本發(fā)明涉及磁性材料，特別是指一種高磁性能磁碼盤fecocr材料及其制備方法，能夠?qū)崿F(xiàn)半硬磁合金薄膜的矯頑力和剩磁協(xié)同提升。

背景技術(shù)：

1、磁編碼器是一種非接觸式位置傳感器，它通過磁電阻效應(yīng)將被檢測(cè)對(duì)象的旋轉(zhuǎn)角度、速度等關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字電信號(hào)，廣泛地應(yīng)用于高端數(shù)控機(jī)床等高精度控制領(lǐng)域。磁編碼器的精度直接影響數(shù)控機(jī)床的加工精度，而磁編碼器的精度取決于磁極信號(hào)的密度及均勻一致性。相較于光編碼器，磁編碼器具有抗震動(dòng)、耐腐蝕和污染、成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等各種優(yōu)良特性，而得到越來越多的應(yīng)用。

2、構(gòu)成磁編碼器件的核心是具有優(yōu)良磁性能的磁碼盤材料。根據(jù)磁碼盤的實(shí)際應(yīng)用要求，碼盤材料要同時(shí)具有適中的矯頑力和高的剩磁以易于磁極信號(hào)的寫入（充磁）和檢測(cè)。足夠的剩磁能保證碼盤具有可靠的輸出信號(hào)強(qiáng)度，相對(duì)較高的矯頑力能夠保證磁碼盤在磁極易于寫入的前提下具有充分的抗電磁干擾能力。

3、具有調(diào)幅分解特征的fecocr基合金薄膜是永磁材料家族的重要組成部分，相比于smco、ndfeb、fe(co)pt和cocrta等眾多合金材料，半硬磁fecocr基合金薄膜具有力學(xué)性能好、不含稀土或貴金屬元素、居里溫度較高（tc約為650℃）、便于充磁等實(shí)用優(yōu)勢(shì)，有望作為新型磁編碼記錄材料而應(yīng)用在未來高精度磁編碼器中。此外，結(jié)合磁碼盤材料的實(shí)際應(yīng)用需求，磁碼盤材料的均勻性對(duì)磁編碼器的精度和記錄磁信號(hào)的穩(wěn)定性具有重要的影響。為了在保證磁碼盤記錄的磁極信號(hào)的抗擾動(dòng)性與讀寫性能需求的同時(shí)，還需要解決微結(jié)構(gòu)的均勻性一致性問題。

4、因此，fecocr磁碼盤材料的磁性能的提升和均勻性調(diào)控對(duì)發(fā)展高精度磁編碼器具有重要意義。如何在提升fecocr薄膜材料磁性能的同時(shí)兼顧材質(zhì)在小尺度的均勻性是亟待解決的關(guān)鍵問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明針對(duì)磁碼盤薄膜材料fecocr的矯頑力和剩磁難于共同提升，并同時(shí)保證磁碼盤材料均勻性的問題，提出通過材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同時(shí)大幅提升fecocr薄膜矯頑力和剩磁，并保證材料的均勻性方。具體而言，本發(fā)明的技術(shù)方案如下法：

2、一種高磁性能磁碼盤fecocr材料的制備方法，包括以下步驟：

3、（1）通過磁控濺射方法，在基底上，依次交替直流濺射b靶、fecocr靶、b靶和fecocr靶，然后再濺射ta層，得到制備態(tài)薄膜；通過構(gòu)建[b/fecocrmoti]2兩周期多層膜結(jié)構(gòu)，更有利于實(shí)現(xiàn)fecocr基薄膜徹底的調(diào)幅分解，同步大幅提升矯頑力和剩磁。具體而言，高溫退火后b原子優(yōu)先與cr原子結(jié)合生成crb2相，減小了富feco相中cr原子的濃度，甚至使部分區(qū)域生成了feco鐵磁相，可以使得剩余磁化強(qiáng)度大幅提升，兩周期的結(jié)構(gòu)可以使得b更充分與cr結(jié)合。

4、優(yōu)選地，濺射中使用的?fecocr靶為fecocrmoti合金靶材，靶材的名義成分為?fe：co：cr：mo：ti?=?42:25:30:3:1（wt%），fecocrmoti可簡(jiǎn)寫成fecocr。

5、濺射過程中本底真空度低于3×10-5?pa，ar氣分壓維持在0.4?pa。

6、（2）將所述制備態(tài)薄膜進(jìn)行分級(jí)退火處理。

7、優(yōu)選地，所述分級(jí)退火處理的真空度≤5×10-5?pa，先在?700-750℃恒溫退火?15-25min，然后將溫度降低至?600-650℃恒溫退火?25-35min。通過兩種溫度下分級(jí)退火，有利于獲得高的磁性能。

8、優(yōu)選的，所述分級(jí)退火先在?700℃恒溫退火?20?min，然后將溫度降低至?630℃恒溫退火?30?min。

9、優(yōu)選的，基底材料選自硅基底或無磁不銹鋼基底。

10、優(yōu)選的，濺射b靶的反應(yīng)條件為濺射功率200w，濺射時(shí)間為11分6秒；濺射fecocr靶的條件為濺射功率100w，濺射時(shí)間為27分30秒；濺射ta層的條件為濺射功率為50w，濺射時(shí)間為5分33秒。

11、本發(fā)明還提供了所述方法制備得到的高磁性能磁碼盤fecocr材料，包括基底、b層、fecocrmoti層以及保護(hù)層，其中b層厚度為10-50nm，fecocrmoti層厚度為100nm。

12、優(yōu)選的，b層厚度為20nm，fecocrmoti層厚度為100nm。

13、優(yōu)選的，fecocr材料結(jié)構(gòu)為：基底/b/fecocrmoti/b/fecocrmoti/ta。

14、進(jìn)一步的，本發(fā)明的材料應(yīng)用于高精度磁編碼器的磁碼盤領(lǐng)域。

15、本發(fā)明的技術(shù)方案帶來的有益效果至少包括：

16、本發(fā)明可使fecocr薄膜的矯頑力引入20nm?b層后，其矯頑力與剩磁分別達(dá)到了610?oe與5340?oe，相較于fecocrmoti單層膜提升了24.5%與135.1%，可以達(dá)到磁編碼器碼盤的實(shí)際應(yīng)用需求。同時(shí)，b原子半徑較小，它在退火過程中的擴(kuò)散行為對(duì)薄膜微結(jié)構(gòu)均勻性的影響較小。

17、根據(jù)熱力學(xué)以及b原子與fe、co、cr這三種溶劑原子發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的焓變差異，b原子優(yōu)先與cr原子結(jié)合生成crb2相，而排斥co或fe原子，有利于進(jìn)一步降低富feco相中cr的含量，富fe-co相與富cr相中cr原子的濃度差異也會(huì)逐漸增大，從而促進(jìn)調(diào)幅分解的進(jìn)一步進(jìn)行，并且實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明波薄膜內(nèi)部新生成的crb2相與fe0.7co0.3相晶胞體積分別為23.45?3與23.52??3，與調(diào)幅分解相十分接近，有利于提高納米尺度微結(jié)構(gòu)的均勻性。因此，本發(fā)明在提高fecocr合金薄膜硬磁性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加均勻的微結(jié)構(gòu)，為其在高密度磁碼盤領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要的科學(xué)數(shù)據(jù)支持，又具有較低的成本。

技術(shù)特征：

1.一種高磁性能磁碼盤fecocr材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，濺射中使用的?fecocr靶為fecocrmoti合金靶材，靶材的名義成分為?fe：co：cr：mo：ti?=?42:25:30:3:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分級(jí)退火處理的真空度≤5×10-5?pa，先在700-750℃恒溫退火?15-25min，然后將溫度降低至?600-650℃恒溫退火?25-35min。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，分級(jí)退火先在?700℃恒溫退火?20?min，然后將溫度降低至?630℃恒溫退火?30?min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，基底材料選自硅基底或無磁不銹鋼基底。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，濺射b靶的反應(yīng)條件為濺射功率200w，濺射時(shí)間為11分6秒；濺射fecocr靶的條件為濺射功率100w，濺射時(shí)間為27分30秒；濺射ta層的條件為濺射功率為50w，濺射時(shí)間為5分33秒。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述方法制備得到的高磁性能磁碼盤fecocr材料，其特征在于，包括基底、b層、fecocrmoti層以及保護(hù)層，其中b層厚度為10-50nm，fecocrmoti層厚度為100nm。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的fecocr材料，其特征在于，b層厚度為20nm，fecocrmoti層厚度為100nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的fecocr材料，其特征在于，fecocr材料結(jié)構(gòu)為：基底/b/fecocrmoti/b/fecocrmoti/ta。

10.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述方法制備的fecocr材料或者權(quán)利要求7-9任一項(xiàng)所述的fecocr材料，在高精度磁編碼器的磁碼盤領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種高磁性能磁碼盤FeCoCr材料及其制備方法，涉及磁性材料技術(shù)領(lǐng)域，包括：（1）通過磁控濺射方法，在基底上，依次交替直流濺射B靶、FeCoCr靶、B靶和FeCoCr靶，然后再濺射Ta層，得到制備態(tài)薄膜；（2）將所述制備態(tài)薄膜進(jìn)行分級(jí)退火處理。本發(fā)明在提高FeCoCr合金薄膜硬磁性的同時(shí)實(shí)現(xiàn)更加均勻的微結(jié)構(gòu)，為其在高密度磁碼盤領(lǐng)域的應(yīng)用提供重要的科學(xué)數(shù)據(jù)支持，又具有較低的成本。

技術(shù)研發(fā)人員：于廣華,劉錦濤,徐秀蘭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江麥格智芯科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2