1896年法國（guó）物理學家（jiā）C.E.Guialme發現了一種奇妙的合金，這種合金在磁（cí）性溫度即居裏點附近熱膨脹係數顯著減少，出（chū）現所謂反常熱膨脹現（xiàn）象（負反常），從而可以在室溫（wēn）附近很寬的溫度範圍內，獲得很小的甚至接近零的膨脹係數，這種合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈麵心裏方結構，其牌號為Dilaton 36/4J36，它的中文名字叫殷鋼，英文名字叫因瓦合金（invar），意思是（shì）體積不變（biàn）。這個卓越的合金對科學進步（bù）的（de）貢獻如此之大，致使其發現者（zhě）法國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的諾貝（bèi）爾獎，在曆史上他是第一位也是唯（wéi）一的科學家因一項冶金學成果而獲此殊榮（róng）。

一（yī）、因瓦效應

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)自從十九（jiǔ）世紀（jì）被（bèi）發現以來，人們就被它的巨大的工業應用潛力和所蘊含的豐富的物理內容所吸引，因瓦效應的研究不僅是闡明金屬及其合金、化合物磁性起源的重要途徑，而且在精密儀器（qì）儀表、微波通訊、石油運輸容器以及高科（kē）技（jì）產品等領域有廣泛的實際作用，因而因瓦合金是許多（duō）冶金（jīn）材料學家力於開拓的（de）新材料領（lǐng）域（yù），其機理也是凝聚態物理學家（jiā）尚待解決的難題。一般來說，絕大多數金屬和合金都是在受熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它們的（de）熱膨脹係數呈線性（xìng）增大，但是（shì）元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元（yuán）素組成的某些（xiē）合金，由於它們的鐵磁性，在一定（dìng）的溫度（dù）範圍內，熱膨脹不符合正常的膨脹規律，具有因瓦效應的反常熱膨脹。例如，因瓦合金(Invar)在居裏點以上的熱膨脹與一般合金相似，但在居裏點以下形成（chéng）反常（cháng）熱膨脹（zhàng），為了搞（gǎo）清因瓦合金的機理，科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它的機（jī）理與化學成分及磁性有關，它（tā）在（zài）一定範圍的線膨（péng）脹係數是由低膨脹和高膨脹兩部分組成，含鎳量在（zài）一定範圍內的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹係數的（de）急劇變化。當含有32%-36%的鎳合（hé）金具有很低的線膨脹係數，一般平均膨脹係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含Ni量達到36%時，因瓦（wǎ）合金熱膨（péng）脹係數最低，達到a=1.8×10^-6 /℃，從而可獲得（dé）低到接近零（líng）值甚至負值的熱膨脹係（xì）數。該（gāi）合金在（zài）居裏溫（wēn）度以上（230℃），失去了（le）磁性，膨脹係數變大，而在居裏點Tc附（fù）近熱脹係（xì）數比正常的係數小，出現所謂的“負反常”現象。為什麽因瓦合金會隨化學成分及磁性的變化會出現“負反常”的熱膨脹係數（shù）？科學家根據試驗結果，在理論方麵對其進（jìn）行了廣（guǎng）泛的研究，研究表（biǎo）明因瓦效應主要是在具有（yǒu）麵心裏（lǐ）方的γ-Fe中出現，在γ相和α相的相界，當α相為零時就出現因（yīn）瓦效應，像這樣（yàng）關於隻（zhī）在γ-Fe係合金中出現因瓦效應（yīng）的原因，目前有各種解釋，但是大多數人認為，有兩種：

（1）在fcc合金中，Fe具有高自（zì）旋和低自旋兩種不同的能態，高自旋態使鐵（tiě）磁性穩定並使合（hé）金的體積膨脹。這樣從居（jū）裏溫度以上的溫度區逐漸降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態（tài）過渡，使合金體積逐漸膨脹（zhàng）。但是，隨著溫度的降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小（xiǎo），這個效應與Fe的（de）磁性膨脹之間發生竟爭，結果使實際（jì）體積變化減（jiǎn）小（xiǎo），產生正的自發（fā）體積磁致伸縮，使因瓦合金在居裏點附近出現所謂的“負反常”。

（2）invar合金的費米能級位於d能帶低能態密度（dù）附近，從而（ér）在鐵磁性極化的同時，電子動能的增長比普通合金大得多，能帶寬度減小（能態密度提高），使之力圖減少動能的增長，而能帶（dài）寬度的減小相當於晶（jīng）格膨脹，即磁性（xìng）膨脹（zhàng），其結（jié）果和上述（1）一樣，由於晶格膨脹與晶格（gé）振動相競爭，於是出現低膨脹特性。考（kǎo）察以上兩種見解（jiě），可以發現，invar效應是由Fcc立方Fe基合金的鐵（tiě）磁性的能態所具有（yǒu）的一種特性引起的，這是上述兩種解（jiě）釋都（dōu）包含的共同概念。根據這（zhè）個概念，可以設計其它因瓦合金。

二、因瓦合金的特性

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)屬於鐵基高鎳合金，通常含有32%-36%的鎳，還含有少量的S、P、C等元素，其餘為60％左右的Fe，由（yóu）於鎳為擴大奧（ào）氏體元素，故高鎳使（shǐ）奧氏體轉為（wéi）馬氏體的相（xiàng）變降至室溫以下，－100～－120℃，因而經退火後，因瓦合（hé）金在室（shì）溫及室溫以下（xià）一定溫度範（fàn）圍內（nèi），均具有麵心晶格結構的奧氏（shì）體組織，也是鎳溶於γ-Fe中形（xíng）成的固溶體（tǐ），因而因瓦合金具有以下（xià）性能。

1．膨脹係數小

因（yīn）瓦合金也叫不脹鋼，其平（píng）均膨脹係數（shù）一般為（wéi）1.5×10^-6℃，含鎳在36%是達到1.8 ×10^-8℃，且在室溫－80℃—+100℃時均不發生變化。

2．強度、硬度不高

因瓦合金含碳量小於0.05%，硬度和強度（dù）不（bú）高，抗拉強度（dù）在517Mpa左（zuǒ）右，屈（qū）服強度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一般可以通過冷變形來提高強（qiáng）度，在強度提高的同時仍具有（yǒu）良好的塑性。

3．導熱（rè）係數低

因瓦（wǎ）合金的導（dǎo）熱係（xì）數為0.026～0.032cal/cm•sec•℃，僅為45鋼導熱係數的1/3-1/4。

4．塑（sù）性、韌性高

因瓦（wǎ）合金的延伸率和斷麵收縮率以及衝擊韌性都（dōu）很高，延伸率δ= 25-35%，衝擊韌性αK=18-33公（gōng）斤米/厘米（mǐ）2。

5．其它性能

由於（yú）因（yīn）瓦合金含鎳較高，提高了鋼的淬透性和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和耐磨性。

通過因瓦合金的化學成分、金相組織及機械、物理性能分析可知，因瓦合金的（de）切削加工性與（yǔ）奧氏（shì）體不鏽鋼類似，但比奧氏體不鏽鋼還要難加工，故因瓦合金在加工中主要具有切削力大、切削溫度（dù）高、刀具磨損快等特（tè）點，因而因瓦合金在加工過程中，出現軟、粘和很（hěn）大的塑性，切屑不（bú）易折（shé）斷，增加了切屑和前到麵的摩擦，加劇（jù）了刀具（jù）的磨損，這樣不僅降低了刀具的耐用度，而且降（jiàng）低了工件的加工精度（dù），因而在（zài）加工因瓦合金加工時，必須采用（yòng）高性能的（de）硬質合金塗層刀具和新的加工方法（fǎ），才能使切削加工順利進（jìn）行，隻要方法得當（dāng），就可使難加工的（de）因瓦合金變得很容（róng）易加工，使因（yīn）瓦合金由（yóu）“難加工成變成（chéng）易切（qiē）削”是我們研究因瓦合金材料性能的宗旨，也（yě）是我們所要達到的目標。

三、因瓦合（hé）金的發展及應用前景

自從因瓦合金(德鎳 Dilaton36)的發現，引起了世界各國科學家的重視（shì）和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是從性能和應用（yòng）上都得到了極大的提高。如1927年日本增本量首先研製出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金（jīn），1937年德國A..Kussmann研製出Fe—Pt和Fe—Pd因瓦（wǎ）合金等；我國在五、六十年代也（yě）研製出4J32和4J36因瓦合金（jīn）；經過將70年的發展，直到20世紀70年代，美國Inco公司研製出Incoloy903合金，才使低膨脹合金進（jìn）入了（le）高溫用途領域，到80年代末期，才形成了現代低膨脹超合金係列。作為低膨脹合金都要求組織穩定性，一般要求在－60℃～－70℃下不發生馬氏（shì）體相變（biàn）。因為一發生（shēng）這種（zhǒng）相變，合金的膨脹係數會發生突變，導致應用出現故障，這是不允（yǔn）許的。可貴的是，FeNi36因瓦合金（jīn）和FeNi32Co4超因瓦合金（jīn），在-273℃下也能保持組（zǔ）織穩定性（xìng），因而至今廣泛（fàn）應用的隻有因瓦合金和超因瓦（wǎ）合金，近幾年來在改進它們的質量，擴大使用範圍，科學（xué）家們做了大量的研究工作，經過100多年的發展，因瓦合金仍然是被廣泛（fàn）應用的經久不衰的（de）優質材料。

在因瓦合金問世（shì）的一百多年以來，取其低膨脹係數低這一特征（zhēng）的應用領域迅速擴大，用因瓦合金（jīn）製造的精密（mì）儀器儀表、標準鍾的擺杆（gǎn）、擺輪及鍾表的遊絲成為早期最重要的產品，在上世紀20年代用（yòng）因瓦合金代替鉑用作於玻璃封接的引絲，大大的降低了成本；到了（le）五、六十年代，因（yīn）瓦合金（jīn）的用途繼續擴（kuò）大，主要用於無線電電子管、恒（héng）溫器中作控溫用的熱雙金屬片、長度標尺、大地測量（liàng）基線（xiàn）尺等；到了八九（jiǔ）十年代，廣泛用於微（wēi）波技術、液態氣體儲容器、彩電（diàn）的（de）陰罩（zhào）鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激光（guāng）準直儀腔體、三步重複光刻相機基板等。進入21世紀之後，隨（suí）著航天技術的飛速發展，新的應用還包括用在航天遙感器（qì）、精密激光、光學測量係統和波導管中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨（jù）大透鏡的（de）支（zhī）撐（chēng）係統和需要安裝透（tòu）鏡的各（gè）種各（gè）樣科學儀器中。

總之，隨（suí）著因瓦合金（jīn）不斷應（yīng）用於人造衛（wèi）星、激光、環形激光陀螺儀和其他先進的高科技產品，有力地表明這（zhè）些古老的材料正在幫助現代科學向更高水平邁（mài）進。