[发明专利]一种高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24的制备方法在审

专利信息
申请号: 201510447634.6 申请日: 2015-07-27
公开(公告)号: CN104947053A 公开(公告)日: 2015-09-30
发明(设计)人: 董桂馥 申请(专利权)人: 大连大学
主分类号: C23C14/34 分类号: C23C14/34;C23C14/14;C23C14/58
代理公司: 大连智高专利事务所(特殊普通合伙) 21235 代理人: 胡景波
地址: 116622 辽宁省*** 国省代码: 辽宁;21
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摘要:
搜索关键词: 一种 合金 薄膜 mn sub 53 ni 23 ga 24 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于金属合金技术领域,涉及一种高锰铁磁性形状记忆合金薄膜制备的新方法,具体来说是一种高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24的制备方法。

背景技术

磁性形状记忆合金作为一种新型智能材料,最突出的物性特点在于这一类合金兼具磁性转变和热弹性马氏体相变。已报导的磁性形状记忆合金候选材料多数为Heusler合金,具有高度有序的L21结构。最近的研究发现Mn2NiGa合金是唯一具有非L21结构的Heusler合金,马氏体晶格│1-c/a│可达21.3%,在马氏体相变过程中发生亚铁磁性向铁磁性的转变,是一种具有较大应用潜力的新型磁性形状记忆合金。目前,现有技术中有关Mn含量不超过50at.%的Mn-Ni-Ga合金的研发,初步研究了合金的马氏体相变,并报导了电子结构和磁有序结构等基本物性的理论计算结果,该结果表明合金磁有序结构中存在Mn-Mn原子反铁磁耦合,限制了合金饱和磁化强度的提高。目前,对于这种新型磁驱动合金材料组织结构与性能之间的关系还没有系统全面的认识,同时,Mn2NiGa合金相变温度较低、脆性较大等问题限制了合金的应用。这些成为磁驱动记忆合金应用和发展的主要瓶颈,同时也很难满足工程应用及MEMS微器件发展的要求,随着科学技术的发展,器件逐渐向微型化、智能化发展,研发具有成分均匀、稳定性好、韧性强的薄膜材料是非常必要的,对于的微智能化和高集成化有着重要的实用价值。

发明内容

本发明为了解决现有铁磁性形状记忆合金Mn2NiGa脆性大、强度低等问题,而提供一种高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24的制备方法。该薄膜性能优异,进一步提高了磁感生应变量,磁熵变和磁场驱动逆相变的门槛值。

本发明是这样实现的:一种高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24的制备方法,按如下方法进行:按照摩尔份数比53:23:24分别取Mn、Ni、Ga金属单质作为靶材原料,将靶材原料放置于非自耗真空电弧炉熔内,抽真空至5×10-3Pa后,充入保护气,得到圆形靶材;将预处理后的基板和靶材放入真空系统中,抽真空至1.0×10-4Pa,基板温度为500~700℃,优选600℃,基板与靶材间距离为3~5cm,优选4cm;再用激光器发射激光,控制频率为3~4Hz,溅射1~3小时,优选2小时,制得要求厚度的薄膜;最后将薄膜在800~900℃下退火0.5~3h,制备出高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24。该退火时间即为晶化时间,退火温度优选850℃,时间3h。

进一步的,所述的Ni金属单质的纯度为99.99at.%。

进一步的,所述的Mn金属单质的纯度为99.95at.%。

进一步的,所述的Ga金属单质的纯度为99.99at.%。

进一步的,所述的保护气为氩气。

熔炼过程中为保证合金化学成分的均匀性,每次熔炼前将试样翻转至少四次并加以磁搅拌。可以采用机械手实现试样翻转,熔炼后得到直径50mm的锭材。在砂轮上打磨后将锭材放到电火花线切割机上切成尺寸为直径3mm×2mm的圆形靶材。

所述的基板为石英玻璃基板,该基板规格为30mm×30mm×3mm。

所述的石英玻璃基板的处理步骤为:玻璃基板先经过去离子水洗,然后在丙酮中超声10~15分钟,再用无水乙醇清洗,烘干。

本发明还请求保护上述方法制备的高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24

与现有的磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜不同,本发明制备的Mn53Ni23Ga24铁磁性形状记忆合金薄膜具有以下优点:

1、本发明制备的高锰合金薄膜Mn53Ni23Ga24的成分实现了与靶材成分一致的多元化合物薄膜,比采用其他方法制备的Mn-Ni-Ga合金薄膜成分更精确;

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