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总第156期2015年第4期Total

总第156期

2015年第4期

Total156

No.4,2015

SHANXIMETALJURGY

DOI:10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2015.04.04

热处理温度对Ni-Mn-Ga-Co薄膜性能的影响*

张馨，张敏刚，郭艳萍，孙娜，宫长伟，陈峰华

(太原科技大学材料科学与工程学院，山西太原030024)

摘要：采用磁控溅射技术在P型Si(100)基片上制备了掺杂Co的Ni-Mn-Ga薄膜，对制得的薄膜进行不同温度的热处理，并分析研究各种薄膜的表面形貌以及磁性能的异同。研究发现：在不同的退火温度下，Ni-Mn-Ga-Co薄膜表面颗粒的生长都比较均匀；薄膜在1073K退火1h的情况下，磁性能最强，随着退火温度的变高或变低，磁性能都有所减弱；当退火温度为1073K时，居里温度最高，为350K。

关键词：Ni-Mn-Ga-Co薄膜退火温度磁性能

中图分类号：TG156.2文献标识码：A文章编号：1672-1152(2015)04-0009-03

磁性形状记忆合金(MagneticShapeMemoryAl-loys,MSMA)作为一类广泛应用的新型形状记忆材料，不但具有传统形状记忆合金受温度场控制的热弹性形状记忆效应，而且具有受磁场控制的磁性形状记忆效应1。Ni-Mn-Ga是发现最早、研究最深入、最具代表性的磁性形状记忆合金2]。Ni-Mn-Ga

合金的最大磁致应变可达到9.4%3],最高响应频率可达5000Hz2],与传统的形状记忆合金相比，具有较高的响应频率以及较好的磁致伸缩性能。Ni-Mn-Ga合金薄膜的出现弥补了块体材料较难加工的缺点，目前已经成功运用于MEMS领域的微驱动器中[4]。

制备工艺的不同以及掺杂元素的不同对Ni-Mn-Ga薄膜的性能产生不同的影响。M.Ohtsuka?、尧健[6]、陈峰华7等分别将Fe、Gd、Sm掺杂到Ni-Mn-Ga薄膜中研究薄膜性能的改变。本文所介绍的研究将Co元素掺杂到Ni-Mn-Ga薄膜中，在不同的温度下对薄膜进行热处理，研究热处理温度对Ni-Mn-Ga-Co薄膜性能的影响。

收稿日期：2015-05-21

★基金项目：教育部高校博士点基金(20101415110003);山西省回国留学人员科研资助项目(2013-098);山西省研究生创新项日;太原科技大学大学生创新创业项目(xj2013055);太原科技大学校青年基金;太原科技大学研究生科技创新项目

第一作者简介：张馨(1989—),男，太原科技大学在读研究生。

通讯作者：张敏刚(1962—),男，博士，教授，博士生导师。

1试验方法

采用P型(100)单晶硅片作为基片，分别用V(HF):V(H?O?)=1:10的酸性清洗液、丙酮和酒精对基片超声清洗5min,干燥后立即放入磁控室。通过在靶材上放置小片的Co丝实现Co掺杂溅射，将制得的薄膜分别在1073、973、923、873、1173K下退火并保温1h,随炉冷却至室温，将五种温度下退火的五种薄膜分别编号为1号、2号、3号、4号、5号。实验工艺参数：溅射功率为180W,氩气气压为0.8Pa,靶间距为65mm,衬底负偏压为10V,本底真空度为2.0×10+Pa。

利用原子力显微镜(AFM)观察薄膜的表面形貌以及均方根粗糙度，应用振动样品磁强计(VSM)测试薄膜磁性能。

2实验结果与讨论

2.1热处理温度的不同对Ni-Mn-Ga-Co薄膜表面形貌的影响

下页图1是不同热处理温度下Ni-Mn-Ga-Co薄膜的表面形貌图。从图1中可以看出，薄膜表面均呈现出球状的颗粒，五种薄膜的表面颗粒都比较均匀而且致密。这说明不同温度下的退火都使薄膜的晶粒生长、组织改善，应力得到释放。

下页图2是热处理温度对薄膜表面均方根粗糙度的影响曲线。从图2中可以看出：在不同的退火温度下，薄膜表面均方根粗糙度也不一样；随着退火温度的升高，薄膜表面的均方根粗糙度逐渐变大，当热处理温度为1073K时达到最大值。这是因为在退火过程中，晶粒生长，温度越高生长越快，导致薄

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