1896年法國物理學家C.E.Guialme發現了（le）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，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室（shì）溫（wēn）附近很寬的溫度範圍內，獲得很小的（de）甚至（zhì）接近（jìn）零（líng）的膨脹（zhàng）係數，這種合（hé）金的組成是（shì）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（jiào）因瓦合金（invar），意思（sī）是體（tǐ）積不變。這個卓越的合金對科學進（jìn）步的貢獻如此之大，致使其發現者法國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的（de）諾貝爾獎，在曆史上他是第一位也是唯（wéi）一的科學家因一項（xiàng）冶（yě）金學成果而獲此殊榮。

一、因瓦效（xiào）應

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)自從十九（jiǔ）世紀被發現以（yǐ）來，人們就被它的巨大的工業（yè）應用潛（qián）力和所蘊含的豐富的（de）物理內容（róng）所吸（xī）引（yǐn），因瓦效應的研究不僅是闡明（míng）金屬及其合金、化（huà）合物磁性起源的重要途徑，而且在精密（mì）儀器儀表、微波通訊、石油運輸容器以及高科技產品等領域有廣泛（fàn）的實際作用，因而因瓦（wǎ）合（hé）金是許多冶金材料學家力於開拓的新材（cái）料領（lǐng）域（yù），其機理也是凝聚態物理學家尚待解決的難題。一般來說，絕（jué）大多數金屬和合金都（dōu）是在受熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它們的熱膨脹係數呈線性增大（dà），但是元素周期表中的（de）鐵、鎳、鈷等過渡族元素（sù）組成的某些合金，由於它（tā）們的鐵磁（cí）性，在一定的溫度範圍內，熱膨脹不符合正常的膨脹規律，具有因瓦效應（yīng）的反常熱（rè）膨脹。例如，因瓦合金(Invar)在居裏點以上的熱膨脹與一般（bān）合金相似，但在居（jū）裏點以下形成反常（cháng）熱（rè）膨脹（zhàng），為了搞清因瓦合金（jīn）的機理，科學（xué）家們作了大量的實驗，試驗表（biǎo）明，它的機理與化學成分及磁性有關，它在一定範圍的線膨脹係數是由低（dī）膨脹和高（gāo）膨脹（zhàng）兩（liǎng）部（bù）分組成，含（hán）鎳量在一定範圍內的增減（jiǎn）會（huì）引起（qǐ）鐵、鎳合金線膨脹係數（shù）的急劇變化。當含有32%-36%的鎳合金具有很低的線（xiàn）膨脹（zhàng）係數，一（yī）般平均膨脹（zhàng）係數為ã=1.5×10^-6 /℃，當含Ni量達到36%時，因瓦合金熱膨（péng）脹係數最低，達到a=1.8×10^-6 /℃，從（cóng）而可獲得低到接近零值甚至負值的熱膨脹係（xì）數。該合金在居裏溫度以上（230℃），失去了磁（cí）性，膨脹係數變大，而在居裏點Tc附近熱脹係數比正常的係數小，出現所謂的“負反常”現象。為什麽因瓦（wǎ）合金（jīn）會（huì）隨化學成分及磁性的變化會出現“負反常”的熱膨脹係數？科學家根據試（shì）驗結果，在理（lǐ）論（lùn）方麵（miàn）對其進行了廣泛的研究，研究表明因瓦效（xiào）應主要是在（zài）具有麵心裏方的γ-Fe中出現，在γ相（xiàng）和α相的相界，當α相為（wéi）零時就出（chū）現因瓦效應，像這樣關於隻在γ-Fe係合金中出現因瓦效應的原因，目前有各種解釋，但是大多數人認為，有兩（liǎng）種：

（1）在fcc合金中（zhōng），Fe具有高（gāo）自旋和低自旋兩種不同的（de）能態，高自旋態使鐵磁性穩定並使合金的體積膨（péng）脹（zhàng）。這樣從居（jū）裏溫度（dù）以上的溫度（dù）區逐漸（jiàn）降低過（guò）程中Fe從低自旋向高自旋能態過渡，使合金體積逐漸膨脹。但是，隨（suí）著溫度的降低，晶格振動減弱，合金（jīn）體積也同（tóng）時縮小，這個效應與Fe的磁性膨（péng）脹之間發生竟爭，結果使實際體積變化減小，產生正的自發體積磁致伸縮，使因瓦合金在（zài）居裏點附近出現所謂的“負反常”。

（2）invar合（hé）金的費米能級位（wèi）於d能帶低能（néng）態（tài）密度附近，從而在鐵磁（cí）性極化的同時，電（diàn）子動能的增長（zhǎng）比普（pǔ）通合金大（dà）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，而能帶寬度（dù）的減小相當於晶格（gé）膨脹，即磁性膨脹，其（qí）結果和（hé）上述（1）一樣，由於（yú）晶格膨脹與晶格振動相競爭，於是出現低膨脹特性。考察以上兩種見解，可以發現，invar效應是由Fcc立方Fe基合金的（de）鐵磁性的（de）能態所具有的一種特性引起的，這是上述兩種解釋都包含（hán）的共同概（gài）念。根據這個概念，可（kě）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（gāo）鎳合金，通常含有32%-36%的鎳，還（hái）含有少量的S、P、C等元（yuán）素，其餘（yú）為60％左右的Fe，由於鎳為擴大奧氏體元素，故高鎳使奧氏體（tǐ）轉為馬氏（shì）體的相變降至室溫以（yǐ）下，－100～－120℃，因而經退火後，因瓦（wǎ）合金在（zài）室溫及室溫（wēn）以下一定溫度範圍內，均具有麵心（xīn）晶格結構的奧氏體組織，也是（shì）鎳溶於γ-Fe中形（xíng）成的固溶體，因而因瓦合金具有以下性能。

1．膨（péng）脹係數小（xiǎo）

因瓦合金也叫不脹鋼，其（qí）平均膨脹係數一般為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（biàn）化。

2．強度、硬度不高

因瓦合金含碳量小（xiǎo）於0.05%，硬度（dù）和強度不高（gāo），抗拉強度在（zài）517Mpa左右，屈服強度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一般可以通過冷變形來提（tí）高強度，在強度（dù）提高的同時仍（réng）具（jù）有良（liáng）好的塑性。

3．導熱係數（shù）低

因瓦合金的導熱係數為0.026～0.032cal/cm•sec•℃，僅（jǐn）為45鋼導熱係數的1/3-1/4。

4．塑性、韌（rèn）性高

因（yīn）瓦合金的延伸率和斷麵收縮率以及衝擊韌性都很高，延伸率δ= 25-35%，衝擊韌性（xìng）αK=18-33公斤米/厘米2。

5．其它性能

由於因瓦合金含鎳較（jiào）高，提高了鋼的（de）淬透性和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和耐磨（mó）性。

通過因瓦合金的化學成分、金相組織（zhī）及機械、物理性能分析可知，因瓦合金的切削加工性與奧氏體不鏽鋼類似，但比奧氏體不鏽鋼還要難加工，故（gù）因瓦（wǎ）合（hé）金在加工中主（zhǔ）要具有切削力大、切削溫度高、刀具（jù）磨損快（kuài）等特點，因而因瓦合金在加工過程中，出現（xiàn）軟、粘（zhān）和很大的塑性，切屑（xiè）不易折斷，增加了切屑和前到麵的摩（mó）擦（cā），加劇了刀具的磨損（sǔn），這樣不僅降低了刀具的耐用度，而且降低了工（gōng）件的加工精度，因而在加工因瓦合金加工時，必須采用高性能的硬質合金塗層刀具和新的加工（gōng）方法，才能使（shǐ）切削加（jiā）工順利進行，隻（zhī）要方法得當，就可使難加工的因瓦合金變得很容易加工，使因瓦合（hé）金由（yóu）“難加工成變成易（yì）切削”是我們研（yán）究因瓦合金材料性能的宗旨，也是我們（men）所要達到的（de）目標。

三、因瓦合金的發展及應用前景

自從因瓦合（hé）金(德鎳 Dilaton36)的發現，引起了世界各國科學家的重視和研究，使（shǐ）得因瓦合金無論（lùn）是從種類還是從性（xìng）能和應用（yòng）上都得到（dào）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，1937年（nián）德國A..Kussmann研製出Fe—Pt和Fe—Pd因（yīn）瓦合金等；我國在五、六十年代也研製（zhì）出4J32和4J36因瓦合金；經過將70年的發展，直（zhí）到20世紀70年代，美國Inco公司研製出（chū）Incoloy903合金，才使低膨脹合金進入了高溫用途領域，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℃下不發生馬氏體相變。因為一發生這種相變，合金的（de）膨脹係數會發生突變，導致應用出（chū）現故障，這是不允許的。可貴（guì）的是，FeNi36因瓦合（hé）金和FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也（yě）能保持組織穩（wěn）定性，因而至今廣泛（fàn）應用的隻有因瓦（wǎ）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（wéi），科學家們做了大量的研究工作，經過100多（duō）年的（de）發展（zhǎn），因瓦合金仍然是被廣（guǎng）泛應用的經（jīng）久不衰的優質材料。

在因瓦合金問（wèn）世的一百多年以來，取其低膨脹係數低這（zhè）一特征的（de）應用（yòng）領域（yù）迅速擴大，用因瓦合金（jīn）製（zhì）造的精密儀器儀表、標準鍾的擺杆、擺（bǎi）輪及鍾表的（de）遊絲成（chéng）為早期（qī）最重要的產品，在上世（shì）紀20年代用因瓦合金代替鉑用作於（yú）玻璃封接的引絲，大大的（de）降低了成本；到了（le）五、六十年代，因瓦合金的用途繼續擴大，主要用於無線電電子管、恒溫器中（zhōng）作控溫用的熱（rè）雙金屬（shǔ）片、長度標尺、大地測量（liàng）基線尺（chǐ）等；到了八九十（shí）年代，廣泛用於（yú）微波技術、液態氣體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激光準直儀腔體、三步重複光刻相機基板等。進入21世紀之後（hòu），隨著（zhe）航天技術的飛速發展，新的應用還（hái）包（bāo）括用在航天遙感器、精密激光、光學測量係統和波（bō）導管中作結（jié）構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨大透（tòu）鏡（jìng）的支撐係統和需要安裝（zhuāng）透鏡的各種各樣科學儀器中。

總之，隨著因瓦合金不斷（duàn）應（yīng）用於人造（zào）衛星、激光、環形激（jī）光陀螺儀和其他先（xiān）進的高科技產品，有力地表（biǎo）明這些古老的材料正（zhèng）在幫助現代科學向更高水平邁進。