Ni-Mn-In-Gd铁磁形状记忆合金薄膜的制备与组织结构和磁性能研究

摘要

本文研究的Ni-Mn-In薄膜和Ni-Mn-In-Gd薄膜采用磁控溅射方法制备，薄膜厚度采用台阶仪测定、表面形貌采用原子力显微观察并分析表面粗糙和表面平均颗粒尺寸变化规律，采用扫描电镜观察薄膜表面微观组织结构、采用XRD分析晶体结构，采用振动样品磁强计测试退火后薄膜磁性能。研究了制备工艺参数对Ni-Mn-In和Ni-Mn-In-Gd合金薄膜表面形貌和溅射薄膜中镍、锰、铟、钆原子的沉积情况。研究了不同温度退火处理对薄膜微观组织结构和磁性能的影响，分析了稀土元素钆的掺杂对薄膜组织结构和磁性能影响。 沉积态薄膜表面形貌和化学成分分析结果表明，溅射功率为90W，0.5Pa，衬底温度为273K，溅射1h所得薄膜较理想，且薄膜化学成分更接近靶材成分。但溅射参数对Ni50Mn35In15和靶材Ni50Mn35In14.5Gd0.5溅射薄膜的影响略有不同。特别是溅射时间的影响。 对不同温度退火后薄膜研究结果表明；退火温度为873K时薄膜已完全晶化，随退火温度增加，薄膜表层颗粒尺寸逐渐减小。退火后薄膜的X射线衍射图表明，Ni51.33Mn33.23In15.43薄膜均由立方L21奥氏体母相和14M调制马氏体相组成。Ni51.33Mn33.23In15.43薄膜母相晶格常数、马氏体相的晶胞体积和薄膜平均晶粒尺寸均随退火温度增加而增大。Ni51.33Mn33.23In15.43磁性记忆合金薄膜室温初始磁化曲线表明，在18000G磁场下，薄膜均未达到磁饱和。退火温度对薄膜的初始磁化强度影响不大，但973K比873K和1073K初始磁化强度大些。室温磁滞回线结果表明，Ni51.33Mn33.23In15.43薄膜的矫顽力较小，呈现出典型的软磁性。 退火以使 Ni51.33Mn33.23In15.43和 Ni49Mn35.4In15.3Gd0.3铁磁形状记忆合金薄膜晶化，退火温度为1073K，退火时间1h，并随炉冷却。结果表明，掺杂稀土Gd的Ni-Mn-In薄膜表面的颗粒尺寸减小，薄膜的力学性能得到提高。室温下 Ni51.33Mn33.23In15.43和 Ni49Mn35.4In15.3Gd0.3薄膜均有立方L21奥氏体母相。薄膜的室温初始磁化曲线表明，在18000G磁场下，Ni51.33Mn33.23In15.43和Ni49Mn35.4In15.3Gd0.3薄膜均为达到饱和，掺杂Gd的Ni-Mn-In薄膜的初始磁化强度明显高于未掺杂Gd的薄膜，然Gd的掺杂对矫顽力的影响不大。

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第1章 绪 论

1.1 选题背景及研究的目的和意义

1.2 Heusler合金

1.3 Ni-Mn-In合金的晶体结构

1.4 Ni-Mn-In合金的马氏体相变

1.5 主要研究内容

第2章 实验材料及方法

2.1 材料制备及热处理

2.2 表面形貌与化学成分分析

2.3 物相与微观组织分析

2.4 磁学性能测试

第3章 Ni-Mn-In-Gd合金薄膜的制备及成分分析

3.1 引言

3.2 制备工艺参数对Ni-Mn-In薄膜表面形貌的影响

3.3 制备工艺参数对NI-Mn-In -Gd薄膜表面形貌的影响

3.4 制备工艺参数Ni-Mn-In薄膜化学成分的影响

3.5 制备工艺参数对Ni-Mn-In-Gd薄膜化学成分的影响

3.6 本章小结

第4章 Ni-Mn-In-Gd合金薄膜的显微组织结构与晶体结构

4.1 引言

4.2 不同温度退火处理对薄膜的影响

4.3 Gd的掺杂对Ni-Mn-In薄膜的微观结构和组织结构

4.4 本章小结

第5章 Ni-Mn-In-Gd合金薄膜的磁性能

5.1 引言

5.2 不同温度退火处理对Ni-Mn-In薄膜的影响

5.3 Gd的掺杂对Ni-Mn-In薄膜磁性能的影响

5.4 结论

第6章 结 论

致谢

研究生阶段在校科研成果

参考文献