氦-空混合气体中磁头磁盘界面润滑剂迁移特性研究

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为了满足数据存储需求,充氦硬盘作为一种高效可靠的超大容量存储载体而被开发利用。使用氦气替代空气填充能够有效减小气体介质的振动干扰、较小风阻损耗,同时氦气具有良好的冷却作用。然而,随着硬盘存储面密度的增加,磁头磁盘之间的飞行高度已经降至纳米级别,磁头磁盘界面间隙越来越小,磁盘表面润滑剂迁移现象愈加明显。润滑剂迁移损耗会导致磁头动态飞行特性发生变化,严重时会引起磁头磁盘接触碰撞,从而损坏磁头读写单元以及破坏磁盘表面润滑层。由于氦-空混合条件下润滑剂分布及迁移现象尚不明确,研究氦-空混合条件下影响润滑剂迁移和损耗的因素,揭示润滑剂迁移微观过程和润滑剂分布状态,对推进硬盘向高密度存储发展有着重要意义。  因此,本文首先通过建立氦-空混合气体环境下磁头磁盘界面空气动力学模型,研究氦-空混合气体密度、黏度、平均自由程、热传导率等物理量对磁头磁盘界面主要作用力的影响规律,获取界面空间气浮轴承压力与空气剪切力的大小及分布方式;分析磁头飞行姿态、磁盘自身运行参数、以及环境因素变化对磁头气浮力和剪切力的影响规律。  通过建立氦-空混合气体环境下磁头磁盘界面润滑剂迁移分子动力学模型,耦合空气动力学模型和分子动力学模型,提出润滑剂迁移量的计算方法。分析气浮轴承压力、空气剪切力和范德华力共同作用下Zdol型润滑剂的迁移损耗因素,揭示氦-空混合气体物理性质(密度、黏度、平均自由程等)对润滑剂迁移的影响机制。分析磁头飞行高度、磁盘初始速度、界面空间初始边界压强等因素对润滑剂迁移量的影响及其再分布状态,阐明影响润滑剂迁移的主要因素如气浮压力和剪切力的作用关系,获取最优运行参数组合抑制润滑剂迁移。  通过建立氦-空混合气体环境下磁头与磁盘接触碰撞过程中润滑剂迁移损耗的分子动力学模型,根据界面空间压强分布和磁头磁盘运行参数变化关系,分析影响磁头磁盘接触状态下压入深度和润滑剂迁移损耗量变化。研究氦-空混合气体环境中接触强度和磁头轮廓形貌对润滑剂损耗量之间的变化规律。  本文从微观角度揭示了润滑剂分子的迁移现象和过程,分析了磁头磁盘发生接触碰撞时润滑剂迁移损耗量,进一步说明了磁头磁盘表面润滑剂再分布规律。根据氦-空混合环境下润滑剂迁移损耗的影响因素,获取抑制润滑剂迁移的有效方法,提高硬盘驱动器工作可靠性和稳定性,为磁头气浮表面结构设计提供必要参考,为硬盘向超大容量存储、快速存取和安全可靠方向发展提供理论依据和技术支持。
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