摩擦學(xué)學(xué)報(bào)硬盤潤(rùn)滑劑性能及其對(duì)磁記錄系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響研究進(jìn)展張會(huì)臣雒建域21.大連海事大學(xué)材料工藝研究所，遼寧大連，26；2.清華大學(xué)摩擦學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100084合機(jī)理分散特性降解機(jī)理摩擦磨損特性及添加劑的作用，同時(shí)分析了潤(rùn)滑劑對(duì)磁記錄硬盤動(dòng)力學(xué)特性的影響，并就硬盤潤(rùn)滑技術(shù)的研宄和發(fā)展方向提出了建議。

　　隨著磁記錄密度的不斷提高，對(duì)磁頭磁盤界而特性的要求越來(lái)越苛刻1目前硬盤的儲(chǔ)存密度己達(dá)到80，12，磁頭和磁盤間的距離，即飛行高度大約為8腿。人們正在探討實(shí)現(xiàn)1幾心的磁記錄密度，寸應(yīng)的飛行高度約為3時(shí)所面臨的問，如磁頭磁盤間的碰撞46磁頭磁盤面的潤(rùn)滑和改為了保護(hù)磁記錄介質(zhì)，磁盤面需要同時(shí)滿足低摩擦低磨損和良好的抗腐蝕性等要求，為此必須在硬質(zhì)基底上覆蓋軟質(zhì)膜及具有足夠強(qiáng)度的保護(hù)膜。磁盤面大多采用類金剛石碳膜和各種潤(rùn)滑膜組成復(fù)合面保護(hù)膜。此外，利用具有各種特殊性質(zhì)的潤(rùn)滑膜還可以控制硬盤面的物理化學(xué)性質(zhì)，從而在保證硬盤系統(tǒng)具有良好摩擦學(xué)特性的同時(shí)，保證其具有良好的動(dòng)力學(xué)特性。

　　物理化7性質(zhì)進(jìn)行綜述，闡述潤(rùn)滑脫的作機(jī)，及其對(duì)磁記錄硬盤動(dòng)力學(xué)特性的影響，并就硬盤潤(rùn)滑技術(shù)的研究和發(fā)展進(jìn)行了展望。

　　1常用硬盤潤(rùn)滑劑的分子結(jié)構(gòu)全氟聚醚是應(yīng)用最廣泛的硬盤潤(rùn)滑劑，根據(jù)所用單體和聚合方法的不同，可以制備多種不同分子結(jié)構(gòu)的1潤(rùn)滑劑。庚列出了兒種典吧，1潤(rùn)滑劑的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.

　　直鏈，廠，的分子鏈柔軟粘度較低；而含有大量側(cè)鏈的1嚇的粘度較高。與此同時(shí)，幾有柔軟主鏈結(jié)構(gòu)的，廠，潤(rùn)滑劑的粘溫系數(shù)和粘壓系數(shù)均很小，而具有人量側(cè)鏈結(jié)構(gòu)的1卞1潤(rùn)滑劑的粘；系數(shù)和粘壓系數(shù)較大。

　　除了全氟聚醚潤(rùn)滑劑外1！等13報(bào)道氟化聚介物；膜亦可以用作磁盤潤(rùn)滑膜，這種13膜的熱穩(wěn)定性較高，當(dāng)厚度達(dá)到3層以上時(shí)具有良好的潤(rùn)滑性能。此外，采用浸涂方法可以制得不同厚度的潤(rùn)滑膜；而為了保證潤(rùn)滑膜的均勻性并避免磁盤液界面出現(xiàn)液體對(duì)流現(xiàn)象。不宜采叫過快的提拉違度。研，農(nóng)明就超薄潤(rùn)滑膜的摩撩磨損行心而，起主導(dǎo)作用的是吸附和擴(kuò)散機(jī)理，而不是粘性流動(dòng)。

　　2磁記錄硬盤用潤(rùn)滑劑的性質(zhì)2.1物理性質(zhì)在磁記錄硬盤使用期間，要求硬盤面覆蓋潤(rùn)滑膜，因此潤(rùn)滑膜的耐久性對(duì)保證硬盤的正常運(yùn)行和提高仲用奪命幾有屯要意義，潤(rùn)滑膜的耐久件以物理和化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。為了避免或減小潤(rùn)滑劑的蒸發(fā)消耗，應(yīng)保證潤(rùn)滑劑的蒸氣壓盡可能低嚇在室溫下的蒸氣壓為107，10可以滿足上述要求。此外，當(dāng)磁盤以54001000，1.1的高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于離心力的作用，潤(rùn)滑劑向磁盤邊緣移動(dòng)，磁盤基金項(xiàng)目國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目50275015.

　　作，櫨族崔，掩紀(jì)脎1愚妙心挪1.

　　內(nèi)部的潤(rùn)滑膜厚度趨于減小；而磁盤靜止時(shí)因潤(rùn)濕性增強(qiáng)也會(huì)出現(xiàn)遷移，潤(rùn)滑劑的粘度越高遷移速度越慢。因此，潤(rùn)滑劑必須在面具有良好的保持性。然而，中鍵同基底面的相作用較弱，即其在磁盤面的吸附作用較弱，因此，通常必須在潤(rùn)滑劑分子中引入同基底面具有較強(qiáng)相互作用的官能團(tuán)15.

　　當(dāng)磁頭與磁盤面接觸時(shí)，潤(rùn)滑劑因摩擦而被擠出；而附近的潤(rùn)滑劑分子可以遷移至發(fā)生磨損破壞的部位并對(duì)其進(jìn)1內(nèi)修復(fù)。潤(rùn)滑劑分子的遷移速度同分子量和分子鏈末端官能團(tuán)密切相關(guān)；而增大濕度亦有利于加速分子的遷移。由此可知。硬盤潤(rùn)泔劑的自修復(fù)和自保持相互矛盾；在實(shí)際應(yīng)用中有必要進(jìn)行適當(dāng)2.2化學(xué)性質(zhì)潤(rùn)滑劑在儲(chǔ)存和使用過程中可因發(fā)生化學(xué)分解而損失。同物理過程不同，這種化學(xué)分解過程不可逆，并對(duì)潤(rùn)滑劑的耐久件產(chǎn)生增要影響。押，潤(rùn)泔劑具有較好的熱穩(wěn)定性。燉熱分解溫度約為350 1這取決于燉分1結(jié)構(gòu)。迎常。潤(rùn)滑劑分子中氧含姑越大。則其熱分解溫度越低。此外。某些固體面對(duì)，潤(rùn)泔劑的分解具，催化作用。例如。金屬氧化物。2，和1成氟化物以加速，14干。的分解。鑒于計(jì)算機(jī)磁頭材料大多為12閃此。減緩其同嚇，潤(rùn)滑劑之間的化學(xué)反應(yīng)是硬盤研究的迅要方向之171.

　　根據(jù)對(duì)潤(rùn)滑劑物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的要求，可以設(shè)計(jì)具有+同分子結(jié)構(gòu)的潤(rùn)沿膜。以滿足定的環(huán)境條件材料要求和接觸條件161.

　　當(dāng)，末端經(jīng)基中的個(gè)氫原子轉(zhuǎn)移到溉射碳膜微粒的鍵中時(shí)。41.分子的另部分作為烷奴為了提高磁盤的耐蝕性能和耐磨性能，人們不斷坫，碳膜相聯(lián)從而形成0七扣，4巧研制出人咕新型保擴(kuò)材料，其中最具代性的保護(hù)KyH，HCF24KK2CH2HcarbmWJ.層材料包括濺射1晶碳膜斤氫碳膜含氮碳膜和離而含氫碳而存在大量含氧基團(tuán)。岜括0子翁，徵倪1峽，娜哪，13潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑機(jī)理3.1潤(rùn)滑劑分子與基底的鍵合000羧基0羥基及不成對(duì)電子空鍵。

　　0鍵易1極性，卿和非極性1下。衍生物分子發(fā)生物理吸附，特別是羧甚和樣基碳膜面的潤(rùn)滑劑分廣具燈較強(qiáng)的親合化極性嚇分子2，中的。，鍵和輕基同碳膜面的官能團(tuán)和空鍵產(chǎn)生鍵介作用2所小1.隨著吸附于磁盤著碳膜中氫含量的增加，潤(rùn)滑劑的鍵合位置如羧基和空鍵的數(shù)量相應(yīng)減少，潤(rùn)滑劑的流動(dòng)性增加191.

　　含氮碳膜與含氫碳膜相似隨卷氮作量增加空鍵數(shù)量減少；但氮原子半徑比氧原子大，故氮原子有利于增強(qiáng)碳膜面極性，從而提高潤(rùn)滑劑的吸附能力。

　　此外，利用紫外光輻射也可以增強(qiáng)潤(rùn)滑劑同碳膜或基底之間的鍵合作用21.在輻照過程中，紫外光同基底相化作用產(chǎn)生光屯子。光屯子進(jìn)而引發(fā)形成游離電游離電子吸附，潤(rùn)滑膜及面汴引發(fā)生成負(fù)離子和化1叢。自由基不斷擴(kuò)展從而使17鍵合到基底面。

　　3.2潤(rùn)滑劑的分散特性1士1；！4151考祭潤(rùn)滑膜的分散特ft，AMlflPmZl5mlKZDOL的厚度輪廓和流動(dòng)性明顯不同，其中215的擴(kuò)散主要源于頭尾快速運(yùn)動(dòng)，厚度逐漸減小，流動(dòng)性比工10的更大。240現(xiàn)出惻翼特征。通過形成個(gè)明顯的單分子校泊層時(shí)與初始膜分離。具有鋒劑擴(kuò)散加速。此外，隨著固體面溝槽深度的增加，潤(rùn)滑劑沿溝槽的擴(kuò)散加速。2等發(fā)現(xiàn)。在快速流動(dòng)。430潤(rùn)滑劑在完全損耗的碳膜面或部分除去潤(rùn)滑劑的面流動(dòng)的速度潤(rùn)滑膜厚度成反比。

　　3.3添加劑的作用機(jī)理及其影響因素是研究和應(yīng)用最多的磁記泌硬盤潤(rùn)滑劑其典型的分子結(jié)構(gòu)如下1等叫研究發(fā)現(xiàn)磁盤面乙?guī)子只旌蠞?rùn)滑膜在使用過程中緩慢變薄，明離心力和氣體剪切力緩慢驅(qū)動(dòng)潤(rùn)滑劑向旋轉(zhuǎn)磁盤的外部邊緣遷移而201潤(rùn)滑膜在使用過程中厚度基本保持不變，磁盤潤(rùn)滑劑的流動(dòng)也從而打利提高磁頭磁盤界面的耐久性。

　　分13001的流動(dòng)性增強(qiáng)可鈍化磁頭。阻止仆下的催化分解。此外。1添加劑在磁頭磁盤界面可以減緩7七兒的降解。從而提高磁頭磁盤界面的耐久性，采用浸涂方法在磁頭面制備的，1薄脫不僅可以抑制1同人12，3之間的反應(yīng)。

　　述可以改磁頭磁砬界血的潤(rùn)泔特州341.

　　雙羥基官能團(tuán)可增加的流動(dòng)層，進(jìn)而改善磁盤3.4潤(rùn)滑劑厚度變化的影響因素為了使磁頭磁盤界面保持最佳摩擦學(xué)性能，必須保證磁盤面潤(rùn)滑劑厚度均勻。飛行磁頭下的潤(rùn)滑劑分布模式通常稱為雪坡河，8180的形成記潤(rùn)滑劑發(fā)生損耗的先兆。13研究河1七利的邊界。出現(xiàn)不連續(xù)的臺(tái)階式擴(kuò)散輪廊。13等，凇用134，方法對(duì)多分子液休擴(kuò)散進(jìn)行廣模擬研宄，發(fā)現(xiàn)無(wú)極性末端官能團(tuán)的潤(rùn)滑劑分子僅在分間相化作用較強(qiáng)時(shí)，能得到擴(kuò)散輪廊的分層紀(jì)構(gòu)。對(duì)于極性分子。在面引入分子間末端末端+化作用和末端宮能吼可得到，比擴(kuò)散輪廊相似面具有特定的溝槽的分散特性，發(fā)現(xiàn)溝槽的影響對(duì)喂的幅也動(dòng)力學(xué)特性和密度具有，要影響。

　　1等，研究發(fā)現(xiàn)。潤(rùn)滑劑膜在軌道著陸方向呈現(xiàn)周期性變化，厚度變化的波長(zhǎng)隨磁盤線速度的增加而線性增加，而1潤(rùn)滑劑類型和鍵合比關(guān)系不大，變化幅度則隨時(shí)間延長(zhǎng)而緩慢增大。總體而言，磁盤面潤(rùn)滑劑厚度的變化主要源廠滑塊和磁盤之間的動(dòng)力作用和滑塊本身的運(yùn)動(dòng)滑塊的幾何形狀對(duì)潤(rùn)滑劑的損耗產(chǎn)生影響的，采用光學(xué)面分析儀等于衣面力增加。在溝梢內(nèi)。特，圮邊綠域。潤(rùn)滑研究菡，遼侈同體鈿承之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑劑厚度調(diào)制頻率與滑塊的振動(dòng)模式相致潤(rùn)滑劑的遷移同氣體軸承的壓力相關(guān)潤(rùn)滑劑厚度變化同面紋理相關(guān)3.5潤(rùn)滑劑的降解機(jī)理在磁盤運(yùn)行過程中損失的潤(rùn)滑劑部分轉(zhuǎn)移到磁頭組件或周圍介質(zhì)；隨著潤(rùn)滑膜逐漸變薄，潤(rùn)滑劑損失主要現(xiàn)為潤(rùn)滑劑分子斷裂而不是分子的解吸2.

　　在含氫碳膜與碳膜滑塊界面七0因摩擦而。成0及0等分解產(chǎn)物133.1滑塊及面無(wú)碳膜叱貝比的催化降解機(jī)理更復(fù)街主要包括以下步驟1 2七。比的初始摩擦降解，合氫碳膜形成氣體產(chǎn)物如0和1；初始降解產(chǎn)物同2反應(yīng)牛。成扮和，2；迫0和同，3反應(yīng)生成酸在13衣他起催化作用，使70迅速降解。21！等4也發(fā)，沉積，膜的泔塊和長(zhǎng)沉積，脫的沿塊的潤(rùn)沿劑失效機(jī)銓有所不同。

　　綜合現(xiàn)有的試驗(yàn)現(xiàn)象，可以將潤(rùn)滑劑的降解歸納如下1熱分解和催化分解雖然潤(rùn)滑劑的熱分解溫度超過350，但在極端操作條件下，滑塊在也行過程中的微突體接觸區(qū)局部高溫完全可能導(dǎo)致潤(rùn)滑劑的氧化和化學(xué)斷裂；而金屬氧化物等作為催化劑以降低，1潤(rùn)滑劑的降解溫度。

　　④摩擦電分解除溫升和滑動(dòng)面的催化作用之外，摩擦發(fā)射電子對(duì)接觸區(qū)的摩擦化學(xué)反應(yīng)亦具有重要影響。

　　機(jī)械裂解潤(rùn)滑劑的厚度通常為2肺，磁頭與磁盤間的滑動(dòng)速度為28，剪切率則高達(dá)5，2因此起療過程中的剪切和飛行過程中的接觸均能導(dǎo)致潤(rùn)滑劑分十發(fā)生機(jī)械裂解，分解為揮發(fā)性產(chǎn)物3.6潤(rùn)滑劑的摩擦磨損特性181等41采用銷肩盤磨損磨損試驗(yàn)機(jī)研宄了吸附潤(rùn)滑劑和流動(dòng)潤(rùn)滑劑對(duì)磨損特性的影響，發(fā)現(xiàn)磁說(shuō)，面的潤(rùn)滑齊1轉(zhuǎn)移到鍆山片效地，輕磨損。

　　發(fā)現(xiàn)，超涔單分廣層潤(rùn)消劑的摩擦磨損性能強(qiáng)烈依賴廠潤(rùn)滑劑分子的鍵合比，其中鍵合比高約80的潤(rùn)滑劑的耐磨性是鍵合比低約20的潤(rùn)滑劑的2仿；超薄潤(rùn)滑劑的磨損取決于微突體在界面的接觸狀況和潤(rùn)滑劑在硬盤面的流動(dòng)。

　　4潤(rùn)滑劑對(duì)磁記錄系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響錄層出現(xiàn)災(zāi)難性失效，因此準(zhǔn)接觸磁記錄和接觸磁記錄均要求格，制磁肚振動(dòng)前磁記錄的存姑方式仨要包括接觸起停也心叫縮寫為5和加載卸載碟1山1；1縮寫為2種方式義53存儲(chǔ)方式不可避免地存在靜摩擦問，因此通常需要對(duì)磁盤面進(jìn)行紋理加工技術(shù)廣泛用于便攜式驅(qū)動(dòng)，以獲得更好的減振效果和低功率消耗。同時(shí)沉技術(shù)無(wú)須對(duì)面進(jìn)行紋理加工。

　　因此，般認(rèn)為口技術(shù)將替代33技術(shù)。

　　等4利用數(shù)位模擬分祈兩粗糙面間接觸界面微觀1效應(yīng)對(duì)靜摩擦力的影響，發(fā)現(xiàn)微觀效應(yīng)對(duì)靜摩檫的影響同面粗糙度潤(rùn)滑膜厚度和潤(rùn)滑劑流動(dòng)性兩衣面的彈性模量和硬度載荷和大尺度波紋度等因素相關(guān)。此外，6 4448研究發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)滑膜的靜摩擦力隨停留時(shí)間的延長(zhǎng)而增大，并逐漸趨于穩(wěn)定；而潤(rùn)滑膜厚度和粘度以及環(huán)垃濕役；亦對(duì)靜嘩擦力幾明顯影響。對(duì)及面進(jìn)行紋理加工和減小潤(rùn)滑劑厚度可以有效地降低靜聒而潤(rùn)泔設(shè)的麗力越火祜摩擦力也越九但擇隨著飛行高度的不斷減小，潤(rùn)滑膜對(duì)磁頭滑塊動(dòng)力學(xué)特性的影響越來(lái)越大，如等在針對(duì)粗糙衣面接觸模型的研允中發(fā)現(xiàn)，纟1.16效應(yīng)可以導(dǎo)致接觸和起飛間的飛行高度出現(xiàn)滯后的現(xiàn)象。說(shuō)，1等51發(fā)現(xiàn)，潤(rùn)滑劑在磁盤面的+均勻分布使起飛速度發(fā)生變化。58瓜1等52研宄也發(fā)現(xiàn)，在飛行高度小于7，1磁盤線速度為20，18的準(zhǔn)接觸條件下，潤(rùn)滑膜厚度對(duì)磁頭滑塊振動(dòng)具有重要影響，1帕球塊與潤(rùn)滑劑之1的相互作引發(fā)磁又滑塊擾動(dòng)。

　　1著8等53指出，對(duì)硬盤的滑塊氣體軸承而言，其血力至要。你1等54發(fā)現(xiàn)，范德華力對(duì)飛行高度具有重要的影響，當(dāng)飛行高度低于5時(shí)，范德華力對(duì)正壓滑塊和負(fù)壓滑塊的傾斜角均具有顯著影響；而當(dāng)飛行高度低于5，1時(shí)，分子間斥力的影響不容忽視。

　　5結(jié)束語(yǔ)目前全氟聚醚是應(yīng)用最為廣泛的硬盤潤(rùn)滑劑。通過改變分子結(jié)構(gòu)可以賦予潤(rùn)滑劑不同的粘度蒸氣壓潤(rùn)濕性和面張力等物理性質(zhì)以及吸附性熱穩(wěn)定性等化學(xué)性質(zhì)。在潤(rùn)滑劑中加入添加劑可以顯著改善潤(rùn)滑膜的性能。隨著磁記錄密度的提高飛行高度振動(dòng)，導(dǎo)致磁盤面洞滑劑碳膜保護(hù)層和磁記作用將越來(lái)越從著。對(duì)潤(rùn)滑脫的設(shè)計(jì)要求將更加嚴(yán)格。

　　從硬盤潤(rùn)滑劑的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，以下幾個(gè)方面值得重點(diǎn)關(guān)注1利用潤(rùn)滑劑分子和面設(shè)計(jì)研制出超薄而具有定自保持性和流動(dòng)性的硬盤潤(rùn)滑騰④具有非線性動(dòng)力學(xué)特征的接觸式磁頭磁盤界面潤(rùn)滑膜與滑塊之間作用力的準(zhǔn)確測(cè)定及其對(duì)磁盤存儲(chǔ)和運(yùn)行性能的影響；硬盤潤(rùn)滑膜性質(zhì)I16森誠(chéng)之。磁潤(rùn)滑劑，現(xiàn)在將來(lái)。

　　i3i矢保永。高度情報(bào)化社會(huì)查擔(dān)〃每術(shù)。

　　10張會(huì)臣。單自由度沖擊擾動(dòng)下磁頭磁盤系統(tǒng)接觸回復(fù)特性的實(shí)驗(yàn)研究。摩擦學(xué)學(xué)報(bào)，2002，22重要通知本刊編輯部己攖至新址。