在磁盘存储,头磁盘间距必须最小化最大化密度。最近,已达到4 - 5纳米的间距,这是头极尖的底部之间的间距和刚性磁盘表面。进一步降低这种间距,润滑膜涂布在磁盘是变薄和加强与分子的极性增加使用润滑剂。一些常用的润滑剂功能化全氟(PFPE)与一个线性骨干和羟基端组(-哦)称为PFPE极地润滑剂(Solvay-Solexis)。-哦组的数量一直在增加,以确保润滑膜具有相对强劲的保留作用[ 1, 2]。

最近,动态飞行高度(干扰)已经被雇佣期间读/写操作。被加热后,底部的头极尖突出,形成hemisphere-shaped突出几毫米的曲率半径( 3]。因此,评价的摩擦学的特点突出的头和磁盘的润滑与分子极性润滑薄膜的重要问题。清水等人研究了滑块的滑动力着陆期间通过使用激光多普勒振动计(LDV)声发射(AE)测量,测量摩擦力。他们得出的结论是,摩擦力在磁盘接口(HDI)继续增加在着陆序列,即使滑块振动和AE信号减少当加热功率增加。摩擦力在人类发展指数需要减少进一步减少人类发展指数间隙( 4]。Sonoda等人研究了两种类型的PFPE润滑油的摩擦学性能的基础上,通过执行驱动组件级别和水平测试。磁盘有较低的摩擦特性和较低的表面能显示更好的人类发展指数的表现( 5]。

到目前为止,许多实验研究解决单层润滑油的摩擦学的行为,采用表面力仪(SFA),摩擦力显微镜(FFM)和纤维摆动方法(光)。因为每个方法使用一个阐述了探测器,探测器的直接应用到实际头磁盘接口是很困难的。国家林业局调查的曲率半径是10毫米左右( 6),这是与实际的头磁盘接口受到干扰。FFM,半径为20纳米左右,光,它大约是4 - 100 μm;在这两种情况下的值要小( 7, 8]。大差异是观察之间的摩擦力测量使用SFA和FFM PFPE Z和聚二甲基硅氧烷(PDMS)单层电影;这些差异是由于探测器是否穿透了电影( 9]。最近,摩擦系数获得使用FFM已确认时几乎相同FFM实验很轻负载下进行( 10]。这些方法都是基于理想条件没有粗糙度(SFA)或一个非常尖端(FFM),这是相当不同的从一个实际的条件头磁盘接口。摩擦力基本上包含两个组件:一个是load-controlled,另一个是adhesion-controlled [ 11]。前组件代表与外部正常负载摩擦线性变化,称为Amonton定律,而后者代表了非线性friction-versus-load特点,通常是在2/3的比例加载力的力量。multiasperity接触,摩擦load-controlled成为占主导地位,而在single-asperity接触的情况下,adhesion-controlled摩擦成为主导。从multiasperity转向single-asperity接触是引起围两个表面之间的污染物电影干预( 12]。

这些结果表明,甚至纳米级粗糙度深刻影响单层润滑剂的摩擦磨损行为的电影,因此,supersmooth调查或调查不同经受是必需的。在这项研究中,评价一个润滑薄膜的摩擦学的行为类似的几何条件下的实际头磁盘接口,我们编造supersmooth探针用于pin-on-disk滑动测试通过应用气体集群离子束(GCIB)辐照 13, 14)商用凸玻璃镜片。我们成功地获得探针中心线平均表面粗糙度( R 一个 ),范围从1.08到4.30纳米。使用这些探测器,我们测量了摩擦力量施加磁磁盘上涂有一层PFPE润滑膜有不同数量的-哦组。结果表明,新开发的探针是有用的评估单层润滑剂实际规模的电影。

考虑到效果的曲率半径伸出脑袋,我们选择一个BK7平凸的透镜(σ引人入胜;SLB-05-10P)曲率半径的5.19毫米和5毫米直径。修改透镜的表面粗糙度,我们应用GCIB表面处理。因为气体离子集群是由成千上万的气态原子,分发到每个原子的能量仍然在超低水平,即使GCIB能量高。这允许表面蚀刻等修改,平滑,没有强烈破坏表面沉积执行。使用GCIB处理获得的平滑效果依赖于类型的参数,比如原子,电子轰击能量,离子加速能量,给集群的数量( 13]。我们的目标是优化这些参数,以平和的表面玻璃透镜。根据以往的研究,电子轰击离子加速能量固定在150 eV和7 keV,分别。基于“增大化现实”技术的集群是主要用于处理和N₂集群进行额外的处理。以后,基于“增大化现实”技术集群辐照叫做一步辐照,和N₂集群辐照,基于“增大化现实”技术的集群辐照后,被称为两步辐照。我们还应用GCIB-assisted中国(DLC)沉积(野村电镀;强硬的碳)[ 14)连续Ar-GCIB-modified表面处理由升华C Ar辐照₆₀富勒烯到沉积室。强硬的碳的厚度是固定在300海里。最后,N₂集群应用于顶面。所有的条件GCIB处理表中列出 1。两个玻璃针准备条件。

GCIB操作后,表面经受顶部表面测量的原子力显微镜(AFM)使用Nanoinstrument iii a。典型的表面概要文件的原始表面和表面GCIB捏造出来的辐照玻璃探头表面没有DLC膜图所示 1。表 1显示了GCIB条件和3套后获得的平均粗糙度测量。图 1(一)显示了销原玻璃表面在表1 1,图 1 (b)表明销2和图 1 (c)表明销3。供参考,AFM图像也如图 3(一)和 3(c)的原始表面,最表面,对应的数据 1(一)和 1 (c)。虽然数据 1(一)和 1 (c)显示subnanometers噪音模式,这些模式是外部产生的振动和噪声测量粗糙度噪音值没有显著影响。玻璃探头表面的粗糙度降低了两步GCIB辐照,虽然探头表面的粗糙面高度显著增加了一步GCIB辐照。探测器上的DLC表面的粗糙度概要辐照GCIB如图 2。图 2(一个)显示销4,图 2 (b)显示了销5和图 2 (c)显示销6。供参考,AFM图像也如图 3(d) 3(f),对应的数据 2(一个)来 2 (c)。GCIB辐照DLC薄膜表面后,有更多的粗糙表面上比原来的表面。因此,一步Ar GCIB照射增加了粗糙面高度玻璃和DLC表面和两步Ar-N₂GCIB辐照降低了表面粗糙度。

使用这些数据,我们可以比较粗糙度的变化由GCIB处理的 R 一个 单位,它被定义为中心线平均粗糙度粗糙度曲线, R 问 ,它被定义为均方根粗糙度,和 R p _ 大街 这是定义为最大峰高平均值最高的三个点测量面积25×25 μ米²。我们选择了 R p _ 大街 值作为代表值确定分离两个固体表面之间的距离彼此接触。对图 2(一个),原来的玻璃表面,高峰稀疏分布,图中可以看到 2(一个)白颜色的斑点。 R 一个 1.40 nm,的值表示为使用光学表面的制作工艺精湛,然后呢 R p _ 大街 10.26 nm,七倍 R 一个 。对图 2 (b),一步GCIB没有DLC,粗糙度增加的程度超过了原来的表面,这表明,Ar集群是相当强大的。在图中 2 (c),两步GCIB没有DLC,稀疏分布的峰值减少 R p _ 大街 4.99纳米,这表明,N₂GCIB在平滑,有效 R 一个 提高到1.08纳米。因此,我们获得的各种各样的表面经受从1.08到4.30纳米 R 一个 单位和从4.99到34.83纳米 R p _ 大街 单位。

Pin-on-disk-type摩擦测试使用GCIB-treated执行平凸的透镜,粘在一个商用飞行头滑块,滑块悬挂弹簧加载的(弹簧常数为19.0 N / m)到一个磁盘在固定负载9.8 mN。摩擦测试进行五次同样的销在同一滑动轨道,这是稍微转移为每个销从内到外每隔1毫米,稍微不同的磁盘旋转,以获得一个恒定的速度2毫米/秒。这个旋转速度比实际的人类发展指数速度要慢得多。然而,摩擦力量衡量pin-on-disk试验机使用低转动速度是用于比较的基本磁磁盘上润滑油的摩擦学性能的电影因为很明显摩擦力量发挥了重要作用在滑块之间的交互和磁盘表面,所述参考( 15, 16]。销是清洗溶剂(杜邦;Vertrel XF)磁盘时改变,也就是说,每一个第一次旋转之前不同的润滑剂的电影。

实验nitrogenated磁盘被涂上一层,4纳米厚的DLC膜的 R 一个 0.2 nm的价值。实验润滑剂是PFPE Z-dol(分子量为2000)和一个羟基(-哦)两端,Z-Tetraol(2400)在每一端有两个-哦,和Z-Tetraol-multidentate (Z-TMD;3000)和一个额外的4 -哦主Z-Tetraol链( 1, 2),如图 4。

薄膜厚度,测量一个椭圆计(玛丽由五个实验室。有限公司),是1.1,1.2,和0.8 nm,和粘结厚度测量一天后摩擦测量为20%,66%,和80%,Z-dol Z-Tetraol和Z-TMD分别。这里,结合比率被定义为涂润滑剂厚度的比值后残膜厚度与溶剂冲洗lubricant-coated表面(Vertrel XF)。的单层厚度Z-dol2000大约是1.4 nm,和Z-Tetraol大约是1.7海里( 17]。Z-TMD的单层厚度估计Z-dol2000[的顺序 18]。注意涂电影在这个研究薄如单层或稀释剂。所有实验都是在一个干净的展台的温度范围从25°29°和湿度从55%降至65%。

实验结果绘制在图 5,图 5(一个)显示了Z-dol结果,图 5 (b)Z-Tetraol和图 5 (c)Z-TMD。横坐标表示平均峰高 R p _ 大街 ,纵坐标表示摩擦力 F 。数字,符号表示BK7最初的玻璃表面,BK7玻璃表面Ar-GCIB处理后,BK7玻璃表面后Ar / N₂-GCIB处理,DLC Ar-GCIB处理后表面。五个实验的偏差范围在同等条件下,短棒夹层的符号。这些酒吧对应的最大和最小值测量摩擦力量。

数据点相当分散,因为当地的表面特征的变化,膜厚度,磁盘表面的粗糙度,sliding-induced振动。Z-dol电影的情况下,摩擦力仍然几乎不变,不同的粗糙度。这是归因于这样一个事实:结合率低至20%,并且,因此,游离的分子的流动性大,活动分子探针和磁盘表面之间的低粘度降低了摩擦力以同样的方式作为液体动力润滑,如图 6。

在影片Z-Tetraol的情况下,摩擦力几乎是不变的 R p _ 大街 超过15海里。然而,当粗糙度小于10纳米(此时 R 一个 价值相当于单层膜厚度,如表所示 1),数据点的散射增加,但平均而言,摩擦力倾向于增加与减少粗糙度。然而,结合比率高达66%,和润滑剂分子可以被删除的相对粗糙的探测器,因为高接触压力;在相对平稳的情况下调查,接触压力下降,由于接触面积增加,许多保税分子变形后仍在接触面积,如图 7约束条件。在分子表现出具有固体的特性,因此,single-asperity条件成为占主导地位的( 12]。这被认为是一个主要原因与减少摩擦粗糙度增加。

Z-TMD电影,摩擦的增加与减少粗糙度会更加明显。这是归因于结合率高达80%,大大高于在Z-Tetraol,,因此,大多数的分子仍在接触面积。这加强了从多个——转向single-asperity接触。注意,不同的润滑剂的摩擦部队几乎等于一个相对较大的粗糙度范围,这是一个基本特征multiple-asperity Amonton定律之后的接触。在这些结果的基础上,我们得出结论,相对平稳的摩擦力测量探针可能取决于的动态粘度润滑材料,因为Z-TMD的动态粘度,Z-Tetraol,和Z-dol2000 23岁,3.5,和0.153,分别, 19, 20.]。还需要进一步的研究来阐明这些润滑剂的摩擦特性的差异。

对DLC膜的影响,减少摩擦部队估计的影响很小,因为粗糙的趋势依赖DLC-coated销同意的玻璃针没有DLC的Z-Tetraol Z-TMD。摩擦力的测量没有显示变化在小峰山庄Z-dol-lubricated磁盘相比其他润滑剂评价。

Previos实验测试的基础上,我们证实GCIB-fabricated探测的有效性和评估各种经受单层润滑剂的电影。然而,有可能改变探头表面的化学性质的使用GCIB制造方法,例如,探针表面润滑剂亲和力的变化由氩气和氮气注入GCIB辐照( 21)或GCIB DLC膜的治疗( 22]。同样,使用GCIB DLC膜治疗可能会改变探头表面的机械性能,例如,杨氏模量和硬度。对这些属性的变化所带来的的影响GCIB制造需要进一步研究,以准确地理解它们。

我们编造supersmooth探针pin-on-disk滑动测试通过应用气体集群离子束(GCIB)辐照凸玻璃镜片。GCIB不同处理条件下,我们获得了广泛的表面经受的探针,与值范围从1.08到4.30纳米 R 一个 单位。使用这些探测器,我们比较PFPE单层润滑剂电影与不同数量的羟基端组(Z-dol、Z-Tetraol和Z-TMD)。对于Z-dol,摩擦力实验粗糙度范围仍然几乎不变。对于Z-Tetraol Z-TMD,摩擦力与降低粗糙度增加。