［本站讯］借用磁场制作新材料是现代材料领域常用的技术，而磁场对材料改性的内在机制研究特别是微观原子扩散机制研究一直是材料界关注的重要问题。近日，材料液固结构演变与加工教育部重点实验室博士研究生李佳昌在金属材料类顶刊发表的最新研究成果，首次在强磁场条件下揭示Al/Cr0.5MnFe0.5NiCu1.4、Al/Cu和Al/Ni体系的液—固扩散行为，实验设计有效削弱自然流动对溶质传输的干扰，使磁场对界面扩散和元素迁移的作用得以定量分析。相关成果“The effect of high magnetic field on Al/Cr_0.5MnFe_0.5NiCu_1.4 liquid-solid diffusion kinetics”发表在Acta Materialia。该项研究采用强磁场作为非接触、无污染的调控手段，实现金属材料界面扩散与界面处硬脆金属间化合物（IMC）生长的精准调控。博士生李佳昌为论文第一作者，在导师白延文、王伟民、边秀房的指导下完成。

强磁场中Al/Cr0.5MnFe0.5NiCu1.4液-固扩散图2 强磁场对金属织构的影响

铝合金与钢和高熵合金等高强金属连接时，界面处会形成硬脆的金属间化合物（IMC）层。传统工艺多通过调节热输入、添加过渡层或优化冷却调控界面结构，但此类措施往往也影响熔池流动、热应力与焊缝成形，难以独立调控界面反应。如何在热循环条件不变的前提下实现界面扩散与IMC生长的精准调控，是该领域的一个关键问题。

研究团队采用毛细管—金属块扩散偶装置，该实验设计有效削弱自然流动对溶质传输的干扰，使磁场对界面扩散和元素迁移的作用得以定量分析。通过对比多元高熵合金体系与Al/Cu、Al/Ni二元体系，进一步辨析不同体系对磁场响应的差异及其内在机制。研究表明，Al/Cr_0.5MnFe_0.5NiCu_1.4体系中各组元的扩散行为随磁场强度呈现明显差异。Mn和Cr的扩散速率表现出非单调变化，并在3 T磁场下达到最大值；Fe、Ni和Cu的扩散速率则随磁场增强而持续提高。该项研究进一步将磁偶极相互作用引入多元液—固扩散分析，揭示不同元素因磁学性质而受到作用力的差异和对元素扩散速率产生不同影响的原因。该结果说明，强磁场不仅能够改变整体扩散程度，还可对多组元合金中的不同元素实施选择性调控。

不同磁场下 Al/Cr0.5MnFe0.5NiCu1.4 扩散偶中铝丝的成分分布和 SEM 形貌

在此基础上，研究团队系统分析了不同磁场强度下IMC层厚度与形貌的演变规律。外加磁场能够改变IMC层的生长动力学，为强磁场控制界面反应层结构提供理论依据。该项研究在弱对流条件下建立了磁偶极相互作用、元素差异化扩散与IMC层演化之间的联系，为利用强磁场调控高熵合金/铝异种连接界面以及轻量化异种材料接头的组织优化与性能提升提供了实验和理论参考。

研究受到国家自然科学基金和山东大学仪器设备能力提升等项目的资助。