1896年法國物（wù）理學家C.E.Guialme發現了一（yī）種奇妙的合金，這種合金（jīn）在磁（cí）性溫度即居裏點附近（jìn）熱膨脹係（xì）數顯著減少，出現所謂反常熱膨脹現象（負反常），從而可以在室溫附近（jìn）很寬的溫度範圍內，獲得很小的甚至接（jiē）近零的膨脹係數，這種（zhǒng）合金的組成是64%的Fe和36%的Ni，呈麵心裏方（fāng）結構，其牌號為Dilaton 36/4J36，它的中文名字叫殷鋼，英（yīng）文名字叫因瓦合金（invar），意思是體積不變。這（zhè）個卓越的合金對科學進步的貢獻如此之大，致使其（qí）發現者法國人C.E.Guilaume為此獲得1920年的（de）諾（nuò）貝爾獎，在曆（lì）史上他是第一位（wèi）也是（shì）唯一（yī）的科學家因一項冶金（jīn）學成果而獲此殊榮。

一、因（yīn）瓦效應

因瓦合金(德鎳 Dilaton36)自從十九世紀（jì）被發（fā）現以來（lái），人們就被它的巨大的（de）工業應（yīng）用潛力和所蘊含的豐富的物（wù）理內容（róng）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（zài）精密儀器儀表、微波通訊、石油運（yùn）輸容器以及高科技產品等領域有廣泛的實際（jì）作用，因而因瓦合金是許多冶金材料學家（jiā）力於開拓的新材（cái）料（liào）領域，其機理也是凝聚態（tài）物理學家尚待解決的難題。一般來說，絕大多（duō）數金（jīn）屬（shǔ）和合金都是在受（shòu）熱時體積膨脹，冷卻時體積收縮，它（tā）們的熱膨脹係數呈線性增大，但是元素周期表中的鐵（tiě）、鎳、鈷等過渡族元素（sù）組成的某些合金，由於它們（men）的鐵磁性，在一定的溫度（dù）範（fàn）圍內，熱（rè）膨脹不符合正（zhèng）常的膨脹規律，具有（yǒu）因（yīn）瓦效應的反常熱膨脹。例如，因瓦合金(Invar)在居裏點以上（shàng）的熱膨脹與一（yī）般合金相（xiàng）似，但在居裏點以下形成反常熱膨脹，為了搞清因瓦合金的機理（lǐ），科學家們作了大量的實驗，試驗表明，它的（de）機理與化學成（chéng）分及磁（cí）性有關，它在一定範（fàn）圍的線膨脹係數是由低膨脹（zhàng）和高膨脹兩部分組成，含鎳量在一定（dìng）範圍內的增減會引起鐵、鎳合金線膨脹係數的急劇變（biàn）化（huà）。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，因瓦合金熱膨脹係數最低，達到a=1.8×10^-6 /℃，從（cóng）而可（kě）獲得低到接近零值甚至（zhì）負值（zhí）的熱膨脹係數。該合金在（zài）居裏溫度以上（shàng）（230℃），失去了磁性，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（fù）反常”現象（xiàng）。為什麽因瓦合金會隨化學成分及磁性的變化會（huì）出現“負反常”的熱膨脹係數（shù）？科學家（jiā）根據試驗結果，在理論方麵對其進行了（le）廣泛的研究，研究表明因瓦效應主要是在具有麵心裏方的γ-Fe中出現，在γ相和（hé）α相的相（xiàng）界（jiè），當α相為零時就出現（xiàn）因瓦效應，像這樣關於隻在γ-Fe係（xì）合金中出現（xiàn）因瓦效應的原因，目前有各（gè）種解釋，但是大多數人認為，有兩種：

（1）在（zài）fcc合金中，Fe具有高自（zì）旋和低自旋兩（liǎng）種不同的能態，高自旋（xuán）態使鐵磁性穩定（dìng）並使合金的體積膨脹。這樣從居裏溫度以上（shàng）的溫度區逐（zhú）漸（jiàn）降低過程中Fe從低自旋向高自旋能態過渡（dù），使合金（jīn）體積逐漸膨脹。但是，隨著溫（wēn）度的降（jiàng）低，晶格振動減弱，合（hé）金體（tǐ）積也同時縮小，這（zhè）個（gè）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，產生正的自發體積磁致伸縮，使因瓦合金（jīn）在居裏點（diǎn）附近出現（xiàn）所謂（wèi）的“負反常”。

（2）invar合金的費（fèi）米能級位於d能帶（dài）低能態密度附近，從而在鐵磁性極（jí）化的同時，電子動能的（de）增長比普通合金大得多，能帶（dài）寬（kuān）度減小（能態密度提高（gāo）），使之力圖減少動能的增長，而能帶寬度的減小相當於（yú）晶格膨脹，即磁性膨脹，其結果（guǒ）和上述（1）一樣，由於晶格膨脹與晶格振動相競爭，於是出現低膨脹特性。考察（chá）以上兩種見解，可以發（fā）現，invar效應（yīng）是由Fcc立（lì）方Fe基合金的鐵磁性的能態所具有的一種特性引起的，這是上述（shù）兩種（zhǒng）解釋都包含的共同概念。根據這個概念，可以設計其它因瓦合金。

二（èr）、因瓦合（hé）金（jīn）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（de）S、P、C等元素，其餘為60％左右的Fe，由於鎳為擴大奧氏體元素（sù），故高鎳使奧氏體轉為馬氏體的相變（biàn）降至（zhì）室溫以（yǐ）下（xià），－100～－120℃，因而（ér）經退火（huǒ）後，因瓦（wǎ）合金（jīn）在室溫及室溫以下一定溫度範圍內，均具有（yǒu）麵心晶格結構的奧氏體組（zǔ）織，也是鎳溶於γ-Fe中形（xíng）成的固（gù）溶體，因而因瓦合（hé）金具有以下性能。

1．膨脹係數小

因瓦合金也叫不脹鋼，其平均膨脹（zhàng）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（shēng）變化。

2．強度、硬度不高

因瓦合金含碳量小於0.05%，硬度和強（qiáng）度不高，抗拉強度在517Mpa左右，屈服強度在（zài）276Mpa左右，維（wéi）氏硬（yìng）度在160左右（yòu），一般可以通過冷變形來提高（gāo）強（qiáng）度，在強度提高的同時仍具有（yǒu）良好（hǎo）的塑性。

3．導熱係數低

因瓦合金的導熱係（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（xìng）高

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

5．其它性能

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

通過因（yīn）瓦合金的化學成分、金相組織及機械、物（wù）理性能分析可知，因瓦合金的切削（xuē）加工性與（yǔ）奧氏體不鏽鋼類似，但比奧氏體不鏽鋼還要難加工，故因瓦合金在加（jiā）工中主要具（jù）有切削力大、切削溫度高、刀具磨（mó）損快等特點，因而因瓦合金在加工過程中，出現軟、粘和很（hěn）大的塑性，切屑不易折斷，增加了切屑和（hé）前到麵的摩（mó）擦（cā），加劇了刀具的磨損，這樣不僅降低了刀具的耐用度，而且降低了工件的（de）加（jiā）工精度，因而（ér）在加工因瓦合金加工時，必須（xū）采用高性能的硬質合（hé）金塗層刀（dāo）具（jù）和新的加工方法，才能使切削加工順利進行，隻要方法得當，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“難加工成變成易切削”是我們（men）研究因瓦合金材料性能的宗（zōng）旨，也是我們所要達到的目標。

三、因瓦合金（jīn）的發展及應用（yòng）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和研究，使得因瓦合金無論是從種類還是（shì）從性能和應用（yòng）上都得到了（le）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（hé）4J36因瓦合金；經過將70年的（de）發展，直（zhí）到20世紀70年代（dài），美國（guó）Inco公司研製出Incoloy903合金，才使低膨（péng）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（chāo）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（xià）不發生馬氏體相（xiàng）變。因為一發生這（zhè）種相變（biàn），合金的膨脹係（xì）數會發生突變，導致應用出現故障，這是不允許的。可貴的是，FeNi36因瓦合金和（hé）FeNi32Co4超因瓦合金，在-273℃下也能保持組織穩定（dìng）性，因而至今廣泛（fàn）應用的隻有因瓦合金和超因瓦（wǎ）合金（jīn），近幾年來在改進它們（men）的質量，擴大使用（yòng）範圍（wéi），科學家們（men）做了大量（liàng）的研究工作，經過100多年的發展，因瓦合金仍然是被廣泛應用的經久不衰的優質材料。

在因瓦合金問（wèn）世的（de）一百多年以來，取其（qí）低膨脹係數低這（zhè）一特征的應用領域迅速擴大，用因（yīn）瓦合金製造的精密儀器儀表、標準鍾的擺杆、擺輪及鍾表（biǎo）的遊絲（sī）成為早期最重要的產品，在上世紀20年代用因瓦合金代替鉑用作於玻璃封接的（de）引絲，大大的降低了（le）成本；到了五、六（liù）十年代，因瓦（wǎ）合（hé）金的用途繼續擴大，主（zhǔ）要用於無線電電子管、恒溫器中作控溫（wēn）用的熱（rè）雙金（jīn）屬（shǔ）片、長度標尺、大地（dì）測（cè）量基（jī）線尺等；到了八九十年代（dài），廣泛用於微波技術、液態氣（qì）體儲容器、彩電的陰罩鋼帶、架空輸電線芯材、湝振腔、激（jī）光準直儀腔體、三步重複光刻（kè）相（xiàng）機基板等。進入21世紀之後（hòu），隨著航（háng）天（tiān）技術的飛速發展，新的應用還包括用在航天遙感器、精密激光、光學測量係統和波導管中作結構件、顯微鏡、天文望遠鏡中巨大透（tòu）鏡的支撐係統和（hé）需要安裝透鏡的各種各樣科學儀器中。

總之，隨著因瓦合金不斷（duàn）應用於人造衛星、激光、環（huán）形激光陀螺（luó）儀和其他先進的高科技產品，有力地表明這些古老的材料正在（zài）幫助現代科學向更高水平邁進。