磁头_磁盘界面摩擦学特性影响因素分析及实验研究

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1、硕士学位论文磁头/磁盘界面摩擦学特性影响因素分析及实验研究(全日制工程型硕士)ANALYSISANDEXPERIMENTALRESEARCHONINFLUENCINGFACTORSOFTRIBOLOGICALPROPERTIESOFHEADDISKINTERFACE张凯哈尔滨工业大学2015年7月国内图书分类号：TH113.2，TH133.35学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工程硕士学位论文磁头/磁盘界面摩擦学特性影响因素分析及实验研究硕士研究生：张凯导师：敖宏瑞副教授申请学位：全日制工程硕士学科：机械工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2015年7月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TH113.2,TH133.35U.D.C:621DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringANALYSISANDEXPERIMENTALRESEARCHONINFLUENCINGFACTORSOFTRIBOLOGICALPROPERTIESOFHEADDISKINTERFACECandidate：ZhangKaiSupervisor：AssociateProf.AoHongruiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Mechanical

3、EngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：July,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要为了满足人们对硬盘驱动器存储容量的需求，将磁盘的存储密度提高到2100Gbit/in,磁头和磁性媒介之间的空间(HMS)不可避免地要进一步的减少。但HMS的减少意味着飞行高度的降低，在极低的飞行高度下，磁盘表面形貌会影响磁头飞行的稳定性，而由于磁头读取数据的工作特性，在读取数据的启停阶段，磁头与磁盘

4、的接触碰撞的不可避免。因此研究磁盘表面形貌对磁头磁盘界面空气轴承润滑性能的影响以及磁盘界面在接触过程中的应力应变状态和摩擦学性能,对提高磁头/磁盘界面工作性能具有重要的参考意义。本文在连续性方程和N-S方程的基础上，利用F-K模型对磁头/磁盘界面稀薄气体的雷诺方程进行修正。在修正雷诺方程的基础上引入了磁盘表面粗糙度，在不同的粗糙度模式下建立了平板型和双轨型磁头滑块模型。利用有限元法对磁头滑块承载面的压力分布进行了求解，对比分析了不同的粗糙模式以及飞高、波数对空气轴承性能的影响，并比较了磁头滑块形貌对压力分布的影响。建立了磁头滑块和磁盘接触碰撞的简化模型。在准静态的条件下，对刚性半球与磁盘多层

5、体半弹性空间的接触滑动进行了仿真分析。对比分析了纯挤压和滑动接触下磁盘多层体vonMises应力、拉应力、压应力、剪应力的大小和分布变化，得出了滑动条件所引起磁盘塑性屈服的主要原因。针对于不同的磁头磁盘的接触条件，讨论了磁头接触半径，磁头磁盘间的摩擦系数以及挤压深度对接触过程中各项应力大小以及分布的影响，研究了磁盘界面的塑形。利用纳米压痕仪、原子力显微镜、接触角测量仪、拉曼光谱仪、摩擦磨损仪等相关的实验设备对磁盘界面性能进行了研究。采用接触角测量仪对磁盘表面润滑剂的接触角进行了测量，表征了磁盘表面的润湿性。利用原子力显微镜研究了接触半径以及磁盘表面粗糙度对粘着力的影响，探究了引起粘着力变化的

6、原因。研究了原子力探针和磁盘表面的摩擦行为，分析了不同的扫描速度和法向载荷对摩擦力的影响。利用纳米压痕仪对磁盘的弹性模量和硬度进行了测试，为有限元模型参数的选取提供了参考。最后利用摩擦磨损仪对磁盘界面润滑剂和DLC层的磨损行为进行了测试，研究了配副材料对磁盘摩擦行为的影响，23利用拉曼光谱仪分析了磨损前后sp,sp键相对浓度的变化，揭示了摩擦系数的变化机理。关键词：磁头磁盘界面；磁盘粗糙度；气膜润滑；接触滑动；摩擦磨损；I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractInordertomeetpeoplesdemandforcapacityofharddiskdrives(HDDs)and2in

7、creasethemagneticrecordingarealdensitiesto100Gbit/in，thisdistance,knownashead-mediaseparation(HMS),shouldbereducedfurther.HDDsarewidelyusedinvariousoccasionsthatneedhighreliability.However,thereductionofHMS