Инвар

Эта статья о металлическом сплаве; об устройстве «инвар» в альпинизме см. Спусковое устройство.
Инвар
серебристо-серый с металлическим блеском
серебристо-серый с металлическим блеском
Химический состав
Fe — 64 %
 
Ni — 36 %
 
Тип сплава
Однофазный инварный, нержавеющий сплав на основе железа. Прецизионный сплав.
Физические свойства
Плотность 8130 кг/м³
Температура плавления 1425 °C
Диапазон рабочих температур от −100 до +100 °C
Коррозионная стойкость высокая
Маркировка
FeNi36
Аналоги
Ковар, Элинвар
Применение
точные измерительные приборы
Торговые марки
Invar™
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе
См. также: Инварные сплавы

Инва́р (лат. invariabilis — неизменный) — сплав, состоящий из никеля (Ni, 36 %) и железа (Fe, остальное), и отличающийся уникально низким коэффициентом температурного расширения. Именуется как FeNi36, 64FeNi в США, российские аналоги маркируются по ГОСТ как 36Н.[1] UNS K93600.

История

Первый из открытых инварных сплавов был найден швейцарским ученым Ш. Гийомом в 1896 году. В 1920 году он получил Нобелевскую премию по физике за открытие этого важного сплава для производства точных инструментов и приборов.

Физические свойства

Коэффициент теплового расширения сплавов железа/никель в зависимости от процентного содержания никеля. Ярко выраженный минимум при концентрации никеля 36 %.

Инвар имеет однофазную внутреннюю структуру. Плотность 8130 кг/м³, температура плавления 1425 °C. Сплав обладает малым температурным коэффициентом линейного расширения и практически не изменяет линейные размеры в интервале температур от −100 до +100 °C. Его коэффициент теплового расширения ~1,2⋅10−6/°C в интервале температур от −20 до 100 °C[2]. Очень чистый сплав (с содержанием кобальта менее 0,1 %) имеет ещё меньший коэффициент линейного расширения 0,62—0,65⋅10−6/°C.

Природа свойств

Эффект исчезновения теплового расширения материала возникает в связи с тем, что магнитострикция компенсирует тепловое расширение[3].

Прецизионные сплавы

Основная статья: Прецизионные сплавы

Разные прецизионные сплавы имеют различные характеристики:

  • 32НК-ВИ (англ. Inovco) (Ni — 33 %, Co — 4,5 %, Fe — остальное) в отожжённом состоянии имеет температурный коэффициент линейного расширения α не более 1,5⋅10−6/°C (в диапазоне температур −60…+100 °C). Особо чистые сплавы имеют α до 0,55⋅10−6/°C (в диапазоне +20…+100 °C)[1].
  • 42Н (англ. NILO, FeNi42), содержащий 42 % никеля имеет α ≈ 5,3⋅10−6/°C, такой же, как и у кремния, что позволяет широко использовать его в электронике.
  • 29НК (англ. Kovar и англ. Dilver P) (Co 17 %, Ni 29 %, Fe — остальное) имеют температурный коэффициент линейного расширения как у боросиликатного стекла, поэтому применяется в оптических приборах, которые могут работать в широком диапазоне температур, например на космических спутниках.

Применение

Трёхметровая нивелирная рейка из инвара со сферическим индикатором уровня.

Используется в точном приборостроении для изготовления мерных проволок в геодезии, эталонов длины, деталей часовых механизмов (балансиров хронометров, пружин[4]), деталей барографов и высотомеров, несущих конструкций лазеров и др. Применялся в трубе космического телескопа «Астрон». Стоек к коррозии. Также применяется в лазерных проекторах для равномерного сужения и расширения DMD-чипов.

Примечания

  1. ↑ 1 2 ГОСТ 10994-74. Сплавы прецизионные. Марки.
  2. ↑ Стержень из инвара удлиняется лишь на одну миллионную долю своей длины при изменении температуры на 1 °C.
  3. ↑ D. G. Rancourt and M.-Z. Dang. Relation between anomalous magneto-volume behaviour and magnetic frustration in Invar alloys (англ.) // Physical Review B : journal. — 1996. — Vol. 54. — P. 12225—12231. — doi:10.1103/PhysRevB.54.12225. — Bibcode: 1996PhRvB..5412225R.
  4. ↑ В том числе — тонких волосяных пружинок (волосков) при балансире в золотых часах (подверженных, в отличие от стальных/железных [часов], действию магнетизма); инвар — сплав, довольно слабо намагничивающийся, хотя в состав его и входит железо и никель.

См. также