1、實(shí)驗(yàn)五二元合金相圖一、目的要求用熱分析法測繪Pb-Sn二元金屬相圖。了解熱分析法的測量技術(shù)。二、基本原理相圖是多相（二相或二相相以上）體系處于相平衡狀態(tài)時(shí)體系的某物理性 質(zhì)（如溫度）對(duì)體系的某一自變量（如組成）作圖所得的圖形，圖中能反映出相平 衡情況（相的數(shù)目及性質(zhì)等），故稱為相圖。二元或多元體系的相圖常以組成 為自變量，其物理性質(zhì)則大多取溫度。由于相圖能反映出多相平衡體系在不 同自變量條什下的相平衡情況，因此，研究多相體系的性質(zhì)，以及多相體系 相平衡情況的演變（例如冶金工業(yè)冶煉鋼鐵或其他合金的過程，石油工業(yè)分離 產(chǎn)品的過程等），都要用到相圖。圖4.1是一種類型的二元簡單低共熔物相圖。圖中A、

2、B表示二個(gè)組分 的名稱，縱軸是物理量溫度T，橫軸是組分B的百分含量B%。在acb線的 上方，體系只有一個(gè)相（液相）存在；在ecf線以下，體系有兩個(gè)相（兩個(gè)固相 晶體A、品體B）存在；在ace所包為的面積中，一個(gè)固相（晶體A）和一 個(gè)液相（A在B中的飽和熔化物）共存；在bcf所包圍的面積中，也是一個(gè)固 相（晶體B）和一個(gè)液相（B在A中的飽和熔化物）共存；圖中c點(diǎn)是ace與bef 兩個(gè)相區(qū)的交點(diǎn)，有三相（晶體A、品體B、飽和熔化物）共存。測繪相圖 就是要將相圖中這些分隔相區(qū)的線畫出來。常用的實(shí)驗(yàn)方法是熱分析法。熱分析法所觀察的物理性質(zhì)是被研究體系的溫度。將體系加熱熔融成一 均勻液相，然后讓體系緩慢

3、冷卻，并每隔一定時(shí)間（例如半分鐘或一分鐘）讀 體系溫度一次，以所得歷次溫度值對(duì)時(shí)間作圖，得一曲線，通常稱為步冷曲 線或冷卻曲線，圖4.2是二元金屬體系的一種常見類型的步冷曲線。冷卻過-42 -程中，若體系發(fā)生相變，就伴隨著一定熱效應(yīng)，團(tuán)此步冷曲線的斜率將發(fā)生 變化而出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，所以這些轉(zhuǎn)折點(diǎn)溫度就相當(dāng)于被測體系在相圖中分隔線 上的點(diǎn)。若圖4.2是圖4.1中組成為P的體系的步冷曲線，則點(diǎn)2、3就分別 相當(dāng)于相圖中的點(diǎn)G、H。因此，取一系列組成不同的體系，作出它們的步 冷曲線，找出各轉(zhuǎn)折點(diǎn)，即能畫出二元體系的最簡單的相圖（對(duì)復(fù)雜的相圖， 還必須有其他方法配合，才能畫出）。圖4.1 A-B體系相圖圖

4、4.2步冷曲線從相圖定義可知，用熱分析法測繪相圖的要點(diǎn)如下：被測體系必須時(shí)時(shí)處于或非常接近于相平衡狀態(tài)。因此，體系冷卻 時(shí)，冷卻速度必須足夠慢，以保證上述條件近于實(shí)現(xiàn)。若體系中的幾個(gè)相都 是固相，這條件通常很難實(shí)現(xiàn)（因固相與固相間轉(zhuǎn)化時(shí)的相變熱較?。藭r(shí) 測繪相圖，常用其它方法（如差熱分析法）。 測定時(shí)被測體系的組成值必須與原來配制樣品時(shí)的組成值一致。如 果測定過程中樣品各處不均勻，或樣品發(fā)生氧化變質(zhì)，這一要求就不能實(shí)現(xiàn)。測得的溫度值必須能真正反映體系在所測時(shí)間時(shí)的溫度值。因此， 測溫儀器的熱容必須足夠小，它與被測體系的熱傳導(dǎo)必須足夠良好，測溫探 頭必須深入到被測體系的足夠深度處。本實(shí)驗(yàn)測定

5、鉛、錫二元金屬體系的相圖，用SWKY數(shù)字控溫儀，通過 KWL-08可控升降溫電爐來控制體系的加熱和冷卻速度。三、儀器和藥品1.儀器SWKY型數(shù)字控溫儀一臺(tái)；KWL-08型可控升降溫電爐一臺(tái)；樣品管一 只。2.藥品鉛(CP)；錫(CP)。四、實(shí)驗(yàn)步驟(一)、步驟如圖4.3實(shí)驗(yàn)裝置所示連接實(shí)驗(yàn)儀器。圖4.3步冷曲線測量實(shí)驗(yàn)裝置示意圖測定被研究體系的步冷曲線配制樣品用感量為0.1克的臺(tái)稱分別配制含錫量為20%、40%、61.9%、80%的 鉛一錫混合物各100克，另外稱純鉛100克，純錫80克，分別放在6個(gè)硬 質(zhì)破璃樣品管中。 依次測錫、鉛以及含錫61.9%、80%、40%、20%等樣品的步冷曲 線

6、。將樣品管放在加熱電爐中，讓樣品熔化(在樣品上方覆蓋一層石墨粉，以 防止樣品氧化)，加熱方法見KWL-08可控升降溫電爐使用方法和SWKY數(shù) 字控溫儀操作步驟。樣品的溫度不宜升得太高，一般在樣品全部熔化后，再-44 -升高30C左右即可（如升得太高，樣品易氧化變質(zhì)，而且將增加冷卻時(shí)間； 如太低，則不能明顯地測得轉(zhuǎn)折點(diǎn)）。將KWL-08可控升降溫電爐的冷風(fēng)量 調(diào)節(jié)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（最?。訜崃空{(diào)節(jié)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)到底（最大），“內(nèi)控”、 “外控”開關(guān)置于“外控”，電源“開”“關(guān)”置于“開”。采用SWKY數(shù)字控溫儀控 溫時(shí)，由于玻璃試樣料管內(nèi)溫度較爐膛內(nèi)溫度的滯后性，故當(dāng)設(shè)置完成進(jìn)行 加熱時(shí)，必須將溫度

7、傳感器置于爐膛內(nèi)。系統(tǒng)需降溫時(shí)，再將溫度傳感器置 于玻璃試樣料管內(nèi)（注意：當(dāng)溫度離設(shè)置溫度30C左右時(shí)，將加熱量調(diào)節(jié)逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn)減少加熱電壓，降低加熱速度）。樣品全部熔化后，電源“開”“關(guān)” 置于“關(guān)”，讓其緩慢冷卻，每隔30秒鐘或一分鐘記錄一次溫度，直到步冷 曲線的水平部分以下為止。（二）、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中要注意控制升溫熔化和降溫冷卻的速度。每次實(shí)驗(yàn)要保證樣品完全熔化，熔化完以后還要使溫度升高30C左右。冷卻時(shí)間要充分，直到溫度下降到步冷曲線水平部分以下為止。實(shí)驗(yàn)中保證樣品不被影響物污染。五、原始數(shù)據(jù)錫含量20%40%61.9%80%時(shí)間/min溫度/0.5311.9314.2301.73

8、20.11308.2309.9297.8316.71.5304.4306.1293.4313.22300.7299.3289.2309.72.5297295.7286.1306.13293.4292.2283.8302.63.5289.9288.7282.22994286.3285.2278.9295.84.5283.2282275.8292.55280.6278.6273.5289.15.5278.3275.3269.4285.96276.2272.2268.2282.66.5274.2269265.7279.67272.2266.1262.5276.57.5270.3263.1259.72

9、73.58268.4259.9255.7270.68.5266.5257.3253.6267.69264.6254.8250.9264.89.5262.8252.2247.6261.910260.9249.9245.3259.210.5259.1247.6244256.511257.1243.4241.9253.911.5255243.3239251.312252.8241235.8248.712.5250.6239.1233.4246.213248.1237.1232.3243.813.5245.7235.1229.3241.214243.3233226.9238.814.5240.8231

10、.1224.3236.415238.2229.2221.8234.215.5235.8227.3221.7231.916233.2225.3218.1229.616.5230.7221.5217.6227.517228.2219.6214.3225.317.5225.7217.8214.5223.118223.1215.8212.222118.5220.8214210.7218.919218.3212.2208.6216.919.5215.9210.2205.9214.920213.5208.5204.4212.920.5211.2206.6201.8210.921208.9204.9200.

11、820921.5206.6203198.6207.122204.5201.3196.9205.122.5202.3199.5195.2203.423200.2197.7193.4201.523.5198.1195.9191.3199.824196.1194.1190.319824.5194.1192.5188.6196.425192.1190.7187.1194.825.5190.1189.2186193.326188.2187.4185.2191.926.5186.2185.7184.1190.427184.6184182.8190.227.5182.7182.3181.5197.82818

12、0.9180.7179.4199.828.5179.1179183.1199.929177.4177.4185.4199.229.5175.7175.8186.4198.330174175.9188.3197.330.5172.5177.8188.1196.231170.8179.1188.2195.231.5172.1179.7186.6194.132175.7179.9186.819332.5176.4179.9186.319233175.1179.9186.2190.833.5173.2179.8186.4189.834170.9179.6186.1188.834.5168.8179.4

13、185.9187.835166.7179185.8186.735.5164.7178.6185.5185.636162.7178.1186.1184.736.5160.9177.5186.1183.537159176.3185.9182.537.5157.3174.6185.5181.738155.6172.1184.8181.238.5153.9169.3184.918139152.4166.7184.8180.739.5150.9164183.6180.540149.4161.6180.9180.340.5148159.417818041146.6157.3174.6179.841.514

14、5.4155.3171.8179.442144.2153.4168.6179.242.5143.1151.7166.1178.843142150.2163.8177.943.5141148.9161.5176.144140.1147.6158.9173.444.5139.1146.4156.6170.745138.1145.1154.6168.145.5137.1143.8152.9165.646136142.4151.1163.146.5134.9141149.2160.647133.8139.5147.7158.647.5132.7138.1146156.548131.6136.8144.

15、1154.548.5130.5135.4142.7152.449129.4134141.2150.549.5128.2132.7139.8148.850127.1131.4138.114750.5126130.2136.5145.351124.9128.9135.3143.751.5123.9127.7133.9142.152122.8126.5132.7140.652.5121.8125.4131.613953120.7124.3130.2137.653.5119.7123.1129.3136.154118.7122127.7134.754.5117.7120.9126.6133.45511

16、6.7119.8125.513255.5115.7118.8124.6130.756114.7117.7123.3129.456.5113.8116.7122.4128.157112.8115.7121.4126.957.5111.9114.8120125.658111113.7119.5124.458.5110.1112.9118.4123.259109.2111.9117.7122.159.5108.4110116.512160107.5110.1115.6119.860.5106.7109.2114.4118.761105.8108.3113.7117.661.5105107.5112.

17、6116.762104.2106.7111.9115.662.5103.3105.8110.8114.663102.5105110113.763.5101.7104.1109.2112.664101103.4108.3111.764.5100.2102.6107.6110.86599.5101.9106.7109.965.598.7101.1106.21096698100.3105.210866.597.398.8104.6107.26796.698.1103.7106.367.595.897.4103.1105.56895.296.7102.1104.768.594.596101.5103.

18、96993.895.3101.110369.593.194.6100.5102.27092.49499.6101.470.591.893.399100.77191.192.797.899.971.590.59297.499.27289.891.397.298.472.589.390.796.297.77388.690.195.896.973.58889.595.496.37487.488.894.395.574.586.888.293.894.87586.287.693.194.275.585.687.192.693.4768586.592.292.876.584.585.991.792.17

19、783.885.390.891.577.583.384.790.390.87882.784.289.690.278.582.283.688.989.67981.683.188.488.979.581.182.587.988.38080.68287.487.780.580.181.586.987.18179.580.986.586.581.57980.485.885.98278.579.985.285.482.57879.485.184.78377.578.984.484.283.57778.483.783.68476.577.983.483.184.57577.482.982.58575.67

20、782.68285.575.176.582.281.58674.67681.980.986.574.275.581.380.48773.775.181.179.987.573.374.680.579.48872.874.280.278.988.572.473.279.778.48971.973.779.177.989.571.573.378.677.49071.172.878.176.990.570.772.477.976.49170.27277.775.991.569.871.577.275.59271.177.17592.570.776.674.69370.376.274.193.569.976.173.79475.673.294.575.172.89574.772.395.574.371.9967471.496.573.7719773.470.797.572.870.29872.669.898.572.29971.999.571.510071.3100.571.110170.7101.570.110269.9102.569.5六、數(shù)據(jù)處理1.作各樣品在冷卻時(shí)，溫度讀數(shù)隨時(shí)間的步冷曲線。2.查表確定純鉛和純錫的熔點(diǎn)。列表表明各樣品的組成以及它們?cè)诓嚼淝€上所