超因瓦合金

目前廣泛使用的超因瓦合金有4J32和4J5兩種牌號。主要有鐵鈷鎳三種元素組成，其中大致含有31~33%的Ni，4~6%的Co，餘量為Fe。由此可以看出“超”體現在這4~6% 的Co上。其中Fe以r相的形式存在。由此決定了超因瓦合金以下幾個方面的特殊物理性能。

(1)線膨脹係數很小，在20到100℃温度範圍內，其線膨脹係數是普通因瓦合金的一半左右。

(2)導熱係數低。

(3)塑性韌性好。

(4)由於超因瓦合金含鎳量較高，提高了超因瓦合金的耐磨性。

(5)抗氫環境脆性較好 ^[1]  。

由於超因瓦合金的線膨脹係數很低，故傳統上將其用於製造精密儀器從而避免温度變化所帶來的測量誤差。隨着科技進步，超因瓦合金有了許多新的應用。可用於製造諧振腔，顯微鏡天文望遠鏡的支撐系統。在航天航空、軍事武器、微波通訊、彩電陰罩以及石油運輸容器上也有應用。綜上所述，利用線膨脹係數低的特點，可以將超因瓦合金用於製造各種精密儀器，在20~100℃ 的温度範圍內，能保證其穩定性。但超因瓦合金也有缺陷：加工超因瓦合金，對刀具的磨損較大，使加工困難。並且在切削過程中，由於摩擦產熱，超因瓦合金產生相變，使切削性能變得更差。另外，由於自身材質偏軟，在工作、運輸的過程中可能會導致其表面刮擦，破壞，嚴重時將影響其實際工作。線膨脹係數的温度範圍相比因瓦合金較窄，這和超因瓦合金的相不如因瓦穩定有關。

以下是超因瓦合金的幾個重要應用：

1．在航空領域。由於具有高強度和低膨脹等特性，超因瓦合金可以嚴格控制發動機轉動部件和靜止部件間的間隙。提高能量輸入與輸出效率。高強度增加了合金的強度密度比以降低飛機起飛重量。

2．在航天領域。超因瓦合金具有比目前高温合金都要好的抗氫環境脆性，尤其是抗大氣高壓氫脆性能，可用於火箭發動機中氫氣環境下服役的構件。

3．低温穩定材料中。FeNi32Co4在-273℃下也能保障組織穩定性。這就在極限的温度條件下，保證了測量的精度。作為低膨脹合金，都要求組織穩定性，而這種超因瓦合金很好的適應了這一要求。

4．美國卡朋特公司開發出一種叫做“carpenter super invar32-5”的超因瓦合金，並且已經將其用於離子諧振腔。這種合金不僅具有超因瓦合金膨脹係數低的特點，它的熱質量也很高，可以有效的提高激光器的工作性能。這是一種固溶態合金，在-55℃~-95℃範圍內熱膨脹係數比較低。

5．計時裝置。將超因瓦合金用於計時裝置的擺杆，使温度對其的影響降至最小。計時裝置需要很高的精度，超因瓦合金可以將其提高到一個很高的水準 ^[2]  。

1．為了克服超因瓦合金難加工的特點，我們可以採用合理選用刀具的方法根據超因瓦合金的切削特點。要求刀具材料應具備耐熱性好、耐磨性高、與工件材料的親和作用小等特點。因此一般採用高速鋼和硬質合金。除此之外，在實際應用中發現，採用塗層刀具亦能獲得較好的加工質量。

2．日本山陽特殊鋼公司開發出的“Invar—H3”，是一種具有很高強度的新型因瓦合金。將其用於高壓輸電線芯線，同時具有很好的抗扭轉性能。這種合金啓發我們可以通過對超因瓦合金的成分進一步改造使其提高自身強度，滿足生產和運輸的需要。

3．加工成本高、難度大是制約低膨脹因瓦合金模具在複合材料成形應用中的一個主要因素。哈爾濱工業大學通過對因瓦合金成分進行微量調整，對因瓦合金在大氣下的熔鍊工藝、鑄造工藝進行了試驗研究。進一步實驗，獲得了機械性能好，膨脹係數低，空隙率低的因瓦合金模具，這一結果也提醒着我們改變超因瓦合金成分以及製造工藝，需要不斷的摸索和重複試驗。

超因瓦合金在現代科技中具有不可替代的地位，由於其獨特的性能，必將應用於航天軍工等工程範圍。目前超因瓦合金還存在着不少缺陷，需要進一步完善和改進加工工藝。在膨脹係數低的前提下，還需要開發其他優良性能，滿足更廣大的應用範圍。並且可以通過改變超因瓦合金的化學成分，添加其他種類的金屬，改變相關物理性能。

對於超因瓦合金，將有在未來幾個方面的重要發展和研究方向：

(1)超因瓦合金能否適應不同環境條件應用的綜合特性。如在腐蝕或者是無磁環境下，能保持一個良好的綜合性能，是研究的一個方向。

(2)超因瓦合金的與其他材料複合的問題。傳統的超因瓦合金膨脹係數低，與其他合金複合時由於膨脹係數的差異，勢必會導致其受到拉伸或壓縮等力的作用，使其機械性能遭到破壞，研究超因瓦合金的複合問題，有利於擴大其應用範圍。

(3)伴隨着計算機科學的發展，提供更精密，更穩定的電子元件成為發展的方向，超因瓦合金必須在強磁條件下工作，因瓦效應的產生與元素的磁性轉變有關，為了使其適應更廣大的適用範圍必須對因瓦效應的原理進行進一步的探究 ^[3]  。