基于陨石FeNi合金的剧烈塑性变形与磁场辅助退火诱导化学偏析研究

本研究针对稀土永磁材料替代难题，通过高压力扭转(HPT)和14 T磁场辅助退火技术处理陨石源Fe51Ni49合金，结合X射线衍射(XRD)和穆斯堡尔谱分析，发现低温(296℃)下Fe/Ni扩散增强及磁场促进元素偏析现象，为L10 FeNi相的人工合成提供新思路。

　　

在永磁材料领域，稀土元素依赖始终是制约可持续发展的关键瓶颈。当风力发电机和电动汽车的永磁体严重依赖钕铁硼(NdFeB)时，科学家们将目光投向了宇宙馈赠——陨石中天然存在的L1₀ FeNi相（又称四方镍纹石）。这种具有高磁晶各向异性的材料理论上可实现56 MGOe的能量积，媲美商用Nd₂Fe₁₄B，却因地球条件下Fe/Ni原子扩散缓慢而难以人工合成。

来自斯洛伐克科学院实验物理研究所（Institute of Experimental Physics SAS）的Jozef Kovac团队独辟蹊径，选取波兰Morasko陨石为原料，通过电弧熔炼(AM)制备准等原子比Fe₅₁Ni₄₉合金，创新性地采用高压力扭转(HPT)这种剧烈塑性变形技术结合14 T超强磁场退火，在低于四方镍纹石有序-无序转变温度(320℃)的条件下，成功诱导出Fe/Ni元素的化学偏析现象。相关成果发表在《Journal of Alloys and Compounds》上。

研究团队运用三项核心技术：微区电子探针(CAMECA SX 100)确定陨石成分，高压力扭转装置实现晶格畸变，以及振动样品磁强计(VSM)与⁵⁷Fe穆斯堡尔谱联用解析磁性能变化。通过对比常规退火与磁场退火样品的差异，揭示了外磁场对原子扩散的独特调控作用。

【结果与讨论】
X射线衍射(XRD)显示所有样品均保持面心立方(fcc)结构，空间群Fm-3m，未检测到L1₀相特征峰。但HPT处理后晶格参数从3.58 ?微增至3.59 ?，表明塑性变形引入了晶格应变。

磁性测量发现，经296℃磁场退火的样品矫顽力(H_c)提升至最高89 Oe，较未处理样品提高约40%。穆斯堡尔谱分析更揭示出关键证据：磁场退火样品中出现新的六线谱成分，对应Fe原子局域环境改变，证实外磁场促进了Fe/Ni原子偏聚。

【结论】
尽管未直接观测到L1₀ FeNi相形成，但研究首次证实：1）HPT处理能降低Fe/Ni扩散激活能，使低温(296℃)原子重排成为可能；2）14 T磁场可显著增强元素偏析，这是构建L1₀超晶格的关键步骤。该发现为开发非稀土永磁材料提供了新范式——通过极端物理场耦合调控原子扩散动力学，突破传统冶金学的温度限制。

这项研究的深远意义在于：将陨石这种"宇宙实验室"的缓慢地质过程，通过HPT和磁场退火的协同作用，压缩至工业化可行的时空尺度。未来通过优化变形参数与磁场强度组合，有望实现人工合成四方镍纹石的重大突破，缓解稀土资源战略压力。