摩擦学学报硬盘润滑剂性能及其对磁记录系统动力学特性的影响研究进展张会臣雒建域21.大连海事大学材料工艺研究所，辽宁大连，26；2.清华大学摩擦学国家重点实验室，北京100084合机理分散特性降解机理摩擦磨损特性及添加剂的作用，同时分析了润滑剂对磁记录硬盘动力学特性的影响，并就硬盘润滑技术的研宄和发展方向提出了建议。

　　随着磁记录密度的不断提高，对磁头磁盘界而特性的要求越来越苛刻1目前硬盘的储存密度己达到80，12，磁头和磁盘间的距离，即飞行高度大约为8腿。人们正在探讨实现1几心的磁记录密度，寸应的飞行高度约为3时所面临的问，如磁头磁盘间的碰撞46磁头磁盘面的润滑和改为了保护磁记录介质，磁盘面需要同时满足低摩擦低磨损和良好的抗腐蚀性等要求，为此必须在硬质基底上覆盖软质膜及具有足够强度的保护膜。磁盘面大多采用类金刚石碳膜和各种润滑膜组成复合面保护膜。此外，利用具有各种特殊性质的润滑膜还可以控制硬盘面的物理化学性质，从而在保证硬盘系统具有良好摩擦学特性的同时，保证其具有良好的动力学特性。

　　物理化7性质进行综述，阐述润滑脱的作机，及其对磁记录硬盘动力学特性的影响，并就硬盘润滑技术的研究和发展进行了展望。

　　1常用硬盘润滑剂的分子结构全氟聚醚是应用最广泛的硬盘润滑剂，根据所用单体和聚合方法的不同，可以制备多种不同分子结构的1润滑剂。庚列出了儿种典吧，1润滑剂的化学结构和性质1.

　　直链，厂，的分子链柔软粘度较低；而含有大量侧链的1吓的粘度较高。与此同时，几有柔软主链结构的，厂，润滑剂的粘温系数和粘压系数均很小，而具有人量侧链结构的1卞1润滑剂的粘；系数和粘压系数较大。

　　除了全氟聚醚润滑剂外1！等13报道氟化聚介物；膜亦可以用作磁盘润滑膜，这种13膜的热稳定性较高，当厚度达到3层以上时具有良好的润滑性能。此外，采用浸涂方法可以制得不同厚度的润滑膜；而为了保证润滑膜的均匀性并避免磁盘液界面出现液体对流现象。不宜采叫过快的提拉违度。研，农明就超薄润滑膜的摩撩磨损行心而，起主导作用的是吸附和扩散机理，而不是粘性流动。

　　2磁记录硬盘用润滑剂的性质2.1物理性质在磁记录硬盘使用期间，要求硬盘面覆盖润滑膜，因此润滑膜的耐久性对保证硬盘的正常运行和提高仲用夺命几有屯要意义，润滑膜的耐久件以物理和化学性质密切相关。为了避免或减小润滑剂的蒸发消耗，应保证润滑剂的蒸气压尽可能低吓在室温下的蒸气压为107，10可以满足上述要求。此外，当磁盘以54001000，1.1的高速旋转时，由于离心力的作用，润滑剂向磁盘边缘移动，磁盘基金项目国家自然科学基金资助项目50275015.

　　作，栌族崔，掩纪脎1愚妙心挪1.

　　内部的润滑膜厚度趋于减小；而磁盘静止时因润湿性增强也会出现迁移，润滑剂的粘度越高迁移速度越慢。因此，润滑剂必须在面具有良好的保持性。然而，中键同基底面的相作用较弱，即其在磁盘面的吸附作用较弱，因此，通常必须在润滑剂分子中引入同基底面具有较强相互作用的官能团15.

　　当磁头与磁盘面接触时，润滑剂因摩擦而被挤出；而附近的润滑剂分子可以迁移至发生磨损破坏的部位并对其进1内修复。润滑剂分子的迁移速度同分子量和分子链末端官能团密切相关；而增大湿度亦有利于加速分子的迁移。由此可知。硬盘润泔剂的自修复和自保持相互矛盾；在实际应用中有必要进行适当2.2化学性质润滑剂在储存和使用过程中可因发生化学分解而损失。同物理过程不同，这种化学分解过程不可逆，并对润滑剂的耐久件产生增要影响。押，润泔剂具有较好的热稳定性。炖热分解温度约为350 1这取决于炖分1结构。迎常。润滑剂分子中氧含姑越大。则其热分解温度越低。此外。某些固体面对，润泔剂的分解具，催化作用。例如。金属氧化物。2，和1成氟化物以加速，14干。的分解。鉴于计算机磁头材料大多为12闪此。减缓其同吓，润滑剂之间的化学反应是硬盘研究的迅要方向之171.

　　根据对润滑剂物理性质和化学性质的要求，可以设计具有+同分子结构的润沿膜。以满足定的环境条件材料要求和接触条件161.

　　当，末端经基中的个氢原子转移到溉射碳膜微粒的键中时。41.分子的另部分作为烷奴为了提高磁盘的耐蚀性能和耐磨性能，人们不断坫，碳膜相联从而形成0七扣，4巧研制出人咕新型保扩材料，其中最具代性的保护KyH，HCF24KK2CH2HcarbmWJ.层材料包括溅射1晶碳膜斤氢碳膜含氮碳膜和离而含氢碳而存在大量含氧基团。岜括0子翁，徵倪1峡，娜哪，13润滑剂的润滑机理3.1润滑剂分子与基底的键合000羧基0羟基及不成对电子空键。

　　0键易1极性，卿和非极性1下。衍生物分子发生物理吸附，特别是羧甚和样基碳膜面的润滑剂分广具灯较强的亲合化极性吓分子2，中的。，键和轻基同碳膜面的官能团和空键产生键介作用2所小1.随着吸附于磁盘着碳膜中氢含量的增加，润滑剂的键合位置如羧基和空键的数量相应减少，润滑剂的流动性增加191.

　　含氮碳膜与含氢碳膜相似随卷氮作量增加空键数量减少；但氮原子半径比氧原子大，故氮原子有利于增强碳膜面极性，从而提高润滑剂的吸附能力。

　　此外，利用紫外光辐射也可以增强润滑剂同碳膜或基底之间的键合作用21.在辐照过程中，紫外光同基底相化作用产生光屯子。光屯子进而引发形成游离电游离电子吸附，润滑膜及面汴引发生成负离子和化1丛。自由基不断扩展从而使17键合到基底面。

　　3.2润滑剂的分散特性1士1；！4151考祭润滑膜的分散特ft，AMlflPmZl5mlKZDOL的厚度轮廓和流动性明显不同，其中215的扩散主要源于头尾快速运动，厚度逐渐减小，流动性比工10的更大。240现出恻翼特征。通过形成个明显的单分子校泊层时与初始膜分离。具有锋剂扩散加速。此外，随着固体面沟槽深度的增加，润滑剂沿沟槽的扩散加速。2等发现。在快速流动。430润滑剂在完全损耗的碳膜面或部分除去润滑剂的面流动的速度润滑膜厚度成反比。

　　3.3添加剂的作用机理及其影响因素是研究和应用最多的磁记泌硬盘润滑剂其典型的分子结构如下1等叫研究发现磁盘面乙几又混合润滑膜在使用过程中缓慢变薄，明离心力和气体剪切力缓慢驱动润滑剂向旋转磁盘的外部边缘迁移而201润滑膜在使用过程中厚度基本保持不变，磁盘润滑剂的流动也从而打利提高磁头磁盘界面的耐久性。

　　分13001的流动性增强可钝化磁头。阻止仆下的催化分解。此外。1添加剂在磁头磁盘界面可以减缓7七儿的降解。从而提高磁头磁盘界面的耐久性，采用浸涂方法在磁头面制备的，1薄脱不仅可以抑制1同人12，3之间的反应。

　　述可以改磁头磁砬界血的润泔特州341.

　　双羟基官能团可增加的流动层，进而改善磁盘3.4润滑剂厚度变化的影响因素为了使磁头磁盘界面保持最佳摩擦学性能，必须保证磁盘面润滑剂厚度均匀。飞行磁头下的润滑剂分布模式通常称为雪坡河，8180的形成记润滑剂发生损耗的先兆。13研究河1七利的边界。出现不连续的台阶式扩散轮廊。13等，凇用134，方法对多分子液休扩散进行广模拟研宄，发现无极性末端官能团的润滑剂分子仅在分间相化作用较强时，能得到扩散轮廊的分层纪构。对于极性分子。在面引入分子间末端末端+化作用和末端宫能吼可得到，比扩散轮廊相似面具有特定的沟槽的分散特性，发现沟槽的影响对喂的幅也动力学特性和密度具有，要影响。

　　1等，研究发现。润滑剂膜在轨道着陆方向呈现周期性变化，厚度变化的波长随磁盘线速度的增加而线性增加，而1润滑剂类型和键合比关系不大，变化幅度则随时间延长而缓慢增大。总体而言，磁盘面润滑剂厚度的变化主要源厂滑块和磁盘之间的动力作用和滑块本身的运动滑块的几何形状对润滑剂的损耗产生影响的，采用光学面分析仪等于衣面力增加。在沟梢内。特，圮边绿域。润滑研究菡，辽侈同体钿承之间的关系，发现润滑剂厚度调制频率与滑块的振动模式相致润滑剂的迁移同气体轴承的压力相关润滑剂厚度变化同面纹理相关3.5润滑剂的降解机理在磁盘运行过程中损失的润滑剂部分转移到磁头组件或周围介质；随着润滑膜逐渐变薄，润滑剂损失主要现为润滑剂分子断裂而不是分子的解吸2.

　　在含氢碳膜与碳膜滑块界面七0因摩擦而。成0及0等分解产物133.1滑块及面无碳膜叱贝比的催化降解机理更复街主要包括以下步骤1 2七。比的初始摩擦降解，合氢碳膜形成气体产物如0和1；初始降解产物同2反应牛。成扮和，2；迫0和同，3反应生成酸在13衣他起催化作用，使70迅速降解。21！等4也发，沉积，膜的泔块和长沉积，脱的沿块的润沿剂失效机铨有所不同。

　　综合现有的试验现象，可以将润滑剂的降解归纳如下1热分解和催化分解虽然润滑剂的热分解温度超过350，但在极端操作条件下，滑块在也行过程中的微突体接触区局部高温完全可能导致润滑剂的氧化和化学断裂；而金属氧化物等作为催化剂以降低，1润滑剂的降解温度。

　　④摩擦电分解除温升和滑动面的催化作用之外，摩擦发射电子对接触区的摩擦化学反应亦具有重要影响。

　　机械裂解润滑剂的厚度通常为2肺，磁头与磁盘间的滑动速度为28，剪切率则高达5，2因此起疗过程中的剪切和飞行过程中的接触均能导致润滑剂分十发生机械裂解，分解为挥发性产物3.6润滑剂的摩擦磨损特性181等41采用销肩盘磨损磨损试验机研宄了吸附润滑剂和流动润滑剂对磨损特性的影响，发现磁说，面的润滑齐1转移到钔山片效地，轻磨损。

　　发现，超涔单分广层润消剂的摩擦磨损性能强烈依赖厂润滑剂分子的键合比，其中键合比高约80的润滑剂的耐磨性是键合比低约20的润滑剂的2仿；超薄润滑剂的磨损取决于微突体在界面的接触状况和润滑剂在硬盘面的流动。

　　4润滑剂对磁记录系统动力学特性的影响录层出现灾难性失效，因此准接触磁记录和接触磁记录均要求格，制磁肚振动前磁记录的存姑方式仨要包括接触起停也心叫缩写为5和加载卸载碟1山1；1缩写为2种方式义53存储方式不可避免地存在静摩擦问，因此通常需要对磁盘面进行纹理加工技术广泛用于便携式驱动，以获得更好的减振效果和低功率消耗。同时沉技术无须对面进行纹理加工。

　　因此，般认为口技术将替代33技术。

　　等4利用数位模拟分祈两粗糙面间接触界面微观1效应对静摩擦力的影响，发现微观效应对静摩檫的影响同面粗糙度润滑膜厚度和润滑剂流动性两衣面的弹性模量和硬度载荷和大尺度波纹度等因素相关。此外，6 4448研究发现，润滑膜的静摩擦力随停留时间的延长而增大，并逐渐趋于稳定；而润滑膜厚度和粘度以及环垃湿役；亦对静哗擦力几明显影响。对及面进行纹理加工和减小润滑剂厚度可以有效地降低静聒而润泔设的丽力越火祜摩擦力也越九但择随着飞行高度的不断减小，润滑膜对磁头滑块动力学特性的影响越来越大，如等在针对粗糙衣面接触模型的研允中发现，纟1.16效应可以导致接触和起飞间的飞行高度出现滞后的现象。说，1等51发现，润滑剂在磁盘面的+均匀分布使起飞速度发生变化。58瓜1等52研宄也发现，在飞行高度小于7，1磁盘线速度为20，18的准接触条件下，润滑膜厚度对磁头滑块振动具有重要影响，1帕球块与润滑剂之1的相互作引发磁又滑块扰动。

　　1著8等53指出，对硬盘的滑块气体轴承而言，其血力至要。你1等54发现，范德华力对飞行高度具有重要的影响，当飞行高度低于5时，范德华力对正压滑块和负压滑块的倾斜角均具有显著影响；而当飞行高度低于5，1时，分子间斥力的影响不容忽视。

　　5结束语目前全氟聚醚是应用最为广泛的硬盘润滑剂。通过改变分子结构可以赋予润滑剂不同的粘度蒸气压润湿性和面张力等物理性质以及吸附性热稳定性等化学性质。在润滑剂中加入添加剂可以显著改善润滑膜的性能。随着磁记录密度的提高飞行高度振动，导致磁盘面洞滑剂碳膜保护层和磁记作用将越来越从著。对润滑脱的设计要求将更加严格。

　　从硬盘润滑剂的研究现状和发展趋势来看，以下几个方面值得重点关注1利用润滑剂分子和面设计研制出超薄而具有定自保持性和流动性的硬盘润滑腾④具有非线性动力学特征的接触式磁头磁盘界面润滑膜与滑块之间作用力的准确测定及其对磁盘存储和运行性能的影响；硬盘润滑膜性质I16森诚之。磁润滑剂，现在将来。

　　i3i矢保永。高度情报化社会查担〃每术。

　　10张会臣。单自由度冲击扰动下磁头磁盘系统接触回复特性的实验研究。摩擦学学报，2002，22重要通知本刊编辑部己撄至新址。