本发明涉及一种高平滑性硬盘用铝合金基板及其制备方法，属于铝合金材料技术领域。
背景技术：
作为计算机机械式硬盘信息存储的核心部件之一，机械式硬盘基板以坚固耐用的金属材料为基板。铝合金基板集其轻质、刚性好、平面度好、硬度适中、易于加工等优点为一体而成为主流基板。机械式硬盘需在光滑的基板上溅射一层薄磁性层作为记忆存储层，而后再溅射一层含碳材料保护性衬层，在衬层上面覆盖一薄层润滑层，用以改善磁头与基板间的界面性能，大约共计有80nm的磁性涂层材料附着于基板上，实现数据存储。
目前，机械式硬盘基板主要为铝镁合金，主要含有mg、si、fe、cu、zn等元素成分，fe、si元素含量高易形成粗大的金属间化合物，形成的mg-si相尺寸＞3μm相和al-fe相金属化合物尺寸＞5μm时，容易在电镀前处理时脱落，形成大小不一的孔洞缺陷，这些缺陷在电解镀覆处理时，会导致镀膜的厚度不均匀，影响成膜质量。
为保证机械式硬盘磁头在高速运动中与磁性膜层间实现稳定的数据读写，保证磁头的漂浮高度，要求电镀处理后基板表面平滑，不可存在凸起或凹坑，影响硬盘读取速度及寿命，故对硬盘用铝合金基板的化合物控制提出了更高的要求。
技术实现要素：
本发明提供一种硬盘用铝合金基板，其表面化合物少，化合物尺寸小的高平坦度铝镁系硬盘用铝合金基板及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案。
一种表面化合物少，化合物尺寸小的铝镁系硬盘用铝合金基板，包括如下质量百分比的化学成分：si：0.001～0.035%；fe：0.001～0.035%；cu：0.005~0.200%；mn≤0.005%；mg：3.500~8.500%；cr：0.010~0.500%；ni：≤0.030%；zn：0.050~0.650%；ti≤0.010%；余量为al及不可避免的杂质。
各原料采用各元素材料的高纯基体，其中，铝高纯基体采用纯度达99.996%及99.996%以上的高纯铝锭，mg、cu、zn元素采用99.996%及99.996%以上的高纯基体。
所述高平坦度铝镁系硬盘用铝合金基板的制备方法，包括以下步骤：各原料经过熔炼→铸造→铣面→均热→热轧→冷轧→冲压成型→清洗烘干→加压退火→形成铝基基板，即上述的机械式硬盘用铝合金基板。
所述熔炼工序，具体为：按上述成分要求配料后，在700~750℃熔炼炉中熔炼并保温3~5h后，对熔体搅拌扒渣，保证熔体合金成分均匀。扒渣后以纯净n2为介质将精炼剂吹入熔体中并保温5~20min，保证熔体精炼均匀，熔体精炼后转入保温炉静置保温。
所述铸造工序，具体为：从保温炉流出的合金液经在线除气及除渣设备，将惰性气体氩气通过旋转的石墨转子均匀的散布于熔体中进行在线除气除渣，而后铝熔体经双级深床过滤，进一步降低铝熔体中的杂质。通过可调式结晶器将合金熔体铸造成所需厚度、宽度和长度的铸锭。
所述铣面工序，具体为：在铸锭铣面机上将铸锭表面的偏析层铣除。
所述均热工序，具体为：用推进式加热炉将铣面后的铸锭进行加热处理，加热温度400~550℃，保温时间4~15h。
所述热轧工序，具体为：将均热后的铸锭在热轧机上轧制至3.0~6.0mm厚的坯料，热轧终轧温度250~350℃。
所述冷轧工序，具体为：将热轧后的坯料冷轧至0.5～2.0mm厚度，而后进行板形矫直和分切。
所述冲压成型工序，具体为：使用精密冲床将冷轧坯料冲裁成内径23.5±0.076mm，外径70～100mm的环状基板。
所述清洗烘干工序，具体为：将冲裁后的环状基板进行清洗，清洗水温70~100℃，以洗除基板表面异物。并用80~100℃的热风进行烘干，防止基板表面腐蚀。
所述加压退火工序，具体为：将清洗后的环状基板通过施加200~1000kg的压力，300~450℃退火并持续保温1~5h，形成硬盘用铝合金基板，基板平坦度＜3μm，第二相尺寸＜3μm。
以下，就本发明的硬盘用铝合金基板的各化学成分的限定量，说明各数值限定的理由。
si：si含量为0.035%以上时，形成的粗大mg-si相，容易在镀覆前处理时脱落形成凹坑，降低镀覆处理时的表面平滑性，进而影响存储层镀膜的均匀性，影响硬盘读取速度及存储容量。si含量低于0.001%时，虽可明显降低mg-si化合物数量，保证镀覆处理处理时的平滑性，但原铝锭需使用5n以上的高纯铝锭配料，且熔体熔炼及精炼过程难度加大，成本增加明显。
fe：fe含量为0.035%以上时，形成的al-fe相容易在铝合金基板表面析出，在基板切削、磨削加工过程中容易脱落，形成大小不一的凹坑，影响镀覆成膜的均匀性，降低镀覆面的平滑性。fe含量低于0.001%时，虽可明显降低mg-si化合物数量，保证镀覆处理处理时的平滑性，但原铝锭需使用5n以上的高纯铝锭配料，且熔体熔炼及精炼过程难度加大，成本增加明显。
cu：cu在铝合金基板中均匀的固溶，cu含量低于0.200%时，在镀覆前处理过程中，zn离子向基板表面均匀析出，可抑制nip镀覆面的凸起缺陷。cu含量低于0.005%时，该抑制nip镀覆面凸起的效果不理想；cu含量高于0.200%时，基板的耐腐蚀性变差，在镀覆处理时容易形成凹坑缺陷。
mn：mn含量高于0.005%时，容易形成粗大相化合物，在镀覆前处理时粗大化合物相容易脱落，形成凹坑，影响镀覆面平滑性。
mg：在5xxx合金中，mg元素的含量强化作用明显，mg含量低于3.500%时，合金的强度较低，在硬盘因意外情况突然停止工作时，容易导致基板表面形成凹坑。mg含量高于8.500%时，在铸造过程中容易形成热裂。此外，mg元素容易在晶界偏析，在镀覆前处理时容易形成凹坑。
cr：cr含量高于0.500%时，容易形成粗大的al-cr相化合物，在镀覆前处理过程中容易脱落，形成凹坑。cr含量低于0.010%时，其抑制晶粒粗大化的效果不理想，晶粒粗大化会降低镀覆成膜的平滑性。
ni：ni含量高于0.030%时，在酸蚀刻处理时，会形成凹坑缺陷，影响镀膜表面平滑性。
zn：zn含量高于0.650%时，形成的al-mg-zn相容易在晶界析出，在镀覆前处理过程中容易脱落形成凹坑，影响镀膜的平滑性。当zn含量低于0.050%时，其抑制nip镀覆面凸起的效果不明显，影响镀膜的平滑性。
ti：ti含量高于0.010%时，形成的tib2化合物容易聚集，在铝合金基板镀覆前处理时容易脱落，形成凹坑缺陷，影响镀层平滑性；
均热化处理：在热轧前，对扁锭进行均匀化热处理，消除铸锭内部偏析，溶解内部组织非平衡相，改善热轧变形工艺性能，并获取良好的热轧带材组织及性能。温度400~550℃，保温时间4~15h，可有效消除微观偏析，铸锭初生相不容易熔断球化；温度过高容易过烧，保温时间过长则浪费能源不经济。
冷轧：冷轧采用小压下量多道次轧制方案，保证冷轧带材的厚差控制在±13μm以内，提高磨削加工效率。基板厚差超过±20μm时，在磨削加工时，为保证每片基板的表面磨削去除量，需延长磨削加工时间，降低磨削加工效率。
退火：退火温度低于300℃时，退火过程铝合金基板再结晶效果不理想，晶粒尺寸不均匀，影响nip膜的平滑性；退火温度高于450℃时，退火过程晶粒容易粗大化，影响nip膜的平滑性。
由于铝合金基板在冲压过程中变形量较大，基板表面平坦度达100μm以上，当退火压力低于200kg时，在退火时对铝合金基板的矫平效果不理想，难以保证基板的平坦度值低于5μm；当退火压力高于1000kg时，在退火过程中由于基板的热膨胀，在降温过程中基板边部容易塌边，难以保证基板的平坦度值低于5μm。
本发明的显著优点在于：
本发明通过铸锭化学成分控制、铸锭均热化处理、退火工艺的合理匹配，获得的铝合金基板具有高平坦度值的优点。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
硬盘用铝合金基板的化学成分按质量百分比计为：si：0.0122%；fe：0.0186%；cu：0.0343%；mn：0.0001%；mg：4.5247%；cr：0.0563%；ni：0.0001%；
zn：0.0947%；ti：0.00057%；余量为al及不可避免的杂质。
一种硬盘用铝合金基板的制备方法，包括以下步骤：
1.在720℃的温度下，对铝熔体精炼、除渣后转入保温炉静置处理。
2.铝熔体静置处理后在线添加铝钛硼丝细化晶粒，并经过除气装置和双级深床过滤后，铸造成铸锭。
3.所得铸锭锯除头尾部，铣除表面偏析层后，经过推进式加热炉520℃保温8小时处理。
4.铸锭经过热轧，轧制成3.0mm厚度的热轧坯料，终轧温度340℃。
5.在冷轧机上，经过多道次将热轧坯料轧制成1.775mm厚度的卷材，而后卷材经拉弯矫直机矫直，并经纵剪机列分切至宽度115mm的卷材。
6.将矫直分切后的卷材在精密冲压机上冲裁成内径23.5±0.076mm，外径97±0.101mm的环状基板。
7.将冲裁后的环状基板在专用辊道式清洗机上进行清洗并烘干，清洗水温85℃，烘干温度92℃。
8.将清洗烘干后的环状基板堆叠整齐，并施加800kg的压力，420℃退火并保温5h后冷却，形成硬盘用铝合金基板。
将退火后的硬盘用铝合金基板检测平坦度，平坦度均值2.1μm，平坦度最大值2.8μm；将退火后的铝合金基板切成15×15mm金相样品，并在金相磨抛机上磨削抛光，在蔡司金相显微镜200x视野下拍摄样品的组织照片，并统计第二相化合物的数量和尺寸，经统计计算，第二相化合物的最大尺寸为2.8μm，第二相化合物平均尺寸1.25μm。
实施例2
硬盘用铝合金基板的化学成分按质量百分比计算为：si：0.0163%；fe：0.0199%；cu：0.0318%；mn：0.00124%；mg：3.958%；cr：0.0501%；ni：0.0001%；zn：0.1532%；ti：0.00073%；余量为al及不可避免的杂质。
一种硬盘用铝合金基板的制备方法，包括以下步骤：
1.在717℃的温度下，对铝熔体精炼、除渣后转入保温炉静置处理。
2.铝熔体静置处理后在线添加铝钛硼丝细化晶粒，并经过除气装置和双级深床过滤后，铸造成铸锭。
3.所得铸锭锯除头尾部，铣除表面偏析层后，经过推进式加热炉520℃保温8小时处理。
4.铸锭经过热轧，轧制成4.0mm厚度的热轧坯料，终轧温度328℃。
5.在冷轧机上，经过多道次将热轧坯料轧制成0.825mm厚度的卷材，而后卷材经拉弯矫直机矫直，并经纵剪机列分切至宽度115mm的卷材。
6.将矫直分切后的卷材在精密冲压机上冲裁成内径23.5±0.076mm，外径97±0.101mm的环状基板。
7.将冲裁后的环状基板在专用辊道式清洗机上进行清洗并烘干，清洗水温78℃，烘干温度89℃。
8.将清洗烘干后的环状基板堆叠整齐，并施加700kg的压力，400℃退火并保温5h后冷却，形成硬盘用铝合金基板。
将退火后的硬盘用铝合金基板检测平坦度，平坦度均值2.28μm，平坦度最大值2.79μm；将退火后的铝合金基板切成15×15mm金相样品，并在金相磨抛机上磨削抛光，在蔡司金相显微镜200x视野下拍摄样品的组织照片，并统计第二相化合物的数量和尺寸，经统计计算，第二相化合物的最大尺寸为2.72μm，第二相化合物平均尺寸1.18μm。
实施例3
硬盘用铝合金基板的化学成分按质量百分比计算为：si：0.007%；fe：0.018%；cu：0.030%；mn：0.0007%；mg：5.85%；cr：0.044%；ni：0.0006%；
zn：0.179%；ti：0.0009%；余量为al及不可避免的杂质。
一种硬盘用铝合金基板的制备方法，包括以下步骤：
1.在714℃的温度下，对铝熔体精炼、除渣后转入保温炉静置处理。
2.铝熔体静置处理后在线添加铝钛硼丝细化晶粒，并经过除气装置和双级深床过滤后，铸造成铸锭。
3.所得铸锭锯除头尾部，铣除表面偏析层后，经过推进式加热炉520℃保温8小时处理。
4.铸锭经过热轧，轧制成5.1mm厚度的热轧坯料，终轧温度334℃。
5.在冷轧机上，经过多道次将热轧坯料轧制成0.660mm厚度的卷材，而后卷材经拉弯矫直机矫直，并经纵剪机列分切至宽度115mm的卷材。
6.将矫直分切后的卷材在精密冲压机上冲裁成内径23.5±0.076mm，外径97±0.101mm的环状基板。
7.将冲裁后的环状基板在专用辊道式清洗机上进行清洗并烘干，清洗水温83℃，烘干温度91℃。
8.将清洗烘干后的环状基板堆叠整齐，并施加750kg的压力，410℃退火并保温5h后冷却，形成硬盘用铝合金基板。
将退火后的硬盘用铝合金基板检测平坦度，平坦度均值2.34μm，平坦度最大值2.89μm；将退火后的铝合金基板切成15×15mm金相样品，并在金相磨抛机上磨削抛光，在蔡司金相显微镜200x视野下拍摄样品的组织照片，并统计第二相化合物的数量和尺寸，经统计计算，第二相化合物的最大尺寸为2.67μm，第二相化合物平均尺寸1.32μm。
以上所述仅为本发明的优选实施例。凡在本发明申请专利范围内所做的均等变化与修饰，均应包含在本发明的保护范围之内。