磁控濺射Ni-Mn-Ga合金薄膜的相變行為與性能.pdf

1、本文利用磁控濺射方法制備了Ni-Mn-Ga磁性形狀記憶合金薄膜，研究了濺射工藝對薄膜表面形貌、化學成分的影響規(guī)律，揭示了影響薄膜化學成分的物理機制；采用示差掃描熱分析、X射線衍射分析、透射電子顯微觀察、磁學和光學性能測試等手段研究了薄膜的馬氏體相變行為、微觀組織、磁致應變和光學反射率，確定了大光學反射率薄膜的馬氏體晶體結(jié)構(gòu)。
　　研究表明，濺射工藝對Ni-Mn-Ga薄膜的表面粗糙度和化學成分有顯著影響。薄膜表面粗糙度隨Ar工作壓強

2、和濺射功率的增大以及襯底溫度的升高而增大。薄膜中Ni含量隨濺射功率的增大而減少，隨襯底負偏壓的增大而增加；Mn與Ga含量隨濺射功率的增大而增加，隨襯底負偏壓的增大而減少。
　　研究發(fā)現(xiàn)，沉積態(tài)薄膜存在殘余壓應力，且隨膜厚的增大而減小，隨襯底負偏壓的增加而增大。沉積于未加熱襯底的薄膜室溫下處于部分結(jié)晶狀態(tài)，晶化過程中殘余壓應力有助于減小薄膜體積，促進晶化，導致晶化激活能降低，經(jīng)823K退火1小時后，薄膜完全晶化。
　　Ni-M

3、n-Ga薄膜在冷卻和加熱過程中發(fā)生一步熱彈性馬氏體相變與逆相變。價電子濃度的增大導致母相穩(wěn)定性降低，使薄膜馬氏體相變溫度升高。Ni56Mn27Ga17薄膜的Ms溫度高達584K，可望成為有應用前景的高溫形狀記憶薄膜。采用納米壓痕測試發(fā)現(xiàn)Ni49.34Mn26.96Ga23.4、Ni48.82Mn27.14Ga24.04和Ni47.95Mn26.75Ga25.3薄膜具有超彈性行為。
　　透射電鏡觀察證實，薄膜晶粒尺寸僅為200～50

4、0nm，低于Ni-Mn-Ga合金塊材晶粒尺寸約兩個數(shù)量級以上。Ni54Mn25.1Ga20.9薄膜室溫下處于馬氏體狀態(tài)，為七層調(diào)制正交結(jié)構(gòu)，馬氏體亞結(jié)構(gòu)為(011)I型孿晶，馬氏體變體界面清晰、平直。非調(diào)制四方結(jié)構(gòu)Ni56Mn27Ga17薄膜馬氏體基體內(nèi)存在立方結(jié)構(gòu)γ相，其馬氏體亞結(jié)構(gòu)為(111)I型孿晶。
　　磁學和光學性能測量表明，Ni-Mn-Ga薄膜的居里溫度對成分不敏感。薄膜的飽和磁化強度、矯頑力和剩磁均隨測試溫度的降低而

5、增大。Ni-Mn-Ga薄膜的磁致應變顯著依賴于測試溫度。當測試溫度低于Af溫度時，Ni49.34Mn26.96Ga23.4和Ni50.3Mn27.3Ga22.4薄膜的飽和磁致應變隨測試溫度的升高先增大后減小，在Ms溫度附近達最大值。當測試溫度低于Mf溫度時，Ni49.33Mn30.1Ga20.57薄膜的飽和磁致應變隨測試溫度的降低而增大。處于馬氏體狀態(tài)的Ni-Mn-Ga薄膜的光學反射率顯著依賴于表面粗糙度和晶體結(jié)構(gòu)，隨表面均方根粗糙度的