因瓦效应及因瓦合金的研究现状

因瓦效应的研究从其发现至今一直方兴未艾，但对其反常的热膨胀机理仍未完全清楚。回顾了百余年来因瓦效应的研究进程，并对其反常的热膨胀机理研究理论及新型因瓦合金的研究进展进行了简要阐述。

因瓦效应与磁性理论

因瓦效应与磁性理论鲜于泽，卢志超（东北大学物理系，１１０００６，沈阳）关键词因瓦效应；磁性理论；电子－声子相互作用；中子散射０引言因瓦效应（ＩｎｖａｒＥｆｆｅｃｔ）一般指一些磁性体在磁性相变温度即居里点Ｔｃ以下，其热、膨胀案数趋近为零的现象．因瓦效应...

因瓦效应与中子散射

概述了作者十几年来用非弹性中子散射和光电子能谱等方法在非晶态因瓦合金的自旋波动力学、晶格动力学和电子结构方面所进行的实验研究．基于实验事实，提出了统一解释因瓦效应的电子－声子相互作用机制．以此展示中子散射等近代物理实验方法在凝聚态物理研究中的重要地位．

Co和Ni对(Fe_(71.2)B_(24)Y_(4.8))_(96)Nb_4块体非晶合金因瓦效应的影响

进行了[(Fe_(100-x)Co_x)_(71.2)B_(24)Y_(4.8)]_(96)Nb_4(x=0～60)和[(Fe100-xNix)71.2B24Y4.8]96Nb4(x=0～20)块体非晶合金的热膨胀实验。结果表明,加入Co和Ni使合金的因瓦效应减弱,替代量x相同时减弱的程度也基本相同。这些结果说明,添加Co和Ni对Fe原子局域结构的主要影响是减少了Fe-Fe原子对的数目。同时还发现,居里温度与磁性相变结束后的热膨胀系数呈反向变化,与结构弛豫导致的自由体积释放有关。

非晶态Fe-(Co,Cr)-Zr系列合金的磁体积效应

测量了非晶态Fe_(90-x)Co_xZr_(10)和Fe_(90-y)Cr_yZr_(10)合金的热膨胀曲线和磁性,给出了自发体积磁致伸缩ω_s 和平均原子磁矩μ与有效电子数n_(eff)的关系。实验结果表明,ω_s 的峰值位置与μ开始急剧下降的位置(n_(eff)≈8.1～8.2)相对应,从而在非晶态金属-金属型因瓦合金中证实了因瓦效应与铁磁性的不稳定有关。

低膨胀高温合金的发展及在航空航天业的应用

回顾了低膨胀高温合金的发展历史。“因瓦效应”和“时效硬化”现象的发现奠定了低膨胀高温合金发展的基础。20世纪70年代航空航天事业的迅猛发展以及能源危机的爆发为低膨胀高温合金在航空航天业的实际应用提供了宝贵的契机,最早的商用Fe-NiCo(IN9××)系列合金,经过用Nb、Ti强化,去Al,加Si等一系列成分上的变化,显著改善其应力加速晶界氧化脆性(SAGBO性能),从此低膨胀高温合金在航空航天领域得到大量应用。为改善此类合金的抗氧化和降低裂纹扩展速率等性能,又进行了新合金系的研究,即以Inconel 783合金为代表的 Fe-Ni-Co-Al-Cr系合金和以Haynes 242合金为代表的Ni-Mo-Cr系合金的研究,这些合金在750℃仍能达到完全抗氧化,为新一代飞机发动机的发展提供了优质材料。

Ti含量对Fe-Ni-Ti激光熔覆层摩擦性能的影响

目的研究Ti含量对因瓦合金基熔覆层原位增强的影响。方法运用半导体激光器制备了Fe-Ni-Ti激光熔覆层,研究了Ti含量对熔覆层的影响。利用金相显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪对熔覆层显微组织进行了表征,运用硬度计和摩擦磨损实验机对熔覆层的显微硬度和耐磨性进行了分析。结果在Fe-Ni因瓦合金粉末中加入Ti元素,原位生成了TiC/Fe-Ni激光熔覆层,原位TiC对熔覆层基体晶粒具有明显的细化作用。随着Ti含量的增加,复合涂层的晶粒尺寸减小,然后保持稳定。当Ti含量较低时,熔覆层主要由γ-[Fe,Ni]奥氏体组成;当Ti含量达到8%时,熔覆层基体相结构变成了α相,因瓦效应消失,产生了微裂纹和孔洞缺陷。Ti元素最佳添加量为6%,此条件下熔覆层没有裂纹,显微硬度最高,熔覆层耐磨性最好。结论因瓦合金涂层中添加钛可以形成良好的原位强化,钛的添加量具有最佳值,过量添加钛将消除Fe-Ni合金激光熔覆层特有的因瓦效应,熔覆层磨损机制主要为粘着磨损,兼具磨粒磨损。

36Ni—Fe合金的织构对其磁特性的影响

阴极射线管荫罩用的36Ni—Fe合金要求具有良好的因瓦特性同时还要防止由于电子束地磁而引起的漂移误差，因此必须要有优良的直流软磁特性。迄今有关其因瓦效应的研究颇多，但有关织构组织对其磁特性影响方面的研究几乎投有。因此，日本JFE钢铁研究所研究了36Ni—Fe合金薄板的织构对其直流软磁性能的影响。研究用的试样采用实验室制备的具有{001}〈100〉强织构的36Ni—Fe合金薄板。用电子背散射图（EBSP）分析织构。

铁基非晶态因瓦合金的声子谱研究

用非弹性中子散射实验方法研究了非晶态Ｆｅ＿（９０－ｘ）Ｃｏ＿ｘＺｒ＿（１０）（ｘ＝１０，４０）和Ｆｅ＿（８０－ｙ）Ｃｒ＿ｙＰ＿（１３）Ｃ＿７（ｙ＝４，８）合金的广义声子谱，在低能区域（≤２０ｍｅＶ）观察到了与因瓦效应相关的声子谱软化现象。初步讨论了这种动力学方面的反常行为。结果表明，声子谱软化可能与在因瓦合金中存在增强的电子－声子相互作用有关。

非晶态Fe_(86)Co_4Zr_(10)因瓦合金的声子谱软化

Endoh等人曾用非弹性中子散射实验方法系统地研究了铁基晶态因互合金的声子色散曲线与温度的关系,结果表明,低频声学模式在磁相变温度以下变软.这种与温度有关的声子软化现象与用超声波法测得的弹性软化是一致的.已知某些铁基非晶态合金也显示出因互效应.

特异膨胀性能的Mn-Ni系合金

日本自然科学研究机构和分子科学研究所的横山列彦教授研究小组在2011年9月用量子振动理论解释了Fe-Ni34．6％合金低温下呈现的因瓦效应。现在该研究小组又针对Mn88%-Ni12%合金同时呈现的因瓦效应和逆因瓦效应，

低镍面心立方合金研究的进展

自从1896年C．E．Guillaume发现在Fe—Ni合金中当Ni在359／6（原子数分数）时发生热膨胀反常以来，软磁fee二元Fe-Ni和三元Fe—Ni—X（X—Cr，C，Co…）合金（Ni％〈50％，（质量分数））在过去几十年已经被人们深入研究。这些材料呈现了显著的物理反常，其中最著名的就是所谓因瓦效应（Invar effect），