[发明专利]在纯钆表面形成钆铜合金层的材料及制备方法

摘要

本发明为了提高磁制冷机中磁热材料的耐腐蚀问题，提供一种在纯钆表面形成钆铜合金层的材料及制备方法，本发明方法通过在所镀的铜靶及纯钆位置各加一阴极电源，以腔室为阳极，形成双阴极结构，通过控制铜靶的溅射量及纯钆的温度，从而使铜与钆通过相互扩散实现纯钆表面的合金化，这种自扩散增强了表面涂层与基体的结合，所得到的钆‑铜合金涂层即不影响纯钆的导热性，也提高了表面的耐蚀性。该方法通过在纯钆表面制备一种钆铜合金涂层，不仅提高了合金涂层与基体的结合，而且大幅度提高了钆的表面耐蚀性能，本发明无需大量合金元素参与，制备工艺简单，生产成本低，便于工业化生产。

主权项

1.一种在纯钆表面形成钆铜合金层材料的方法，该方法包括以下步骤：第一步，基体和靶材的准备：将纯钆制成样片，对其表面进行打磨、清洗处理，处理后得到的基体放置在样品盘上；将铜条表面进行打磨、清洗处理，处理后得到靶材；第二步，基体和靶材的预处理：1）将第一步准备好的基体及样品盘放置于真空炉内与基体阴极连接，靶材置于真空炉内并通过靶材阴极杆悬挂于基体的正上方，基体上表面与靶材底面之间的垂直距离为极间距；分别从基体、靶材、及真空炉腔体中引出三个电极，其中由基体和靶材引出的电极均作为阴极，基体阴极和靶阴极分别与一个电源连接，由腔体引出的电极作为阳极，阳极接地；基体电源采用直流电源；靶材电源采用脉冲电源，形成源极电源结构；2）开启泵，将真空炉抽至 2×10-4Pa-5×10-4Pa的真空状态，并且保持；3）向真空炉内充入氩气至炉内压力为20-25Pa，再抽真空至2×10-4Pa-5×10-4Pa ；反复充抽气1-2次，开启真空炉的冷却水系统，并将基体阴极电压调至300-350V，对基体进行5-20分钟预热和轰击，对基体预处理；4）继续保持真空炉内氩气压力20-25Pa和基体阴极电压300-350V，将靶材阴极电压以50伏特/分钟的速度调至500-550V，对靶材表面进行溅射清洗，持续0.5-1小时，直到靶材电压稳定，完成靶材预处理；第三步，钆铜合金层的形成：1）第二步预处理后，将真空炉内氩气调整至工作气压30-35Pa，将基体阴极电源调至400-455V，将靶材阴极电源调整到800-910V，，保温2-4小时；2）关闭靶材阴极电源，而后将氩气调整至工作气压10-25 Pa，基体阴极电源以5伏特/分钟的速度逐渐降到200-300V，继续维持0.2-1小时；3）关闭氩气气源和两个阴极电源，然后将真空炉内抽至2×10-4Pa-5×10-4Pa真空度，冷却到室温出炉取出，即得到表面合金层中各元素含量从表面至基体厚度为10-15微米，Gd和Cu元素的质量百分比呈梯度分布的材料，材料表层中Gd的质量百分含量为57.0%-59.2%，Cu的质量百分含量为40.3%-42.1%；材料基体中Gd的质量百分含量为78.6%-80.1%，Cu的质量百分含量为17.8%-19.2%。