因瓦效应是指某些磁性合金在居里温度以下或居里温度附近具有异常低的热膨胀系数的现象,最早在Fe₆₅Ni₃₅合金中发现,是迄今为止唯一获得诺贝尔物理学奖的冶金学成果。因瓦合金的低膨胀特性已获得了广泛应用,但由于传统因瓦合金均为面心立方结构,强度很低,仅500 MPa左右,在一些对强度要求较高的场合还是难以胜任。早期有很多Fe基非晶合金因瓦效应的报道,但均为薄带非晶,难以作为结构材料应用。Fe基块体非晶合金三维尺寸均达到毫米级,具有优异的力学和耐腐蚀性能,强度多在3000MPa以上,热稳定性也优于早期的薄带非晶。本课题组之前发现(Fe_71.2B₂₄Y_4.8)₉₆Nb₄具有明显的因瓦效应,并研究了各种结构变化对其的影响。本论文重在研究成分对Fe基块体非晶合金的影响,发现了一些重要的并且具有普遍意义的规律,这对深入理解因瓦效应的物理机制,以及进一步开发高强度低膨胀Fe基块体非晶具有很好的指导意义。采用单辊甩带和铜模喷铸法制备Fe基薄带样品和直径1 mm的Fe基块体样品,利用X射线衍射判定样品是否为非晶,利用热膨胀仪测试Fe基块体非晶的热膨胀行为,利用差热分析测试表征结构随温度的变化行为,利用综合物性测试系统测试Fe基非晶的磁性能。研究了Fe_76-xSi_3.3P_8.7C_7.0B_5.0M_x、[(Fe_1-xCo_x)]₇₅B₂₀Si₅]₉₆Nb₄、Fe_100-xNi_xP₁₃C₇和（Fe,Ni）MoPCB四个体系十余个磁性Fe基非晶的热膨胀行为,发现它们均具有因瓦效应,由此推断因瓦效应是铁磁性铁基非晶的普遍性质,利用Bethe-Slater曲线结合非晶的结构特点对此现象进行了较好的解释。根据热膨胀系数曲线的特征可将Fe基块体非晶合金的因瓦效应分为“凹坑型”和“台阶型”两类,前者低膨胀仅发生在居里温度附近一个很窄的温度区间内,后者在居里温度以下宽广的温度范围内均具有低膨胀特性,更具实用性。并且进一步发现具有“台阶型”因瓦效应的成分的居里温度和饱和磁化强度均偏低,即磁性能偏低,这与因瓦效应成因的主流解释相符。初步发现Co和Ni的加入会导致因瓦效应的减弱,这是因为根据Bethe-Slater曲线,Fe元素具有正的自发体积磁致伸缩,而Co和Ni元素则具有负的自发体积磁致伸缩。研究了Fe₇₂B₂₂Y₄M₂（M=Al,Ti,Hf,Ta）的热膨胀、热流和磁性能,这些合金均具有“台阶型”因瓦效应,且它们因瓦效应的强弱和饱和磁化强度与M元素的熔点呈负相关,表征磁性相变的居里温度和表征固液相变的熔点也与M元素的熔点呈负相关,但玻璃转变温度和晶化温度这两个与非晶属性有关的特征温度与M元素的熔点无明显关系。研究了[(Fe_100-xCo_x)_71.2B₂₄Y_4.8]₉₆Nb₄（x=0-60）、[(Fe_100-xNi_x)_71.2B₂₄Y_4.8]₉₆Nb₄（x=0-20）、[(Fe_100-xCo_x)₇₅B₂₀Si₅]₉₆Nb₄（x=0-50）、[(Fe_100-xNi_x)₇₅B₂₀Si₅]₉₆Nb₄（x=0-30）四个合金体系的热膨胀,证实了用Co和Ni替代Fe元素均会导致因瓦效应的减弱,且不管是用Co还是Ni来替代,替代量x相同时因瓦效应减弱的程度也基本相同,说明Co和Ni加入后的主要影响是减少了Fe-Fe原子对的数目。另外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,这与结构弛豫导致的自由体积释放有关。