不變鋼

不變鋼（又稱恆範鋼、因瓦合金、殷瓦钢（Invar），这一名称来自invariable一词，是安賽樂米塔爾所有的注册商标[1]，来源于其在温度变化时膨胀和收缩很小的特性[2]）或称FeNi36或64FeNi。

因瓦合金的样本

这是一種鎳鋼合金，是含鎳元素量36%的特殊鋼，由於其膨脹係數極小，在极低温度到超过室温的温度范围内都能保持固定长度（这种特性也被称为因瓦效应），適合做測量元件，更是製造液化天然氣載運船的重要原料。

因瓦合金是瑞士科學家夏爾·紀堯姆在1896年發明，他也因此獲得了1920年的諾貝爾物理學獎[3]。

性质
鎳鋼合金中鎳含量和熱膨脹係數的關係，當鎳含量36%時會有最低的膨脹係數。

与其他铁镍合金一样，不变钢也是一种固溶体，也就是说，它是一种单相合金。在商业版本中，它由大约36%的镍和64%的铁组成。1961年，西屋电气材料实验室的科学家将这一合金描述为“含30-45原子百分比镍”[4]。

常见的不变钢的热膨胀系数（表示为α，在20°C和100°C之间测量）约为1.2×10−6 K-1（1.2 ppm/°C），而普通钢的这个值约为11-15 ppm/°C。超纯等级（<0.1% Co）可以产生低至0.62-0.65 ppm/°C的热膨胀系数，而一些特殊配方可以达成负热膨胀系数。虽然它在温度范围内表现出很高的尺寸稳定性，但它确实有蠕变的倾向[5][6]。

因瓦效应

不變鋼在室温以上的环境下不膨胀，是由于合金里的铁原子半径小，处于不稳定状态的低自旋的铁原子密度随温度上升而增加，从而导致原子收缩；而另一方面温度升高使原子的热振动趋于剧烈，原子间的距离加大，以避免原子之间的碰撞。这两种效果在不變鋼中相互抵消，因此形成因瓦效应[7] 。而低温环境下的因瓦效应则主要是由于量子波动引起的[8] 。

相關條目
  • 艾林瓦合金

参考文献
  1. US Trademark #63970
  2. Davis, Joseph R. . ASM International. 2001: 587–589. ISBN 0-87170-744-6.
  3. . nobelprize.org. The Nobel Foundation. [20 March 2011]. The Nobel Prize in Physics 1920 was awarded to Charles Edouard Guillaume "in recognition of the service he has rendered to precision measurements in Physics by his discovery of anomalies in nickel steel alloys".
  4. Ananthanarayanan, N. I.; Peavler, R. J. . Nature. 1961-12, 192 (4806). ISSN 1476-4687. doi:10.1038/192962a0 （英语）.
  5. Myslowicki, Thomas; Crumbach, Mischa; Mattissen, Dorothea; Bleck, Wolfgang. . Steel Research. August 2002, 73 (8): 332–339. doi:10.1002/srin.200200218 （英语）.
  6. Thackar, Romin A.; Trivedi, Snehal V. (PDF). International Conference on Ideas, Impact and Innovation in Mechanical Engineering (ICIIIME 2017). June 2017, 5 (6): 147.
  7. . 科学网. 2011-08-06 [2011-08-08]. （原始内容存档于2019-05-10）.
  8. Yokoyama, Toshihiko; Eguchi, Keitaro. . Physical Review Letters. NaN-NaN-NaN, 107 (6). doi:10.1103/PhysRevLett.107.065901.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.