一种双层哈斯勒合金磁制冷涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种组成含量梯度渐变的双层哈斯勒合金磁制冷涂层及其制备方法。包括基体、晶籽层、Sb含量渐变增加的NiMnSb层以及Sb含量渐变减少的NiCoMnSb层。通过哈斯勒合金涂层的选取以及选择多弧离子镀技术，制备得到了磁制冷性能优异的哈斯勒合金涂层，所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层的最大磁熵变ΔS

【技术实现步骤摘要】
一种双层哈斯勒合金磁制冷涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于磁制冷技术，具体的涉及一种双层哈斯勒合金磁制冷涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]磁制冷技术属于新型制冷技术，磁制冷具有高效节能、对环境无污染、运行可靠等优 异性能，被广泛研究。磁制冷的原理是通过磁性材料的磁热效应实现制冷，磁质冷材料等 温磁化和退磁的过程中，磁矩排列有序化及无序转化，从而改变磁熵，工质向外部环境释 放或吸收热量，进而达到制冷效果。
[0003]然而，现有技术大多的研究侧重在Heusler合金材料，而且是针对块体或带体材料。 中国专利CN105755346A公开了Ni-Mn-In室温磁制冷材料，材料为Ni-Mn基的Huesler合 金，化学通式为：Ni
50
Mn
50-x
In
x
，所述化学通式Ni
50
Mn
50-x
In
x
中X的取值范围为7～25。其制 备方法为：、将Ni，Mn及In三种原料按照Ni50Mn50-xInx的化学计量比进行配比；将配 好的原料放入电弧炉中，并将电弧炉抽真空，最后充入高纯度惰性气体作为保护气体；在 步骤S200的电弧炉环境中开始熔炼原料，为保证合金成分均匀，将熔炼所得的铸锭反复 熔炼多次；将制备所得的铸锭进行包裹封入真空石英管中，进行热处理，随炉冷却，便得 到铸锭样品。CN100463081A公开了具有磁场驱动马氏体相变效应的磁性材料，其化学式为： Ni
m
Co/>n
Mn
o
Sb
p
；其中，35＜m＜55，2＜n＜17，28＜o＜42，10＜p＜18，m+n+o+p＝100，m、 n、o、p表示原子百分比含量。上述磁性材料的制备方法，其步骤为：(1)按化学式Ni
m
Co
n
Mn
o
Sb
p
称量原料，(2)将称好的原料盛放在坩埚中，采用常规的提拉法生长Ni
m
Co
n
Mn
o
Sb
p
磁性单晶 或多晶，(3)使坩埚中的原料在1000～1330℃的熔融的温度条件下保持10～30分钟后，再 制备单晶或多晶。
[0004]同时，也有一些研究是针对Heusler合金膜层的，例如中国专利CN106498359A公开 了磁控共溅射制备面内磁化哈斯勒合金薄膜的方法，按以下步骤进行：(1)采用SiO2作 为衬底材料经过超声波清洗处理后送入磁控溅射真空室中的样品台；(2)将所需要的靶 材放入磁控溅射真空室的靶位上；(3)抽真空；(4)通过磁控溅射在衬底材料表面制备 哈斯勒合金薄膜，或者先在衬底材料表面制成Cr膜，再在衬底材料表面制备哈斯勒合金 薄膜。CN109913816A公开了一种温度梯度化磁热材料，其特征在于，包括Ni
50
Mn
37
Sn
13
合金 薄膜层以及Ni
50
Mn
35
In
15
合金薄膜层。本专利技术通过对磁热材料进行梯度化设计和制备，有利 于拓展现有磁热材料的工作温区，提高材料的磁热效应，并建立梯度磁热材料的设计原则 和调控机制，推动梯度磁热材料向应用方面发展。外文非专利“Growth and characterization of epitaxial NiMnSb/PtMnSb C1b Heusler alloy superlattices
”ꢀ
研究了通过直流磁控溅射NiMnSb/PtMnSb C1b哈斯勒合金超晶格涂层。
[0005]根据现有技术的检索，磁制冷涂层研究较少，如何提高磁制冷涂层的性能依然是研究 重点。

技术实现思路

[0006]专利技术针对现有技术中的不足，对高磁制冷涂层结构和制备方法两方面进行改进。通过 哈斯勒合金涂层的选取以及选择多弧离子镀技术，制备得到了磁制冷性能优异的哈斯勒合 金涂层。
[0007]为实现上述目，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]一种双层哈斯勒合金磁制冷涂层，包括基体、晶籽层、Sb含量渐变增加的NiMnSb层 以及Sb含量渐变减少的NiCoMnSb层。
[0009]进一步，所述基体选自单晶硅(001)、GaAs(001)、Mg(100)、Al2O3(0001)中 的一种。
[0010]进一步地，所述晶籽层选自铜层或钼层。
[0011]进一步地，所述晶籽层的厚度为300～500nm；所述NiMnSb层的厚度为50～200μm； 所述NiCoMnSb层的厚度为50～200μm。
[0012]进一步地，所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层的最大磁熵变ΔS
M
为40～60J
·
Kg-1
·
K-1
、 有效制冷能力RC
eff
为280～350J
·
Kg-1
、工作温度区间δT
FWHM
为25～35K。
[0013]一种双层哈斯勒合金磁制冷涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0014](1)将基体依次用除油剂、无水乙醇、去离子水超声清洗2～5min、干燥。
[0015](2)将基体置于多弧离子镀设备中，分别将铜靶或钼靶、NiMn靶、NiCoMn靶和Sb 靶置于靶位。抽真空至2
×
10-4
～5
×
10-4
Pa、开启加热真空腔至400～500℃。
[0016](3)向真空腔内通入Ar气，控制真空腔气压在2～5Pa时打开负偏压并设置在500～ 700V，对基体进行离子轰击清洗10～20min。
[0017](4)保持基体负偏压在100～200V，打开铜靶或钼靶电源沉积晶籽层，沉积结束后关 闭铜靶或钼靶电源。
[0018](5)保持基体负偏压在300～500V，打开NiMn靶和Sb靶电源沉积Sb含量渐变增加 的NiMnSb层，其中保持NiMn靶电流不变、Sb靶电流逐渐增大，沉积结束后关闭NiMn靶 和Sb靶电源。
[0019](6)保持基体负偏压在300～500V，打开NiCoMn靶和Sb靶电源沉积Sb含量渐变增 加的NiCoMnSb层，其中保持NiCoMn靶电流不变、Sb靶电流逐渐减小，沉积结束后关闭 NiCoMn靶和Sb靶电源、停止通入Ar，冷却至室温后取出基体。
[0020](7)对基体进行退火处理，即可得到双层哈斯勒合金磁制冷涂层。
[0021]进一步地，步骤(4)沉积条件为：工作气压1～2Pa、靶电流20～50A、沉积时间20-30min。
[0022]进一步地，步骤(5)沉积条件为：工作气压2～5Pa、NiMn靶电流80～120A、初始 Sb靶电流30～50A，Sb靶电流在沉积过程中随着时间的增加速率为1～1.5A/min、沉积时 间30本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双层哈斯勒合金磁制冷涂层，其特征在于，包括基体、晶籽层、Sb含量渐变增加的NiMnSb层以及Sb含量渐变减少的NiCoMnSb层。2.根据权利要求1所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层，其特征在于，所述基体选自单晶硅（001）、GaAs（001）、Mg（100）、Al2O3（0001）中的一种。3.根据权利要求1～2任一项所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层，其特征在于，所述晶籽层选自铜层或钼层。4.根据权利要求1～3任一项所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层，其特征在于，所述晶籽层的厚度为300～500nm；所述NiMnSb层的厚度为50～200μm；所述NiCoMnSb层的厚度为50～200μm。5.根据权利要求1～4任一项所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层，其特征在于，所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层的最大磁熵变ΔS
M
为40～60 J
·
Kg-1
·
K-1
、有效制冷能力RC
eff
为280～350 J
·
Kg-1
、工作温度区间δT
FWHM
为25～35K。6.一种如权利要求1～5任一项所述双层哈斯勒合金磁制冷涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将基体依次用除油剂、无水乙醇、去离子水超声清洗2～5min、干燥；（2）将基体置于多弧离子镀设备中，分别将铜靶或钼靶、NiMn靶、NiCoMn靶和Sb靶置于靶位，抽真空至2
×
10-4
～5
×
10-4
Pa、开启加热真空腔至400～500℃；（3）向真空腔内通入Ar气，控制真空腔气压在2～5Pa时打开负偏压并设置在500～700V，对基体进行离子轰击清洗1...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋会毫，
申请(专利权)人：广州市豪越新能源设备有限公司，
类型：发明
国别省市：