合金薄膜的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于金属合金技术领域，涉及一种铁磁性形状记忆合金薄膜制备的新方 法，具体的说是一种激光脉冲溅射沉积制备Ni 52Mn24Ga24合金薄膜的方法。
【背景技术】
[0002] Ni-Mn-Ga铁磁性形状记忆合金是一类新型形状记忆材料，兼具热弹性马氏体相变 和铁磁性转变，不但有传统形状记忆合金受温度场控制的形状记忆效应，而且可以在磁场 作用下产生形状记忆效应。其磁控形状记忆效应的响应频率接近压电陶瓷，输出应变接近 温控形状记忆合金，是一种极具工程应用前景的新型功能材料。此类材料的可恢复应变和 快速响应的特点使其能够在驱动器和传感器方面得以广泛应用。
[0003] 但是，Ni-Mn-Ga块体材料尚存在脆性大、强度低、磁熵变低和恢复力小等缺点，极 大地限制了该材料的工程应用及其发展。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，MEMS器件 逐渐向微型化、智能化发展，因此性能优异的薄膜材料研宄是非常必要的。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有铁磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga脆性大、强度低等问题，提供 了一种激光脉冲溅射沉积制备Ni 52Mn24Ga24^金薄膜的方法。该薄膜具有高韧性，成分均匀、 粗糙度低及性能稳定等优点，进一步提高了磁感生应变量、磁摘变和磁场驱动逆相变的门 槛值。
[0005] 为达到上述目的，本发明是这样实现的：一种激光脉冲溅射沉积制备Ni52Mn 24Ga24 合金薄膜的方法，包括以下步骤：按照摩尔份数比52:24:24分别取Ni、Mn、Ga金属单质放 置于真空非自耗电极电弧炉中熔炼；将电弧炉内抽真空至5Xl(T 3Pa，再充入惰气保护，得 到圆形靶材，将处理后的玻璃基板与靶材置于真空系统中，抽真空至IX l〇_4Pa，玻璃基板温 度550~600°C、玻璃基板与靶材间距离3~5cm ;用激光器发射激光，频率3~6Hz，优选 4~5Hz ;溅射时间40~170min，优选42~168min ;通过控制激光打在Ni52Mn24Ga24铁磁性 形状记忆合金靶材上的时间来控制薄膜的厚度；最后经过800~850°C退火0. 5~3h，制备 出Ni52Mn24Ga24^金薄膜。该退火时间即为晶化时间。
[0006] 优选的，所述的Ni金属单质的纯度为99. 99at. %。
[0007] 优选的，所述的Mn金属单质的纯度为99. 95at. %。
[0008] 优选的，所述的Ga金属单质的纯度为99. 95at. %。
[0009] 优选的，所述的惰气为氩气。
[0010] 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3_X2mm的圆形革巴材。
[0011] 所述的基板为石英玻璃基板。该基板的规格为30mmX30mmX3mm。
[0012] 所述的基板的处理步骤为：石英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。
[0013] 本发明还请求保护上述方法制备的Ni52Mn24Ga 24铁磁性形状记忆合金薄膜。
[0014] 与现有的磁性形状记忆合金Ni-Mn-Ga薄膜不同，本发明的附52]\1]1 246324铁磁性形 状记忆合金薄膜具有以下优点：
[0015] 1、本发明制备的附5一11246&24铁磁性形状记忆合金薄膜成分更精确，实现了与靶材 成分一致的多元化合物薄膜；
[0016] 2、本发明制备的附，11246&24铁磁性形状记忆合金薄膜的粗糙度低，表面更平整， 比现有Ni-Mn-Ga合金薄膜的粗糙度降低了 97. 5%~99% ;
[0017] 3、本发明制备的Ni52Mn24Ga24铁磁性形状记忆合金薄膜磁畴趋向一个方向排列，各 向异性强；
[0018] 4、本发明所需原料价格低廉、储量丰富，制备的合金薄膜韧性好、强度大，制备工 艺简单，易于工业化生产，为解决Ni-Mn-Ga块材缺陷提供了新的思路，对于微智能化和高 集成化有着重要的实用价值。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明不同激光频率下制备的Ni52Mn24Ga 24合金薄膜的AFM形貌和磁畴形貌 图，其中（a)激光器频率为4Hz时薄膜的AFM形貌图；(b)激光器频率为5Hz时薄膜的AFM 形貌图；（c)激光器频率为4Hz时薄膜的磁畴形貌图；（d)激光器频率为5Hz时薄膜的磁畴 形貌图；
[0020] 图2为本发明不同晶化时间下的Ni52Mn24Ga 24合金薄膜的AFM形貌和磁畴形貌图， 其中（a)薄膜的晶化时间为0. 5h时的AFM形貌图；(b)薄膜的晶化时间为3h时的AFM形 貌图；（c)薄膜的晶化时间为0. 5h时的磁畴形貌图；（d)薄膜的晶化时间为3h时的磁畴形 貌图；
[0021] 图3为本发明不同溅射时间下的Ni52Mn24Ga 24合金薄膜的AFM形貌和磁畴形貌图， (a)溅射42min的合金薄膜的AFM形貌图；(b)溅射126min的合金薄膜的AFM形貌图；（c) 派射168min的合金薄膜的AFM形貌图；（d)派射42min的合金薄膜的磁畴形貌图；（e)派射 126min的合金薄膜的磁畴形貌图；（f)派射168min的合金薄膜的磁畴形貌图。
【具体实施方式】
[0022] 下面通过实施例详细说明本发明的内容，但不用于限制本发明的保护范围，如无 特殊说明，本发明所涉及的实验药品及原料均市售可得，本发明所使用的真空非自耗电极 电弧炉购自于沈阳科技仪器责任有限公司。TOL-25B准分子激光器购自于安微光机所， PLD-450真空系统购自于沈阳科技仪器责任有限公司。实施例1
[0023] 试验合金靶材选用纯度为 99. 99at. % -Ni、99. 95at. % -Mn、99. 99at. % -Ga 三种 金属单质，按照摩尔份数比取52份的Ni、24份的Mn、24份的Ga放入真空非自耗电极电弧炉 中，熔炼前先将炉腔抽真空，真空度达5 X KT3Pa后，充入Ar保护气。为了使材料成分均匀， 每次熔炼前以机械手翻转材料，至少熔炼翻转4次，并在熔炼过程中加磁力搅拌。熔炼后得 到直径约50mm左右的锭材。在砂轮上打磨后将铸锭放到电火花线切割机上切成尺寸为直 径3mmX2mm的圆形祀材。选择规格为30mmX30mmX3mm的石英玻璃作为薄膜的基板。对 石英玻璃基板进行前处理：将石英玻璃基板经过去离子水洗，然后在丙酮中超声10分钟， 最后无水乙醇清洗，烘干。然后把圆形靶材和玻璃基板放入PLD-450真空系统中，抽真空至 I. 0 X 10_4Pa，石英玻璃基板温度为600°C，玻璃基板与靶材间距离为4cm。用TOL-25B准分 子激光器做为激光源发射激光，控制频率为4Hz，溅射168min。最后经过850°C退火，晶化 3h制备出Ni 52Mn24Ga24铁磁性形状记忆合金薄膜。
[0024] 实施例2
[0025] 试验合金靶材选用纯度为 99. 99at. % -Ni、99. 95at. % -Mn、99. 99at. % -Ga 三种 金属单质，按照摩尔份数比取52份的Ni、24份的Mn、24份的Ga放入真空非自耗电极电弧 炉中，熔炼前先将炉腔抽真空，真空度达5 X KT3Pa后，充入Ar保护气。为了使材料成分均 匀，每次熔炼前以机械手翻转材料，至少熔炼翻转4次，并在熔炼过程中加磁力搅拌。熔炼 后得到直径约50mm左右的锭材。在砂轮上打磨后将铸锭放到电火花线切割机上切成尺寸 为直径3mmX2mm的圆形祀材。选择规格为30mmX30mmX3mm的石英玻璃作为薄膜的基板。 对石英玻璃基板进行前处理：将石英玻璃基板经过去离子水洗，然后在丙酮中超声10分 钟，最后无水乙醇清洗，烘干。然后把圆形靶材和石英玻璃基板放入PLD-450真空系统中， 抽真空至1.0 X KT4Pa,石英玻璃基板温度为600°C，石英玻璃基板与靶材间距离为4cm。用 TOL-25B准分子激光器做为激光源发射激光，控制频率为5Hz，溅射168min。最后经过850°C 退火，晶化3h制备出Ni52Mn24Ga24铁磁性形状记忆合金薄膜。
[0026] 实施例3
[0027] 试验合金靶材选用纯度为 99. 99at. % -Ni、99