳官能化)之脂肪族C4-C6-二羧酸或其鹽。更佳地,錯合劑CA2包含至少一個羥基(且因此係羥基官能化的)。甚至更佳地,錯合劑CA2係羥基官能化之脂肪族C4-C6-二羧酸或其鹽。甚至更佳地,錯合劑CA2選自由蘋果酸、酒石酸、1-羥基戊二酸、2-羥基戊二酸、1-羥基己二酸、2-羥基己二酸、3-羥基己二酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。最佳地,錯合劑CA2係蘋果酸或其鹽。
在本發明之第三實施例中,至少錯合劑CA3係經官能化或未經官能化之脂肪族C5-C12-三羧酸或其鹽、較佳經官能化或未經官能化之脂肪族C6-C8-三羧酸或其鹽。更佳地,錯合劑CA3選自由檸檬酸、異檸檬酸、烏頭酸、丙烷-1,2,3-三羧酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。最佳地,錯合劑CA3係檸檬酸或其鹽。應明確指出,在本發明之上下文內,可組合該第一至第三實施例中之兩者或更多者。
在本發明之第四實施例中,至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3各別地選自彼此,此表示第一至第三實施例之每一不同錯合劑。
在本發明之尤佳實施例中,錯合劑CA1選自由丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、馬來酸、富馬酸、戊烯二酸、伊康酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群(特定而言,錯合劑CA1係丙二酸或其鹽);錯合劑CA2選自由蘋果酸、酒石酸、1-羥基戊二酸、2-羥基戊二酸、1-羥基己二酸、2-羥基己二酸、3-羥基己二酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群(特定而言,錯合劑CA2係蘋果酸或其鹽);且錯合劑CA3選自由檸檬酸、異檸檬酸、烏頭酸、丙烷-1,2,3-三甲酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群(特定而言,錯合劑CA3係檸檬酸或其鹽)。在此實施例中,出於下文所述之原因,本發明鎳電鍍浴較佳不含未經官能化及經官能化之單羧酸。錯合劑之該等組合證實尤其可用於生成具有期望磁性之鎳合金沉積物。
較佳地,錯合劑CA1之濃度在50至300 mmol/L、更佳75至250 mmol/L且甚至更佳90至200 mmol/L範圍內。較佳地,錯合劑CA2之濃度在50至200 mmol/L、更佳60至180 mmol/L且甚至更佳70至150 mmol/L範圍內。較佳地,錯合劑CA3之濃度在15至100 mmol/L、更佳30至80 mmol/L且甚至更佳35至55 mmol/L範圍內。較佳地,錯合劑CA1、CA2及CA3之總濃度為至少0.15 mol/L、更佳至少0.20 mol/L且甚至更佳至少0.22 mol/L。錯合劑CA1、CA2及CA3之上述最小濃度通常確保鎳合金沉積物之良好的(順)磁性不會在升高溫度下失去,儘管在一些情形下低於上述臨限值之濃度證實足以獲得該效應。
較佳地,錯合劑CA1、CA2及CA3之總濃度對鎳離子濃度之比率在4/1至8/1範圍內。
較佳地,無電鎳合金電鍍浴不含(故意添加)未經官能化及經官能化(特定而言羥基官能化)之單羧酸,例如乳酸。該等單羧酸在一些情形下似乎不利地影響所生成鎳合金沉積物之磁性。
本發明之無電鎳合金電鍍浴較佳係水溶液。術語「水溶液」意指在溶液中為溶劑之盛行液體介質係水。可添加可與水混溶之其他液體,例如醇及可與水混溶之其他極性有機液體。較佳地,所有所用溶劑之至少95 wt.-%、更佳99 wt.-%係水,此乃因其具有生態良性特徵。本發明之無電鎳合金電鍍浴可藉由將所有組分溶解於水性液體介質、較佳水中來製備。
本發明之無電鎳合金電鍍浴可為酸性、中性或鹼性的。酸性或鹼性pH調節劑(例如(礦物)酸或鹼)可選自寬範圍之材料,例如氨、氫氧化銨、氫氧化鈉、鹽酸、硫酸及諸如此類。本發明之無電鎳合金電鍍浴之pH可在約2至12範圍內。在一個實施例中,本發明之無電鎳合金電鍍浴較佳具有中性或酸性pH值(在下文中稱為「酸性無電鎳合金電鍍浴」)。此尤其可用於選擇鉬離子及/或錸離子作為其他可還原金屬離子時;尤其選擇鉬作為唯一的其他可還原金屬離子時。更佳地,本發明之酸性無電鎳合金電鍍浴之pH值在3.5至7、甚至更佳3.5至6.5、甚至更佳4.0至6.0、最佳4.4至5.6範圍內,其容許該浴之高穩定性及自該浴生成之鎳合金沉積物之順磁性(包括將其維持在升高溫度下)的最佳結果。若選擇鎢離子作為唯一的其他可還原金屬離子,則使用8至10之pH範圍係有利的。
在本發明之無電鎳合金電鍍浴中可包括其他添加劑,例如pH緩衝劑、潤濕劑、加速劑、增亮劑、業內已知之其他穩定劑、電鍍速率改進劑(例如歐洲專利申請案EP 3 034 650 A1中所揭示之彼等)。
在本發明之一個實施例中,本發明之無電鎳合金電鍍浴視情況含有其他金屬穩定劑,例如鉛離子、銅離子、硒離子、錫離子、鉍離子及銻離子。該等金屬離子之濃度可有所變化且例如在0.1至100 mg/l、較佳0.1至50 mg/l、更佳0.1至10 mg/l範圍內。較佳地,出於生態原因及出於前文所概述之原因為避免該等金屬之不期望共沉積物,在無電鎳合金電鍍浴中不含該等金屬穩定劑。
另外較佳地,本發明無電鎳合金電鍍浴不含通常用作無電鎳電鍍浴之穩定劑之硫脲,此乃因其毒性及生態問題。
有利地,本發明之無電鎳合金電鍍浴無需使用可選穩定劑且亦在無該穩定劑下對鍍出穩定。
本發明之方法
在本發明之方法之步驟A)中,提供包含至少一個表面之基板。
可使用本發明之無電鎳合金電鍍浴及本發明之方法對不同種類之基板進行鎳合金電鍍。較佳地,在本發明之方法中使用金屬基板。欲進行鎳合金電鍍之金屬基板較佳選自由銅、鋅、銀、鈀、鐵、銥、錫、鋁、鎳、其合金及上文所提及各者之混合物組成之群;更佳使用鋁或鋁合金(例如鋁鎂基板),此乃因其通常用作製造剛性記憶體磁碟之基礎材料。金屬基板可完全由金屬製得或其包含至少一個由金屬製得之表面。該由金屬製得之表面亦可為一或多個鈀活化層,其通常用於使不導電表面(例如玻璃、塑膠或陶瓷)為鎳合金電鍍所接受。
視情況在步驟B)之前預處理基板。該等預處理為業內已知。典型預處理包括蝕刻、清潔、浸鋅及活化步驟。有用預處理可藉由自基板表面去除不期望污物或氧化物來改良電鍍結果。表面之活化通常理解為將薄且可能不連續之層(例如鈀)沉積於原本不導電之表面上以使該表面適於鎳合金電鍍。預處理可端視所提供之基板廣泛地變化。一些指導可例示性地參見WO 2015/161959 A1 (第13頁第11行至第15頁第30行)。
在本發明之方法之步驟B)中,使基板之至少一個表面與本發明之無電鎳合金電鍍浴接觸。
欲進行鎳合金電鍍之基板可藉由使基板與本發明之無電鎳合金電鍍浴接觸電鍍至期望厚度及沉積物量。
本發明無電鎳合金電鍍浴在沉積期間可維持在20℃至100℃、較佳70℃至95℃、更佳85℃至95℃、甚至更佳88℃至93℃之溫度範圍內。
可使基板與本發明無電鎳合金電鍍浴接觸足以電鍍期望厚度之鎳合金沉積物之任一時間段。鎳合金沉積物之厚度尤其端視該沉積物或含有該沉積物之產品之期望用途而定。作為非限制性實例,在30至180 min、較佳40至90 min且更佳60至75 min範圍內之接觸持續時間通常視為足以用於製造剛性記憶體磁碟。
可生成高達100 μm或更高之鎳合金沉積物之厚度。較佳地,鎳合金沉積物之厚度在1至60 μm範圍內變化。厚度端視技術應用而定且對於一些應用可較高或較低。舉例而言,若鎳合金沉積物欲提供耐腐蝕塗層,則在30至60 μm範圍內之厚度通常係合意的,而對於電子應用,施加在1至15 μm範圍內之厚度。在剛性記憶體磁碟之技術領域中,鎳合金沉積物之厚度較佳在5至20 µm、更佳7至16 µm範圍內。在半導體之技術領域中,鎳或鎳-磷沉積物之厚度較佳在1至5 µm範圍內。鎳合金沉積物之厚度可使用業內已知之x射線螢光(XRF)來量測。
使基板與本發明無電鎳合金電鍍浴接觸之多種方法為業內已知。舉例而言,可將基板完全或部分浸沒至本發明無電鎳合金電鍍浴中,可將本發明無電鎳合金電鍍浴噴霧於或擦塗於該基板上。
視情況,在電鍍之前及/或期間攪動本發明無電鎳合金電鍍浴。攪動可藉由例如本發明無電鎳合金電鍍浴之機械運動(如振盪、攪拌或連續泵送液體)或固有地藉由超音波處理、升高溫度或氣體進料(例如利用惰性氣體或空氣吹掃水性電鍍浴)來實現。
工業要求電鍍速率較佳為至少2.5 µm/h以容許運行足夠經濟的製程。更佳地,電鍍速率在2.5至7.0 µm/h、甚至更佳3.0至6.5 µm/h範圍內。該等電鍍速率容許足夠經濟的製程,同時改良在升高溫度下欲維持之期望順磁性。
本發明之方法視情況包含沖洗步驟(較佳用水)及/或乾燥步驟。上文用於本發明無電鎳合金電鍍浴及本發明方法之參數僅供給予實施本發明之一般指導。本發明無電鎳合金電鍍浴可用於將鎳合金沉積於基板之表面上。
本發明之鎳合金沉積物及其用途
本發明進一步係關於可藉由自本發明之無電鎳合金電鍍浴沉積獲得之鎳合金沉積物。令人驚訝的是,儘管該等沉積物之元素組成(即鎳、其他可還原金屬離子及視情況磷及/或硼之含量)及業內已知之沉積物之其他分析方法似乎相同,但自本發明之無電鎳合金電鍍浴生成之鎳合金沉積物顯示優異的磁性,此使其尤其適用於尤其使用熱輔助磁記錄之(高檔)剛性記憶體磁碟中。
鎳合金沉積物中其他可還原金屬之含量較佳在0.5至5.0 wt.-%、更佳0.8至4.0 wt.-%且甚至更佳1.0至3.0 wt.-%且甚至更佳1.2至2.5 wt.-%範圍內。
較佳地,鎳合金沉積物中磷及/或硼(更佳僅磷)之含量超過10 wt.-%,更佳地其在10.0至16.0 wt.-%、甚至更佳11.0至15.0 wt.-%且甚至更佳12.0至14.5 wt.-%範圍內。
忽略通常存在於技術原材料及共沉積之其他材料中之痕量雜質,例如源自例如有機雜質及穩定劑之彼等,鎳合金沉積物之不為其他可還原金屬或磷及/或硼之剩餘部分通常主要係鎳(通常≥ 98 wt.-%、較佳≥ 99 wt.-%、更佳≥ 99.9 wt.-%之該剩餘部分)。最佳地,本發明之鎳合金沉積物係由鎳、鉬及磷組成(忽略通常存在於技術原材料及無意共沉積之其他材料中之痕量雜質,例如源自例如有機雜質及可選穩定劑之彼等)。
本發明鎳合金沉積物中元素之上述較佳範圍有利地產生對極高溫度(例如400℃)、甚至延長時間段(例如60 min或更長、較佳至少120 min或更長、更佳至少240 min或更長)尤其高度穩定之順磁性。
通常,本發明鎳合金層在400℃下熱處理60 min或更長後具有與自技術現況已知之彼等相比顯著較低之磁性飽和。
本發明進一步係關於可藉由自本發明之無電鎳合金電鍍浴沉積獲得之鎳合金沉積物之用途。該等鎳合金沉積物可用於數據儲存裝置中,較佳用於剛性記憶體磁碟中。較佳地,該等鎳合金沉積物用作該等數據儲存裝置、較佳剛性記憶體磁碟中之不可磁化層。
本發明進一步係關於數據儲存裝置、通常磁性數據儲存裝置、較佳剛性記憶體磁碟、較佳使用熱輔助磁記錄(HAMR),該等裝置包含至少一種本發明之鎳合金沉積物,其中本發明鎳沉積物較佳用作後續沉積之可記錄鐵磁性儲存層之基底層。
在本發明之另一較佳實施例中,基板用於製造剛性記憶體磁碟。
針對本發明之一個態樣闡述之細節及較佳實施例經必要的變更適用於其他態樣。為避免不必要的重複,不再對其進行反覆闡述。
現將藉由參照以下非限制性實例來對本發明加以說明。
實例 除非在下文中另有說明,否則如在提交本說明書之日可獲得之技術數據表中所述使用商業產品。Alklean AC 2 (酸性蝕刻劑)及AlumSealTM
650 (包含鋅離子以提供包含鋁之表面之浸鋅之鹼性溶液)係Atotech Deutschland GmbH之產品。
在下文所述之所有電鍍實驗中使用0.2 dm2
面積之鋁/氧化鎂合金板。在鎳合金電鍍之前如下文所述對板進行預處理。1) Alklean AC 2 5 min RT 蝕刻步驟 2) AlumSealTM
650 30 s RT 鹼性浸鋅步驟 3)硝酸(50 wt.-%於DI水中) 30 s RT 蝕刻步驟 4) AlumSealTM
650 15 s RT 鹼性浸鋅步驟
金屬或金屬合金沉積物之厚度及電鍍速率之測定
在每一基板之5個點處藉由XRF使用XRF儀器Fischerscope XDV-SDD (Helmut Fischer GmbH, Germany)來量測磷含量及沉積物厚度。藉由假設沉積物之層狀結構,可自該XRF數據計算出層厚度。電鍍速率係藉由所獲得層厚度除以獲得該層厚度所需之時間來計算。
某些溫度下之順磁性損失之測定
此測試係評估在升高溫度下鎳合金之(順)磁性之損失或維持。使鎳合金電鍍之基板經受爐中之給定溫度達10 min至60 min,且在每次10 min間隔後,使用條形磁鐵(NdFeB)對其進行測試以檢查其是否變得有磁性。若無磁性,則繼續加熱直至達到60 min。
振動樣品磁強計 (VSM) 量測
藉由使3 mm直徑之樣品在均勻磁場中磁化之VSM量測來檢測磁化。藉由機械振動樣品,量測線圈中之感應電流或變化通量。實驗中所用之振動樣品磁強計包含由EG&G Princeton Applied Research供應之鎖定放大器作為基本組件。
鎳合金之黏著力
當3 mm直徑之樣品衝壓出鎳合金電鍍之基板時視覺評估鎳合金之黏著力。在黏著力不足之情形下,鎳合金層在衝壓期間將會剝離。具有足夠黏著力之基板在以下實例中標記為「+」,而顯示不足黏著力之基板標記為「-」。
pH 值量測
pH值係使用pH計(WTW, Typ pH 3110,電極:SenTix®41,具有溫度感測器之凝膠電極,參考電解質:3 mol/l KCl)在25℃下量測。繼續量測直至pH值變得恆定,但在任一情形下至少保持2 min。在使用前,使用由Fluka及Certipur供應之用於pH值2、4及7之緩衝溶液標準品校準pH計。
鎳合金之組成
使用X射線光電子能譜(VersaProbe XPS, Physical Electronics GmbH)來量測鎳合金之組成。
比較實例
設定1 L含有以下組分之每一鎳合金電鍍浴: - 鎳離子 3 g/L (51.1 mmol/L,以硫酸鎳提供), - 次磷酸鈉 30 g/L (0.341 mol/L), - 鉬離子 40 mg/L (4.2*10-4
mol/L,以鉬酸鈉提供), - 錯合劑 濃度(以mmol/L表示)如表1中給出, - 用氨溶液(25 wt.-%於水中)將pH調節至表1中所給出之值 將鎳合金電鍍浴之溫度設定為88℃且將基板浸沒至浴中達240 min。然後測試由此電鍍之基板在310℃、320℃及330℃下順磁性之維持,如上文所述。 表1:比較實例1-9.
+:良好黏著力,-:較差黏著力;n.d.:未測定;*未觀察到電鍍
比較實例1至7使用兩種二羧酸或一種二羧酸及一種羥基官能化單羧酸或三羧酸,如JP H05-263259中所表明。比較實例8及9採用兩種二羧酸及另一種羥基官能化單羧酸作為錯合劑。顯然,上述比較實例之該等鎳合金電鍍浴提供在經受升高之溫度(例如表1中所給出之彼等)時具有極小初始磁性保持或不容許進行任何電鍍(比較實例8及9)之鎳合金。所獲得鎳合金之此順磁性損失使其不適用於基於HAMR技術之剛性記憶體磁碟,在升高溫度下長時間維持順磁性係其先決條件。未在更高溫度下測試上述鎳合金沉積物,此乃因其在330℃下之測試時間段內皆失去其順磁性。
發明實例
設定1 L含有以下組分之每一無電鎳合金電鍍浴: - 鎳離子,濃度(以mmol/L表示)如表2中所給出(以硫酸鎳提供), - 30 g/L (0.341 mol/L)次磷酸鈉, - 40 mg/L (4.2*10-4
mol/L)鉬離子(以鉬酸鈉提供), - 丙二酸作為錯合劑CA1,濃度(以mmol/L表示)如表2中所給出, - 蘋果酸作為錯合劑CA2,濃度(以mmol/L表示)如表2中所給出,及 - 檸檬酸作為錯合劑CA3,濃度(以mmol/L表示)如表2中所給出, - 用氨溶液(25 wt.-%於水中)將pH調節至表2中所給出之值 將鎳合金電鍍浴之溫度設定為表2中所給出之溫度且將基板浸沒至浴中以將鎳合金電鍍於其上。電鍍實施足以電鍍至少7 µm之時間,通常達至少120 min。 表2:發明實例1-7
+:良好黏著力
自本發明實例1至7獲得之鎳合金沉積物皆顯示優良的順磁性,該等順磁性在經受升高溫度達60 min時未喪失。此使其尤其適用於製造基於HAMR之剛性記憶體磁碟。此發現不考慮本發明無電鎳合金電鍍浴中所有錯合劑CA1、CA2及CA3之物質量與鎳離子之物質量的總莫耳比。
此外,磷及鉬之量、pH及電鍍溫度在順磁性無任何損失下可發生變化。本發明無電鎳合金電鍍浴亦顯示足夠電鍍速率及穩定性(例如針對鍍出)。
VSM 量測
設定1 L含有以下組分之鎳合金電鍍浴: - 51.1 mmol/L鎳離子(以硫酸鎳提供), - 0.341 mol/L次磷酸鈉, - 417 µmol/L鉬離子(以鉬酸鈉提供), - 192 mmol/L丙二酸作為錯合劑CA1, - 149.3 mmol/L蘋果酸作為錯合劑CA2,及 - 39.1 mmol/L檸檬酸作為錯合劑CA3, - 用氨溶液(25 wt.-%於水中)將pH值調節至5.3 將基板浸沒至該91℃浴中達180 min且獲得10.3 µm之沉積物厚度。沉積物包含2.5 wt.-%鉬及13.4 wt.-%磷且剩餘部分為鎳。
作為比較實例,用如US 8,557,100 B2表1中所述之鎳合金電鍍浴電鍍基板,該電鍍浴不含三種獨立地選自由未經官能化及經官能化之具有至少兩個羧酸部分之化合物、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群之錯合劑。將兩種鎳合金(發明及比較)之樣品分別加熱60 min至310℃及400℃,且然後使其經受VSM量測,如上文所述。作為另一測試,相應地量測電鍍原樣之樣品。結果繪示於圖1中。
自兩種浴獲得之鎳合金在電鍍(無任何熱處理)後顯示順磁性(非磁性)。在310℃下處理60 min後,兩種鎳合金沉積物保留其磁性。當在400℃之更高溫度下處理鎳合金沉積物時觀察到顯著差異。然後,比較浴之鎳合金沉積物變得超順磁性且因此失去其磁性。此使其不適用於HAMR剛性記憶體磁碟。與此相反,本發明無電鎳合金電鍍浴之鎳合金沉積物甚至在經受400℃達60 min後仍顯示順磁性行為。本發明鎳合金之順磁性對升高溫度之此高穩定性使其尤其適用於使用先進HAMR技術之剛性記憶體磁碟。
熟習此項技術者將在考慮本說明書或實踐本文所揭示之本發明後明瞭本發明之其他實施例。本說明書及各實例意欲僅視為例示性,且本發明之真實範圍僅由隨附申請專利範圍來界定。
圖1顯示自發明性無電鎳合金電鍍浴獲得之鎳合金及比較鎳電鍍浴之鎳合金在電鍍後且在不同溫度下處理後(310℃保持60 min及400℃保持60 min)的VSM量測值。僅使用本發明無電鎳合金電鍍浴生成之鎳合金沉積物分別在310℃下處理60 min及在400℃下處理60 min後以及在熱處理期間保持其順磁性,而比較鎳合金沉積物失去其順磁性。
Claims (19)
- 一種無電鎳合金電鍍浴,其包含 a) 鎳離子; b) 其他可還原金屬離子,其選自由鉬離子、錸離子、鎢離子及其混合物組成之群; c) 至少一種還原劑,其適於將該等鎳離子及該等其他可還原金屬離子還原至其各別金屬態, 較佳選自由次磷酸、次磷酸鹽及上文所提及各者之混合物組成之群;且 其特徵在於其進一步包含 d) 至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3 其中CA1、CA2及CA3中之每一者獨立地選自由具有至少兩個羧酸部分之化合物、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。
- 如請求項1之無電鎳合金電鍍浴,其中該至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3獨立地選自由未經官能化及經官能化之脂肪族二羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族三羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族四羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族五羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族六羧酸、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群;較佳地,該至少三種錯合劑CA1、CA2及CA3獨立地選自由未經官能化及經官能化之脂肪族二羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族三羧酸、未經官能化及經官能化之脂肪族四羧酸、其各別鹽以及上文所提及各者之混合物組成之群。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該錯合劑CA1係未經官能化之脂肪族C2-C12-二羧酸或其鹽、較佳未經官能化之脂肪族C3-C6-二羧酸或其鹽。
- 如請求項3之無電鎳合金電鍍浴,其中該錯合劑CA1選自由丙二酸、琥珀酸、戊二酸、己二酸、馬來酸、富馬酸、戊烯二酸、伊康酸(itaconic acid)、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該錯合劑CA2係經官能化或未經官能化之脂肪族C3-C12-二羧酸或其鹽、較佳羥基官能化脂肪族C4-C6-二羧酸或其鹽。
- 如請求項5之無電鎳合金電鍍浴,其中該錯合劑CA2選自由蘋果酸、酒石酸、1-羥基戊二酸、2-羥基戊二酸、1-羥基己二酸、2-羥基己二酸、3-羥基己二酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該錯合劑CA3係經官能化或未經官能化之脂肪族C5-C12-三羧酸或其鹽、較佳經官能化或未經官能化之脂肪族C6-C8-三羧酸或其鹽。
- 如請求項7之無電鎳合金電鍍浴,其中該錯合劑CA3選自由檸檬酸、異檸檬酸、烏頭酸、丙烷-1,2,3-三甲酸、其鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該鎳電鍍浴不含未經官能化及經官能化之單羧酸。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中pH值在4.4至5.6範圍內。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該等其他可還原金屬離子係鉬離子。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該等其他可還原金屬離子之濃度在1*10-4 至5*10-3 mol/L範圍內。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該至少一種還原劑選自由次磷酸、次磷酸鹽及上文所提及各者之混合物組成之群。
- 如前述請求項中任一項之無電鎳合金電鍍浴,其中該無電鎳合金電鍍浴不含鈷離子。
- 一種如請求項1至14中任一項之無電鎳合金電鍍浴之用途,其用於將鎳合金沉積至至少一個基板之至少一個表面上。
- 一種將鎳合金沉積於基板之至少一個表面上之方法,其依此順序包含以下方法步驟 A) 提供包含該至少一個表面之該基板; B) 使該基板之該至少一個表面與如請求項1至14中任一項之無電鎳合金電鍍浴接觸,及 藉此將鎳合金沉積於該基板之該至少一個表面上。
- 一種鎳合金沉積物,其可藉由自如請求項1至14中任一項之無電鎳合金電鍍浴沉積來獲得。
- 一種如請求項17之鎳合金沉積物之用途,其用於數據儲存裝置、較佳用作不可磁化層、更佳用於剛性記憶體磁碟中。
- 一種數據儲存裝置、較佳剛性記憶體磁碟,其包含至少一種如請求項17之鎳合金沉積物。
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