1896年法國物理學家C.E.Guialme發（fā）現了一種奇妙的合金，這種合金在磁（cí）性溫（wēn）度（dù）即居裏點附近熱膨（péng）脹係數顯著減少，出現所（suǒ）謂反常熱（rè）膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近很寬的溫度範圍內，獲得（dé）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（jiào）殷鋼，英文名字叫因瓦合（hé）金（invar），意思（sī）是體積不變。這個卓（zhuó）越（yuè）的合金對（duì）科（kē）學進步的貢獻（xiàn）如此（cǐ）之大（dà），致使其發現者法國人C.E.Guilaume為此獲得（dé）1920年的諾（nuò）貝爾獎，在（zài）曆史（shǐ）上他是第一位也是（shì）唯一（yī）的科學家因一項冶金學成果而獲（huò）此殊榮。

一、因瓦（wǎ）效應

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)自從十九世紀（jì）被發現以來，人們就被它（tā）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（yīng）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，而且在精密儀器儀（yí）表、微波通訊、石油運輸容器以及高科技產品等領域有廣泛的實際作用，因而因瓦合金是許多冶金材料學家力於開拓的新材料領域，其機理（lǐ）也是（shì）凝聚態物理學家尚待解決的難題。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，它們的熱膨脹係（xì）數呈線性（xìng）增大，但是元素周期表中的鐵、鎳、鈷等過渡族元素組成的某些合金，由（yóu）於它們的鐵（tiě）磁性，在一定的溫度範圍內，熱膨（péng）脹不符（fú）合正常的膨脹規律，具（jù）有因瓦效應的反常熱膨脹。例（lì）如，因瓦合金(Invar)在居裏點以上的熱膨脹與（yǔ）一（yī）般合金相（xiàng）似，但在居裏點以下形成反常熱膨脹，為了搞清因（yīn）瓦合金的機（jī）理，科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它的機理與化學成分及磁性有（yǒu）關，它在一定範圍的線膨脹係數是由低膨（péng）脹和高膨脹兩（liǎng）部分組成，含鎳（niè）量在一定範（fàn）圍內的增減會（huì）引（yǐn）起鐵、鎳（niè）合金線膨脹係數的急劇變化。當含有32%-36%的鎳合金具有（yǒu）很（hěn）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，因瓦合金（jīn）熱（rè）膨脹係數最低，達到a=1.8×10^-6 /℃，從而可獲得低到接近零值甚（shèn）至負值的熱膨脹係數。該合金在居裏溫度以上（230℃），失去了磁性，膨脹係數變大，而在居裏點Tc附近熱脹係數（shù）比（bǐ）正常的係數（shù）小，出現所謂的“負反常”現象。為什麽因瓦合金會隨化學（xué）成分及磁（cí）性的（de）變化（huà）會（huì）出現“負反常（cháng）”的熱膨脹係數？科學家根據試驗結果，在理論方麵對其進行了廣泛的研究，研究表明因瓦效應（yīng）主要是在具（jù）有麵心裏方的γ-Fe中出現，在γ相和α相的相界，當α相為零時就出現因瓦效（xiào）應，像這樣關於（yú）隻在γ-Fe係合金中出現因瓦效應（yīng）的原（yuán）因，目（mù）前有各種解（jiě）釋（shì），但是大多數（shù）人認為，有兩種：

（1）在fcc合金（jīn）中，Fe具有高自旋和低自旋兩種不同的能態，高自旋態使鐵（tiě）磁性穩（wěn）定並使合（hé）金（jīn）的體積膨脹。這樣從（cóng）居裏溫（wēn）度以上的（de）溫度區逐漸降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態過渡，使合金體積逐漸膨脹。但是，隨著溫度（dù）的降低，晶格振動減弱，合金體積也同時縮小，這個效應與Fe的磁性膨脹之間發生竟爭，結果使實際體積變化減小，產生正的（de）自發體（tǐ）積磁致伸縮，使（shǐ）因瓦合金在居裏點附近出現所謂的“負反常（cháng）”。

（2）invar合金的費米能級位於d能帶低能態密度附近，從（cóng）而在鐵磁性極（jí）化的同時，電子動能的增長比普通（tōng）合金（jīn）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，而能帶寬度的減小相當於晶格膨脹，即磁性膨脹，其結果和上述（1）一樣，由（yóu）於晶（jīng）格膨脹與（yǔ）晶（jīng）格振動相競爭，於是出（chū）現低膨脹特性。考察以上兩種見（jiàn）解，可以（yǐ）發現，invar效（xiào）應是由（yóu）Fcc立方Fe基合（hé）金的鐵磁性的能態所具有的一種特性引起的（de），這是上述兩種解釋都包含的共（gòng）同概念。根據這個概念，可以設計其它因瓦合（hé）金（jīn）。

二、因瓦合金的特性

因瓦（wǎ）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（sù），其餘（yú）為60％左右的Fe，由於鎳為擴大奧（ào）氏體元素，故高鎳使奧氏體轉為馬氏（shì）體的相變降至室溫以下，－100～－120℃，因（yīn）而經退（tuì）火後，因瓦合金在室溫及室溫以下一定溫度範（fàn）圍內，均具有麵心晶格結構的奧（ào）氏體組織，也（yě）是（shì）鎳溶於γ-Fe中形成的固溶體，因而因瓦合金（jīn）具有以下性能。

1．膨脹係數小

因瓦合金也叫不脹鋼（gāng），其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℃時均不發生變化。

2．強度、硬度不高

因瓦合金含碳量小（xiǎo）於0.05%，硬度和強度不高，抗拉強度在517Mpa左右，屈服強度在276Mpa左右，維氏硬度在160左右，一（yī）般可以通過冷變形來提高強度，在強度提高的（de）同時仍具有（yǒu）良好的塑性。

3．導（dǎo）熱係數低

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

4．塑性、韌性高

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

5．其它性能

由於因瓦合金含鎳（niè）較高（gāo），提高了鋼的淬透性和可淬性，提高了鋼的耐氣性，耐蝕性和（hé）耐磨性。

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（yīn）瓦合金的切削加工性與奧氏體不鏽鋼類似（sì），但比（bǐ）奧氏體不（bú）鏽鋼（gāng）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、刀具磨損快等特點，因而因瓦合金在加（jiā）工過程（chéng）中，出現軟、粘和很大的塑性，切（qiē）屑不易折斷，增加了（le）切屑和前到麵的摩擦，加劇了（le）刀具（jù）的磨損，這樣不僅降低了刀具的耐用（yòng）度，而且（qiě）降低了工件的加工精度（dù），因而在加工因瓦合金加工（gōng）時，必須采用（yòng）高性能的硬質合（hé）金塗層刀具和新的加工方法（fǎ），才（cái）能使切削加工順利進行，隻（zhī）要方法得當（dāng），就可使難加（jiā）工的因瓦合金變得很容（róng）易加工（gōng），使因瓦合金由“難加工成變（biàn）成（chéng）易切削”是我們研究因瓦合金材料性能的宗旨，也是我們所要達到的目標。

三、因瓦（wǎ）合金的發展及應用前（qián）景

自從因瓦合金(德鎳（niè） Dilaton36)的發現，引（yǐn）起了世界各國科學家的重視和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是從性能和應（yīng）用上都得到了極（jí）大的提高。如1927年日本增（zēng）本量首先研製出Fe—Ni—Co和Fe—Ni—Cr因瓦合金，1937年德國A..Kussmann研製出（chū）Fe—Pt和Fe—Pd因瓦合金等；我國在五、六十年代也研製出4J32和4J36因瓦合金；經過將70年的（de）發展，直（zhí）到20世紀（jì）70年代，美（měi）國Inco公司研製出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（le）現代（dài）低膨脹超合金係列。作為低膨脹合金都（dōu）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（shēng）這（zhè）種相變，合金的膨脹係數會發生（shēng）突變，導致應用出現故障，這是不允許的。可貴的是，FeNi36因瓦合（hé）金和FeNi32Co4超因瓦合（hé）金，在-273℃下也能保持組（zǔ）織穩定性，因而至今廣泛應用的隻有因瓦合金和超因瓦合金，近（jìn）幾（jǐ）年（nián）來在改進它們的質量，擴大使用（yòng）範圍，科學（xué）家們做了大量的研究（jiū）工作，經過100多年的發展（zhǎn），因瓦合金（jīn）仍然是被廣泛應用的經久不衰的優質材料。

在因瓦合金問世的一百（bǎi）多年以來，取其低膨脹係數低這一特征的應用領域迅速擴大，用因瓦合金製造的精密儀器儀表、標準鍾的擺（bǎi）杆、擺輪及鍾表的遊絲成為早期最重要的產品，在（zài）上世紀20年代（dài）用因瓦合金代替鉑用作於玻璃封接的引絲（sī），大大的降低了成本（běn）；到了五、六十年代，因瓦（wǎ）合金的用途（tú）繼（jì）續擴大，主要用於無線電電子管、恒溫器中作控溫用的熱雙金屬片、長度標尺（chǐ）、大地測量基線尺等；到了八九十（shí）年代（dài），廣泛（fàn）用於微波技術、液態氣體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電（diàn）線芯材、湝振（zhèn）腔（qiāng）、激光準直儀腔體（tǐ）、三步重複光刻相機基板等。進入21世紀之（zhī）後，隨著航天技術的飛速（sù）發展，新的應用還（hái）包括用在航天遙感器（qì）、精密激光、光學測（cè）量係統和波導（dǎo）管中作結構件、顯微鏡、天文（wén）望遠鏡中巨大透鏡（jìng）的支撐係統和需要安裝透鏡的各種各樣科學儀器中。

總之，隨著因瓦合金（jīn）不（bú）斷應用於人造衛星、激（jī）光、環形激（jī）光陀（tuó）螺儀和其他先（xiān）進的（de）高科技產品，有力地表明這些古老的材料正（zhèng）在幫助（zhù）現代科學向更高水平邁進。