二组分合金相图

二组分合金相图

1 引言

二组分合金相图是表示体系存在状态与组成、温度的关系，由于合金的沸点很高，所以合金相图一般是固-液相图。

本实验研究的Bi-Sn合金相图是一种较为简单的合金相图，Bi和Sn这两种组分的液相完全互溶，固相部分互溶，故该体系的相图如图1所示

图1 Bi-Sn二组分合金相图示例

(来源：SGTE alloy database)

本实验用步冷曲线法绘制Bi-Sn合金相图。它是利用金属及合金在加热或冷却过程中发生相变时热量的释出或吸收及热容的突变，使得温度-时间关系图上出现突变段（平台或者拐点），从而得到相变温度。其通常的做法是，先将金属或合金全部熔化，然后让其在一定的环境中自行冷却，通过记录仪记录下步冷曲线。然后根据步冷曲线得出所有固体析出的温度和低共熔温度。根据一系列组成不同的二组分系统的步冷曲线的各转折点，即可画出二组分系统的相图（T-x图）。绘制过程也可由图2来表示。

图2 用步冷曲线法绘制二组分合金相图

（来源：贺德华等. 基础物理化学实验. 高等教育出版社,2008，39页）

2 实验操作

2.1实验药品、仪器及测试装置示意图

2.1.1 实验仪器

电热偶，电炉（2个），调压器，热电偶套管，沸点仪，硬质玻璃试管，数据自动记录软件

2.1.2 实验药品

Sn (AR), Bi (AR), 松香，液体石蜡

2.1.3 实验装置示意图

图3 实验装置示意图

（来源：https://www.wendangku.net/doc/b817054634.html,/view/71f133224b35eefdc8d33322.html）

2.2 实验条件

温度：室温（具体数值未知）

气压：未知

湿度：未知

（在实验等待过程中实验者曾在实验室中寻找温度计等仪器，但由于疏忽并未找到，直到实验后看到被批改的第一次报告才得知，温度/湿度仪在称量台旁边，故本次实验中温度、湿度和气压仍未知）

2.3实验操作步骤及方法要点

a.由于事先已有配好Bi质量分数30%,56.9822%,80%的Bi-Sn合金以及纯Bi和纯Sn

金属，故可直接将样品放入电炉加热。

注意：加热时将电热偶插入套管以通过温度来判断样品是否完全溶解；在加热一个

样品时，将下一要加热的样品放入另一电炉，用小电压加热，以缩短实验时间；若

按上述方式加热，则最好熔点高的样品后加热，但为了防止混淆，实验中实际加热

的顺序为纯Sn、含Bi 80%的Bi-Sn合金、含Bi 56.9822%的Bi-Sn合金、含Bi 30%的Bi-Sn合金、纯Bi.

b.待数据采集软件显示样品温度已超过熔点，将样品夹出轻微晃动，发现样品以熔化

为澄清的金属色液体，说明样品已完全熔化。此时将样品拿出，调整电热偶套管，

使其位于样品中央而不与玻璃管壁接触，开始记录步冷曲线。

注意：与步冷曲线相似，在样品的升温曲线中，每一个拐点或者平台也对应一个相

变过程，所以若观察到样品的升温曲线已经出现并结束足够的拐点或平台期，则可

以判断样品已经完全溶解；但由于升温曲线并不像步冷曲线一样是直线形式，拐点

和平台并不明显，所以更保险的方法就是通过观察合金温度是否升到最先测量的纯

Sn的熔点之上，来判断合金样品已经完全溶解，这样做的理论依据是合金的熔点不可能超过组成该合金的纯金属的熔点。

c.待步冷曲线已出现足够多的拐点或平台，停止记录，并将电热偶插入下一样品开始

调大电压加热。

d.测定完所有合金及金属样品后，加热水至沸腾，将电热偶插入沸点仪的喷口，测量

水的沸点。

e.将数据采集软件所得到的步冷曲线导入数据处理软件，在拐点两侧分别选两个点做

切线相交得出拐点，软件会自动得出该拐点对应的温度，即相变温度。对与每一条

步冷曲线得到其一个或两个相变温度。

f.利用所测得的水的沸点、纯Bi的熔点和纯Sn的熔点以及这三个数据的标准值（由

贺德华等. 基础物理化学实验. 高等教育出版社,2008，40页给出）得到工作曲线。

g.利用工作曲线，将实验测得的三种合金的熔点进行校正，得到校正后的合金熔点。

h.利用以上三种合金校正后的熔点，以及由贺德华等. 基础物理化学实验. 高等教育

出版社,2008，40页给出的Bi-Sn二组分体系固溶体相界线的坐标，做出Bi-Sn二组分体系的T-x相图。

3 结果与讨论

3.1 实验原始数据

3.1.1 各物质的步冷曲线

实验得到的步冷曲线如下图（由拷贝的下来实验室数据处理软件和数据获得）：

图4 各物质的步冷曲线

其中t(Sn)表示拟合得到的Sn的相变温度，t1(30%)和t1(30%)表示Bi质量分数30%的合金的相变温度，t(56.9822%),t1(80%),t2(80%),t(Bi)的意义同上，红色直线为为拟合交点而做的切线

由于在实验中未记录每次拟合得到的原始相变温度，而再次在实验者计算机上拟合又不能保证拟合结果与当时的实验结果相同，故在此及下文没有列出拟合得到的原始相变温度，而是直接列出了校正后的温度数据。

3.1.2 各物质的标准沸点或熔点2

表1 各物质的沸点或熔点

（来源：贺德华等. 基础物理化学实验. 高等教育出版社,2008，40页）

3.1.3 校正后各物质的相变温度

表2 工作曲线溶液的浓度及折射率

3.1.4 Bi-Sn二组分体系固溶体相界线的坐标2

（来源：贺德华等. 基础物理化学实验. 高等教育出版社,2008，40页）3.2 计算的数据、结果

3.2.1 Bi-Sn二组分合金相图

由以上原始数据在T-x图上取点连线可得到的Bi-Sn二组分相图如下：

图5 Bi-Sn二组分合金相图

3.2.2 各区域或界线代表的的相数和自由度数

图6 Bi-Sn二组分合金相图（带标记）

首先，相律公式为f=C-P+n=S-R-R’-P+n，其中，S表示物种数，R表示独立的化学平衡数，R’表示独立的浓度关系数，P表示相数，n表示可自由变化的参数，如温度、压力、浓度等。在本实验中，R=R’=0，且压力一定，所以n=1，可将相律计算公式化简为f=S-P+n所以，对于图中各区域及相界线：

区域1表示Bi与Sn的完全互溶的液相，相数为2，S=2，P=1，,所以自由度f=2-1+1=2，表示温度和浓度（Bi和Sn在体系中的比例）都可以变化，相数为1.

区域2表示液相与固溶体1(Sn比重大)的混合物，相数为2，S=2，P=2，所以自由度f=2-2+1=1，表示温度或浓度有一项可以变化，相数为2.

区域3表示液相与固溶体2(Bi比重大)的混合物，相数为2，S=2，P=2，所以自由度f=2-2+1=1，表示温度或浓度有一项可以变化，相数为2.

区域4表示固溶体1和固溶体2的固体混合物，相数为2，所以S=2，P=2，所以自由度f=2-2+1=1，表示温度或浓度有一项可以变化，相数为2.

区域5表示固溶体1，相数为1，S=,2，P=1，所以自由度f=2-1+1=2，表示温度或浓度有一项可以变化，相数为1.

区域6表示固溶体2，相数为1，S=,2，P=1，所以自由度f=2-1+1=2，表示温度或浓度都可以变化，相数为1.

相界线AC表示由液相相变到液相-固溶体1混合物的相变线，由于是过渡态，数不确定，故自由度也不确定。

相界线BC表示由液相相变到液相-固溶体2混合物的相变线由于是过渡态，数不确定，故自由度也不确定。

相界线AD表示由液相-固溶体1混合物相变到固溶体1的相变线，相数不确定，故自由度也不确定。

相界线BE表示由液相-固溶体2混合物相变到固溶体2的相变线，相数不确定，故自由度也不确定。

相界线DF表示由固溶体2相变到固溶体1-固溶体2混合物的相变线，相数不确定，故自由度也不确定。

相界线EG表示由固溶体2相变到固溶体1-固溶体2混合物的相变线，相数不确定，故自由度也不确定。

相界线CD表示由液相-固溶体1混合物相变到固溶体1-固溶体混合物的相变线，相数不确定，故自由度也不确定。

相界线CE表示由液相-固溶体1混合物相变到固溶体1-固溶体混合物的相变线，相数不确定，故自由度也不确定。

三相点C表示固溶体1、固溶体2和液相的混合物，即低共熔混合物，相数为3，S=2，P=3，所以自由度P=2-3+1=0，即没有自由度，温度和浓度都不能变化，相数为3.

3.2.3实验测得的各数据

如上图所示，由本实验测得了以下数据：

由Bi和Sn组成的二组分体系的低共熔温度为(134.31±0.94)o C (由于该数据可由Bi质量分数30%,56.9822%,80%的Bi-Sn合金三个样品测得三个数值，故取其平均值并计算其标准差)，低共熔物中Bi的质量分数约为56.9822.%；

纯Bi的熔点为271.99o C，纯Sn的熔点为230.70o C，水的沸点为100.31 o C.

3.3 讨论分析

a.各物质熔沸点实验值与参考值之间的偏差

就相对误差来看，各参数的误差较小，故只做简单讨论。

H2O的沸点的误差一方面可用实验时气压的影响来解释；另一方面，由于电热偶的工作曲线是由以上三个参参考值和三个实验值共同得出，所以即使水的沸点准确，另外两个熔点不准确，校正后的水的沸点也不会完全符合参考值。

两种纯金属的熔点的误差不能用气压来解释，所以导致其误差的因素除了校正，应该还有其他。经过对实验现象的思考，我认为其中主要因素就是样品不纯，其中就包括金属氧化物的污染，这将在下面的讨论中详细论述

b.图6相图中AC相界线及BC相界线不是直线的问题

图6 Bi-Sn二组分合金相图（带标记）

理论上，二组分合金的熔点（第二个相变点）的温度应该与某一组分的浓度成正比，也就是说，在图5中，AC与BC相界线应该为直线，而实验测得两条相界线都或多或少的有上凸的现象。究其原因，实验者认为最有可能的原因就是样品中生成了氧化物，使样品的熔点升高。

在实验中实验者发现，盛装样品的玻璃管壁上有黑色固体，虽然Bi2O3和SnO2都不是黑色4，但污染等原因会使这两种金属氧化物呈现黑色。而且在长期的加热过程中，金属Bi和金属Sn氧化成氧化物是很自然的。同时，查阅文献得知，Bi2O3和SnO2的熔点都高于800o C4,5，这也解释了两条相界线的上凸。所以实验者认为，合金熔点高于理论值的原因最可能是氧化物的产生。

除了氧化物的影响，金属中混入其他污染物也可能是相界线上凸的原因。

c.步冷曲线拐点不明显的原因

在实验得到的步冷曲线中，大部分的拐点都如下图所示

图7 步冷曲线举例（纯Bi的步冷曲线）

可见，曲线拐至平台期的拐点并不明显，而是先降温至一定温度，然后又升温才到达平台期。

出现这个现象的原因就是液体冷凝过程中的过冷现象。由于液相中缺少凝结核，固体小颗粒的析出需要克服较大的表面张力，所以有时在熔点以下的液体

也不会凝固，这就是过冷现象的原理。正如图中步冷曲线，熔点应该为平台期

的温度t，而在冷却过程中温度下降至t以下时即发生了过冷，后来的升温是因

为液相快速凝固发出大量潜热，最后曲线进入平台期则是液相稳定凝固的过程。

过冷的原因不仅造成了步冷曲线的变形，还导致了拐点的消失，这就需要用拟合的方法找到拐点，在软件中拟合找拐点时所用的方法就是分别找到向下弧

线左侧曲线段的切线和平台期的切线，令两条线相交来得到拐点。

d. 实验建议

基于以上讨论，实验者对本实验提出两点建议：(1) 及时更换合金样品，以防止样品被氧化而造成熔点的变化和相界线的变形；(2) 在样品中加入少量的

凝结核，以使步冷曲线的拐点更加明显，熔点的确定更加准确，但加入凝结核

的量不宜多以防止其影响样品熔点。

4 结论

本实验绘制了Bi-Sn二组分体系的二组分合金T-x相图（图4），并验证了：(1) Bi和Sn 这两种组分的液相完全互溶，固相部分互溶；(2) Bi在固相Sn中最大溶解度为21%，而Sn

在固相Bi中最大溶解度为1.6%；同时还发现：(1) Bi和Sn组成的低共熔物中Bi的质量分数为56.9822%，其低共熔点为(134.31±0.94)o C；(2)纯Bi的熔点为271.99o C，纯Sn的熔点为230.70o C。

5参考文献

1.SGTE alloy database

(http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?xlabel=&ylabel=&maxx=&minx=&max y=&miny=&calc=1&file=Bi-Sn.jpg&y=&cat=&dir=SGTE&lang=&type=&coords=?399,281 )

2.贺德华等. 基础物理化学实验. 高等教育出版社,2008

3.https://www.wendangku.net/doc/b817054634.html,/view/71f133224b35eefdc8d33322.html

4.SI Chemical Data Book (4th ed.), Gordon Aylward and Tristan Findlay, Jacaranda Wiley

5.Patnaik, Pradyot (2003). Handbook of Inorganic Chemical Compounds. McGraw-Hill. ISBN

0-07-049439-8. Retrieved 2009-06-06.

6 附录

6.1 计算实例

这里可以拿低共熔点的计算举例：如表2由Bi质量分数30%,56.9822%,80%的Bi-Sn合金得到的低共熔点分别为133.42o C,134.97o C,134.53o C，可利用公式μX=(X1+X2+…+X n) / n来求得其均值：

μX=(X1+X2+…+X n) / n

=(133.42+134.97+134.53)/3 o C

=134.31o C

利用公式σx=sqr{[(X1-μX)2+(X2-μX)2+…+(X n-μX)2]/(n-1)}来求得标准差：

σx=sqr{[(X1-μX)2+(X2-μX)2+…+(X n-μX)2]/(n-1)}

=sqr{[(133.42-134.31)2+(134.97-134.312+(134.53-134.31)2]/2} o C

=0.94o C

所以，最终低共熔点的实验值表示为(134.31±0.94)o C.

6.2 思考题

6.2.1为什么能用步冷曲线来确定相界？

如第一部分引言中所述，物质在相变时会放出或吸收潜热，同时热容会发生突变，这些变化体现在步冷曲线上就是拐点或者平台，所以利用步冷曲线可以确定某一固定组成物质的各个相变点的温度。而通过测定不同组成的合金步冷曲线，就可以得到组成-相变温度的关系，将这种关系画在T-x图上，就是相界线。

6.2.2 请用相律分析各步冷曲线的形状？

图8 含Bi 30%的二组分体系的步冷曲线

以含Bi 30%的二组分体系的步冷曲线左图（实际实验图）为例，曲线中：

AB段是液相的冷却曲线，体系只有1相，热容恒定，曲线形状近似直线；

BC段为液相-固溶体1共存期，从B点固溶体1开始析出，并在本时期不断析出且组成不断改变，体系有2相，液相在冷却而固溶体在凝固，故温度在下降，但因固溶体1的热容和质量在不断改变，所以温度下降曲线为一条弧线；也可由相律得自由度数f=S-R-R’-P+n, 如3.2.2的讨论，S=2，R=R’=0，n=1,又P=3，所以f=2-3+1=0，即温度可以变化；

CD段为固溶体1-固溶体2-液相共存期，从C点开始固溶体2开始析出，在CD这个平台期，液相不断凝固为固溶体1和固溶体2，没有降温过程只有凝固过程，故温度不变，有3相；也可由相律得自由度数f=S-R-R’-P+n, P=3，所以f=2-3+1=0，即温度不能变化，在步冷曲线中表现为平台期；

DE段为两种固溶体共存期，在D点液相全部凝固，体系转变为两种固溶体，有2相，并继续冷却，由于每种固溶体的组成都不再改变，所以热容恒定，温度下降曲线为直线。

6.2.3 热电偶测量温度的原理是什么？

热电偶实际上是根据热电效应的原理以电势指示温度的温度传感器。其一般有两端，其中自由端置于恒温，而工作端放入样品中用来测量样品的温度。由于两端的温差会产生电势差，当自由端温度一定时，工作端的不同温度会导致电势差的不同，且二者之间有确定的映射关系，所以可通过测量电热偶所产生的电势差来测量工作端的温度，也就是样品的温度。这就是电热偶测温的原理。

但本实验中的电热偶只有一端，经查阅资料，这可能是热电阻测温系统，不同的温度会使热电偶产生不同的电阻，而电阻是很容易通过电路来测量的，所以这种热电阻测温系统可以通过测量电热偶所产生的电阻大小来测量样品温度。

6.2.4 步冷曲线各段的斜率以及平台的长短与哪些因素有关？

步冷曲线各段的斜率表示物质降温的快慢，而降温的快慢与物质的种类，也就是物质的热

容、物质与环境的温差这两个因素有关有关，所以步冷曲线的斜率也与这两个因素有关。而平台的长短则指示了相变时间的长短，相变的时间一方面与物质的性质有关，不同物质的相变时间显然不同，同时也与样品量有关，样品量越多相变时间自然会越长。

实验六 二组分金属相图的绘制

实验六二组分金属相图的绘制 一、实验目的 1.学会用热分析法测绘Sn—Bi二组分金属相图。 2.了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方法。 二、预习要求 1.了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。 2.掌握热电偶测量温度的原理及校正方法。 三、实验原理 测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后，使之均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线叫步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时，则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。 二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图1所示的形状。

图1根据步冷曲线绘制相图 图2有过冷现象时的步冷曲线 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度;但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。见图2。遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。 四、仪器药品 1.仪器 立式加热炉1台；冷却保温炉1台；长图自动平衡记录仪1台；调压器1台；镍铬-镍硅热电偶1副；样品坩埚6个；玻璃套管6只；烧杯(250mL)2个；玻璃棒1只。

二组分简单共熔体系相图的绘制

二组分简单共熔体系相图的绘制

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实验七二组分简单共熔体系相图的绘制 -－----Cd～Ｂi二组分金属相图的绘制１实验目的及要求: 1）应用步冷曲线的方法绘制Cd～Bｉ二组分体系的相图。 ２）了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同,其相变点的温度应如何确定。 2 实验原理：… 用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何,不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图，叫相图。 绘制相图的方法很多，其中之一叫热分析法。在定压下把体系从高温逐渐冷却,作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。体系若有相变，必然伴随有热效应,即在其步冷曲线中会出现转折点。从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。测定一系列组成不同样品的步冷曲线,从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图，如图Ⅱ一6一l所示。 纯物质的步冷曲线如①⑤所示，从高温冷却，开始降温很快，口６线的斜率决定于体系的散热程度。冷到A的熔点时，固体Ａ开始析出,体系出现两相平衡（溶液和固体Ａ)，此时温度维持不变，步冷曲线出现ｂc的水平段,直到其中液相全部消失，温度才下降。 混合物步冷曲线（如②、④）与纯物质的步冷曲线(如①、⑤)不同。如②起始温度下降很快（如a′b′段），冷却到ｂ′点的温度时，开始有固体析出,这时体系呈两相,因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢,曲线的斜率较小(b′ｃ′段)。到了低共熔点温度后,体系出现三相，温度不再改变,步冷曲线又出现水平段c′d′,直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。 曲线⑧表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其图形与纯物相似，但它的水平段是三相平衡。 用步冷曲线绘制相图是以横轴表示混合物的成分,在对应的纵轴标出开始出现相变(即步冷曲线上的转折点)的温度,把这些点连接起来即得相图。 ３仪器与药品： 加热电炉１只,热电偶(铜一康铜)1根,不锈纲试管8只，控温测定装置1台，计算机1台，镉（化学纯),铋（化学纯)。 4 实验步骤: 1)配制不同质量百分数的铋、镉混合物各１00g(含量分别为0%,１5%，25％,4０%，55%，75％，90％，100%)，分别放在８个不锈纲试管中。 2）用控温测定装置装置,依次测纯镉、纯铋和含镉质量百分数为9０％,７5％,５5％，40%，25％,15%样品的步冷曲线。将样品管放在加热电炉中加热，让样品熔化,同时将热电偶的热端(连玻璃套管）插入样品管中，待样品熔化后，停止加热。用热电偶玻璃套管轻轻搅

二组分金属相图的绘制

二组分金属相图的绘制 一．实验目的 1．用热分析法(冷却曲线法)测绘Bi —Sn 二组分金属相图。 2．了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。 二．实验原理 表示多相平衡体系组成、温度、压力等变量之间关系的图形称为相图。 较为简单的二组分金属相图主要有三种：一种是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu —Ni 系统；另一种是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi —Cd 系统；还有一种是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如本实验研究的Bi —Sn 系统。在低共熔温度下，Bi 在固相Sn 中最大溶解度为21％(质量百分数)。 图1冷却曲线 图2由冷却曲线绘制相图 热分析法(冷却曲线法)是绘制相图的基本方法之一。它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。通常的做法是先将一定已知组成的金属或合金全部熔化，然后让其在一定的环境中自行冷却，画出冷却温度随时间变化的冷却曲线(见图 1)。当金属混合物加热熔化后再冷却时，开始阶段由于无相变发生，体系的温度随时间变化较大，冷却较快（ab 段）。若冷却过程中发生放热凝固，产生固相，将减小温度随时间的变化，使体系的冷却速度减慢（bc 段）。当融熔液继续冷却到某一点时，如c 点，由于此时液相的组成为低共熔物的组成。在最低共熔混 合物完全凝固以前体系温度保持不变，冷却曲线出现平台，（如图cd 段）。当融熔液完全凝固形成两种固态金属后，体系温度又继续下降（de 段）。 由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物系统，可以根据它的冷却曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。根据一系列组成不同系统的冷却曲线的各转折点，即可画出二组分系统的相图(T - x 或T - w B 图)。不同组成熔液的冷却曲线对应的相图如图2所示。 图3可控升降温电炉前面板 1.电源开关 2.加热量调节旋钮 3、4.电压表 5.实验坩埚摆放区 6.控温传感器插孔 7.控温区电炉8.测试区电炉 9.冷风量调节

金属相图

实验 金属相图 [实验目的] 1．学会用热分析法测绘Pb - Sn 二组分金属相图。 2．掌握热分析法的测量技术与有关测量温度的方法。 [基本原理] 热分析法是先将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间读体系温度一次，将所得温度值对时间作图，所得曲线即为步冷曲线（如下图1）。每一种组成的Pb - Sn 体系均可根据其步冷曲线找出相应的转折点和水平台温度，然后在温度-成分坐标上确定相应成分的转折温度和水平台的温度，最后将转折点和恒温点分别连接起来，即为相图（如下图2）。 图1 步冷曲线 图2 步冷曲线与相图 [仪器结构] 图1 加热装置 图2 测量装置 仪器参数设置法： 最高温度：C 350℃ 加热功率：P1 400W 保温功率：P2 40W 报警时间：E1 30s 报警声音：n 0 按设置键：显示温度时就是退出了设置状态，可以进行实验。

[实验步骤] 1．配制样品。配制含锡量分别为20%，40%，61.9%，80%的铅-锡混合物各100g，装入4个样品管中，然后在样品管内插入玻璃套管(管中应有硅油，增加热传导系数)，并在样品上方盖一层石墨粉； 2．将需加热的样品管放入一炉子中，将加热选择旋钮指向该加热炉（加热炉和选择旋钮上均有数字标号），并将测温传感器置于需加热的样品管中； 3．设定具体需加热的温度，加热功率和保温功率，本实验中这些参数依次设定为350o C，400W, 40W，参数设定完成后, 按下“加热”键，即进入加热状态； 4．当测量装置上的温度示值接近于330 O C时，可停止加热。待样品熔化后，用玻璃套管小心搅拌样品； 5．待温度降到需要记录的温度值时（比如305 C），可点击测量软件中的“开始实验”按钮，降温过程中，若降温速度太慢，可打开风扇；若降温速度太快，则可按“保温”键，适当增加加热量。当温度降到平台以下，停止记录。 按照上述步骤，测定不同组成金属混合物的温度—时间曲线。 [数据处理] 1．依实验数据绘制T-t步冷曲线，6根曲线绘制在同一张图上； 2．依样品的组成和步冷曲线中转折点和平台的温度绘制出Pb-Sn的T-w金属相图； 3．你所测得的Pb, Sn的熔点与教材（东北师大第90面）上的值的相对误差分别为: %, %. [问答题] 金属相图的用途有哪些？ ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 班级: 姓名: 学号: 实验日期: 分数: 教师:

二组分金属相图的绘制.

实验六二组分金属相图的绘制 【实验目的】 1. 学会用热分析法测绘Sn—Bi二组分金属相图。 2. 了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。 3. 了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方法。 【基本要求】 （1）学会用热分析法测绘Sn-Bi二组分金属相图。 （2）掌握步冷曲线的绘制和利用。 【实验原理】 测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或两种金属混合物熔融后，使之均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线称为步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一平滑的步冷曲线；当体系内发生相变时，则因体系产生的相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵消，步冷曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成体系的相变温度。利用步冷曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图2-5-1所示的形状。 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度；但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。见图2-5-2。遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。

图6-1 根据步冷曲线绘制相图 图6-2 有过冷现象时的步冷曲线 【仪器试剂】 立式加热炉1台；保温炉1台；镍铬-镍硅热电偶1副；不锈钢样品管4个；250mL烧杯1个。 Sn(化学纯)；Bi(化学纯)；石腊油；石墨粉。 【实验步骤】 1. 样品配制 用感量0.1g的台称分别称取纯Sn、纯Bi各50g，另配制含锡20%、40%、60%、80%的铋锡混合物各50g，分别置于坩埚中，在样品上方各覆盖一层石墨粉。 2. 绘制步冷曲线 (1) 将热电偶及测量仪器如图2-5-3连接好。 (2) 将盛放样品的坩埚放入加热炉内加热(控制炉温不超过400℃)。待样品熔化后停止加热，用玻璃棒将样品搅拌均匀，并在样品表面撒一层石墨粉，以防止样品氧化。 图6-3 步冷曲线测量装置 1.加热炉； 2.不锈钢管； 3.套管； 4.热电偶 (3) 将坩埚移至保温炉中冷却，此时热电偶的尖端应置于样品中央，以便反映

二组分固液相图

5.4二组分系统的固～液平衡 5.4.1形成低共熔物的固相不互溶系统 当所考虑平衡不涉及气相而仅涉及固相和液相时，则体系常称为"凝聚相体系"或"固液体系"。固体和液体的可压缩性甚小，一般除在高压下以外，压力对平衡性质的影响可忽略不计，故可将压力视为恒量。由相律: 因体系最少相数为Φ=1，故在恒压下二组分体系的最多自由度数f*=2，仅需用两个独立变量就足以完整地描述体系的状态。由于常用变量为温度和组成，故在二组分固液体系中最常遇到的是T～x（温度～摩尔分数）或T～ω（温度～质量分数）图。 二组分固～液体系涉及范围相当广泛，最常遇到的是合金体系、水盐体系、双盐体系和双有机物体系等。在本节中仅考虑液相中可以完全互溶的特殊情况。这类体系在液相中可以互溶，而在固相中溶解度可以有差别。故以其差异分为三类：（1）固相完全不互溶体系；（2）固相部分互溶体系和（3）固相完全互溶体系。进一步分类可归纳如下： 研究固液体系最常用实验方法为“热分析”法及“溶解度”法。本节先在“形成低共熔物的固相不互溶体系”中介绍这两种实验方法，然后再对各种类型相图作一简介。 （一）水盐体系相图与溶解度法

1．相图剖析 图5-27为根据硫酸铵在不同温度下于水中的溶解度实验数据 绘制的水盐体系相图，这类构成相图的方法称为"溶解度法"。 纵坐标为温度t(℃)，横坐标为硫酸铵质量分数（以ω表 示）。图中FE线是冰与盐溶液平衡共存的曲线，它表示水 的凝固点随盐的加入而下降的规律，故又称为水的凝固点降 低曲线。ME线是硫酸铵与其饱和溶液平衡共存的曲线，它 表示出硫酸铵的溶解度随温度变化的规律（在此例中盐溶解 度随温度升高而增大），故称为硫酸铵的溶解度曲线。一般 盐的熔点甚高，大大超过其饱和溶液的沸点，所以ME不可 向上任意延伸。FE线和ME线上都满足Φ =2,f *=1，这意 味温度和溶液浓度两者之中只有一个可以自由变动。 FE线与ME线交于E点，在此点上必然出现冰、盐和盐溶液三相共存。当Φ=3 时，f*=0 ,表明体系的状态处于E点时，体系的温度和各相的组成均有固定不变的数值；在此例中，温度为 -18.3℃，相应的硫酸铵浓度为 39.8％。换句话说，不管原先盐水溶液的组成如何，温度一旦降至 -18.3℃，体系就出现有冰（Q 点表示）、盐（I点表示）和盐溶液（E点表示）的三相平衡共存，连接同处此温度的三个相点构成水平线QEI，因同时析出冰、盐共晶体，故也称共晶线。此线上各物系点（除两端点Q和I外）均保持三相共存，体系的温度及三个相的组成固定不变。倘若从此类体系中取走热量，则会结晶出更多的冰和盐，而相点为E的溶液的量将逐渐减少直到消失。溶液消失后体系中仅剩下冰和盐两固相，Φ=2,f*=1，温度可继续下降即体系将落入只存在冰和盐两个固相共存的双相区。若从上向下看E点的温度是代表冰和盐一起自溶液中析出的温度，可称为"共析点"。反之，若由上往下看E点温度是代表冰和盐能够共同熔化的最低温度，可称为"最低共熔点"。溶液E凝成的共晶机械混合物，称为"共晶体"或"简单低共熔物"。不同的水盐体系，其低共熔物的总组成以及最低共熔点各不相同，表5-7列举几种常见的水盐体系的有关数据。 表5-7 某些盐和水的最低共熔点及其组成

合金相图实验报告

一．实验目的 1.用热分析法测绘Sn-Bi二元低共熔体系的相图 2.学习步冷曲线绘制相图的方法 二．实验原理 相图是多相体（二相或二相以上）处于相平衡状态时体系的某种物理性质对体系的某一自变量作图所得的图形（体系的其它自变量维持不变），二元和多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同条件下的相平衡情况，因此研究相体系的性质，以及多相平衡情况的变化要用相图的知识。 AB表示两个组分的名称，纵坐标是温度T,横坐标 是B的百分含量abc线上，体系只有液相存在，ace 所围的面积中有固相A及液相存在，bcf所围的中 有B晶体和个液相共存，c点有三相（AB晶体和饱 和熔化物）。 测绘相图就是要将图中这些分离相区的线画出来， 常用的实验方法是热分析法。所观察的物理性质是 被研究体系的温度。将体系加热熔融成均匀液体，然后冷却，每隔一定时间记录温度一次，一温度对时间作图，得到步冷曲线。 当一定组成的熔化物冷却时，最初温度随时间逐渐下降达到相变温度时，一种组分开始析出，随着固体的析出而放出凝固潜热，使体系冷却速度变慢，步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，转折点的温度即是相变温度。继续冷却的过程中，某组分析出的量逐渐增多而残留溶液中的量则逐渐减少，直到低共熔温度时，液相达到低共熔组成，两种组分同时互相饱和，两种组分的晶体同时析出，这时继续冷却温度将保持不变，步冷曲线出现一水平部分，直到全部溶液变为固体后温度才开始降低，水平停顿温度为最低共熔点温度。 如果体系是纯组分，冷却过程中仅在其熔点出现温度停顿，步冷曲线的水平部分是纯物质的熔点，图中b是图1中组成为P体系的步冷曲线，点2,3分别相当于图1中的G,H。因此取一系列不同组成的体系，做出它们的步冷曲线求出其转折点，就能画出相图。但是在实验过程中有时会出现过冷现象，这时必须外推求得真正的转折点。

二组分金属相图的绘制思考题汇总

二组分金属相图的绘制思考题汇总 1.有一失去标签的Pb-Sn合金样品，用什么方法可以确定其组成？ 答： 将其熔融、冷却的同时记录温度，作出步冷曲线，根据步冷曲线上拐点或平台的温度，与温度组成图加以对照，可以粗略确定其组成。 2．总质量相同但组成不同的Pb-Sn混合物的步冷曲线，其水平段的长度有什么不同？为什么？ 答： （1）混合物中含Sn越多，其步冷曲线水平段长度越长，反之，亦然。 （2）因为Pb 和Sn的熔化热分别为23.0和59.4jg-1，熔化热越大放热越多，随时间增长温度降低的越迟缓，故熔化热越大，样品的步冷曲线水平段长度越长。 3．有一失去标签的Pb-Sn合金样品，用什么方法可以确定其组成？ 4．总质量相同但组成不同的Pb-Sn混合物的步冷曲线，其水平段的长度有什么不同？为什么？ （查表： Pb 熔点327℃，熔化热23.0jg-1，Sn熔点232℃，熔化热59.4jg-1） 5、何谓热分析法？用热分析法绘制相图时应注意些什么？ 热分析法是相图绘制工作中的一种常用的实验方法，按一定比例配制均匀的液相体系，让他们缓慢冷却，以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。曲线的转折点表征了某一温度下发生的相变的信息。 6、为什么要控制冷却速度，不能使其迅速冷却？ 答：

使温度变化均匀，接近平衡态，必须缓慢降低温度，一般每分钟降低5度。 7、如何防止样品发生氧化变质？ 答： 温度不可过高，空气不能过多和样品接触。 8、用相律分析在各条步冷曲线上出现平台的原因。 答： 因为金属熔融系统冷却时，由于金属凝固放热对体系散热发生一个补偿，因而造成冷却曲线上 的斜率发生改变，出现折点。当温度达到了两种金属的最低共熔点，会出现平台。 9、为什么在不同组成融熔液的步冷曲线上，最低共熔点的水平线段长度不同？答： 不同组成，各组成的熔点差值不同，凝固放热对体系散热的补偿时间也不同。 10.样品融熔后为什么要保温一段时间再冷却？ 答： 使混合液充分混融，减小测定误差。 11.对于不同成分混合物的步冷曲线，其水平段有什么不同？ 答： 纯物质的步冷曲线在其熔点处出现水平段，混合物在共熔温度时出现水平段。而平台长短也不同。 12.作相图还有哪些方法？

二组分简单共熔系统相图的绘制

实验报告 课程名称： 大学化学实验（P ） 指导老师： 成绩：_______________ 实验名称： 二组分简单共熔系统相图的绘制 实验类型： 物性测试 同组学生姓名： 【实验目的】 1. 用热分析法测绘Zn-Sn 相图。 2. 熟悉热分析法的测量原理 3. 掌握热电偶的制作、标定和测温技术 【实验原理】 本实验采用热分析法中的步冷曲线方法绘制Zn-Sn 系统的固-液平衡相图。将系统加热熔融成一均匀液相，然后使其缓慢冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间的关系曲线，称为冷却曲线或步冷曲线。当熔融系统在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续下降，得到一条光滑的冷却曲线，如在冷却过程中发生相变，则因放出相变热，使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折点或水平线段。转折点或水平线段对应的温度，即为该组成合金的相变温度。对于简单共熔合金系统，具有下列形状的冷却曲线[图a(a)]，由这些冷却曲线，即可绘出合金相图[图a(b)]。 在冷却过程中，常出现过冷现象，步冷曲线在转折处出现起伏[图a(c)]。遇此情况可延长FE 交曲线BD 于点，G 点即为正常的转折点。 用热分析法测绘相图时，被测系统必须时时处于或接近相平衡状态，因此，系统的冷却速度必须足够慢，才能得到较好的结果。 图a 步冷曲线（a ）、对应相图（b ）及有过冷现象出现的步冷曲线（c ） 【试剂与仪器】 仪器 镍铬-镍硅热电偶1支；UJ-36电位差计1台；小保温瓶1只；盛合金的硬质玻璃管7只；高 温管式电炉2只（加热炉、冷却炉）；调压器（2KW ）1只； 坩埚钳1把；二元合金相图计算机测试系统1套。 试剂 锡、锌、铋（均为AR ）；石墨粉。 【实验步骤】 1. 热电偶的制作：取一段长约0.6m 的镍铬丝，用小瓷管穿好，再取两段各长0.5m 的镍硅丝，制作热 电偶（此步骤一般已事先做好）。 2. 配置样品：在7只硬质玻璃管中配制各种不同质量分数的金属混合物：100%Bi ；100%Sn ；100%Zn ； 45%Sn+55%Zn ；75%Sn+25%Zn ；91.2%Sn+8.8%Zn ；95%Sn+5%Zn 。为了防止金属高温氧化，表面放置石墨粉（此步骤由实验室完成）。 3. 安装：安装仪器并接好线路。 4. 加热溶化样品，制作步冷曲线：依次测100%Zn ，100%Bi ，100%Sn ，45%Sn+55%Zn ，

二组分合金系统相图的绘制

综合测试实验 一、目的要求 1.用热分析步冷曲线法绘制铋-镉二组分金属相图 2.掌握热分析法的测量技术 二、基本原理 较为简单的二组分金属相图主要有三种： 一种是液相完全互溶，固相也完全互溶成固溶体的系统，最典型的为Cu-Ni 系统；一种是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi-Cd系统；还有一种是液相完全互溶，固相是部分互溶的系统，如Pb-Sn系统，本实验研究的是Bi-Cd系统。 热分析中的步冷曲线法是绘制相图的基本方法之一。它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，热量的释放或吸收及热容的突变，得到金属或合金中相转变温度的方法。 本实验是先将金属或合金全部熔化，然后让其在一定的环境中冷却，并在电脑上自动画出温度随时间变化的关系曲线—步冷曲线（见图1）。 当熔融的系统均匀冷却时，如果系统不发生相变，则系统的温度随时间的变化是均匀的，冷却速率较快（如图1中ab线段）；若在冷却过程中发生了析出固体的相变，由于在相变过程中伴随着放热效应，所以系统的温度随时间变化的速率发生改变，系统的冷却速率减慢，步冷曲线上出现转折（如图1中b 点）。当熔液继续冷却到某一点时（如图1中c点），系统以低共熔混合物固体析出，在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线上出现水平线段（如图1中cd线段）；当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（如图1中的线段）。 图1步冷曲线图2步冷曲线与相图 由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系，可以根据它的步冷曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。根据一系列组成不同系统的步冷曲

线的各转折点，即可画出二组分系统的相图（温度-组成图）。不同组成熔液的步冷曲线对应的相图如图2所示。 用步冷曲线法绘制相图时，被测系统必须时时处于接近相平衡状态，因此冷却速率要足够慢才能得到较好的结果。 三、仪器和试剂 1.仪器： ZR-HX金属相图试验装置一套；电脑一台（四套公用） 2.试剂： 铋（分析纯、熔点为544.5 K）、镉（分析纯、熔点为594.1 K） 四、实验步骤 1.配制试样： 配制含铋质量分数分别为20%、40%、60%、80%的Bi-Cd合金150g，再称纯Bi、纯Cd各150 g，分别放入6个不锈钢试管中，上面滴入约1 mL的硅油。在放入感温元件的细筒中也要滴入几滴硅油。 2.准备工作 （1）根据控制器所接位置，分别选择“A”或“B”加热器（可以根据情况只接一个加热器） （2）检查主机、从机和中继器的电源线连接是否可靠 （3）检查各从机温度传感器与仪器连接是否可靠 （4）用通讯电缆将中继器“主机”接口与主机串行通口连接 （5）用通讯电缆将中继器“从机”接口分别与从机连接 （6）检查各线、缆连接无误后先后接通从机、中继器和主机电源

物理化学实验报告二组分简单共熔合金相图绘制

一、实验目的 1．掌握步冷曲线法测绘二组分金属的固液平衡相图的原理和方法。 2、了解固液平衡相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。 二、主要实验器材和药品 1、仪器：KWL-II金属相图(步冷曲线)实验装置、微电脑控制器、不锈钢套管、硬质玻璃样品管、托盘天平、坩埚钳 2、试剂：纯锡（AR）、纯铋（AR）、石墨粉、液体石蜡 三、实验原理 压力对凝聚系统影响很小，因此通常讨论其相平衡时不考虑压力的影响，故根据相律，二组分凝聚系统最多有温度和组成两个独立变量,其相图为温度组成图。 较为简单的组分金属相图主要有三种:一种是液相完全互溶，凝固后固相也能完全瓦溶成固体混合物的系统最典型的为Cu- Ni系统;另一种是液相完全互溶，而固相完全不互溶的系统,最典型的是Bi- Cd 系统;还有一种是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb- Sn或Bi- Sn系统。 研究凝聚系统相平衡,绘制其相图常采用溶解度法和热分析法。溶解度法是指在确定的温度下，直接测定固液两相平衡时溶液的浓度，然后依据测得的温度和溶解度数据绘制成相图。此法适用于常温F易测定组成的系统，如水盐系统。 热分析法(步冷曲线法)则是观察被研究系统温度变化与相变化的关系，这是绘制金属相图最常用和最基本的实验方法。它是利用金属及合金在加热和冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。其原理是将系统加热熔融，然后使其缓慢而均匀地冷却，每隔定时间记录一次温度，物系在冷却过程中温度随时间的变化关系曲线称为步冷曲线(又称为冷却曲线)。根据步冷曲线可以判断体系有无相变的发生。当体系内没有相变时，步冷曲线是连续变化的;当体系内有相变发生时，步冷曲线上将会出现转折点或水平部分。这是因为相变时的热效应使温度随时间的变化率发生了变化。因此，由步冷曲线的斜率变化可以确定体系的相变点温度。测定不同组分的步冷曲线，找出对应的相变温度，即可绘制相图。 图3- 15(b)是具有简单低共熔点的A- B二元系相图,左右图中对应成分点a.b.c、d.e 的步冷曲线。下面对步冷曲线作简单分析。 在固定压力不变的条件下,相律为: f=c-φ+1 (3-6-1) 式中:c为独立组分数;为相数。 对于纯组分熔融体系,c=1,q=1。在冷却过程中若无相变化发生，其温度随时间变化关系曲线为平滑曲线。到凝固点时，固液两相平衡,=2,自由度为0,温度不变，出现水平线段。等体系全部凝固后,其冷却情况同纯熔融体系一样，呈一平滑曲线。图3- 15(a)中曲线ave 属于这种情况。 曲线C是低共培体冷却曲线,情况与a.c相似.水平线段的出现是因为当冷却到头能点温度r。时，A和B同时标出，且固相中的比例与溶液中相同,因此溶液浓度不变,从街具备

实验 二组分金属相图的绘制.

《物理化学实验》讲义 第三部分 实验 德州学院化学系 王敦青 二组分固---液相图的绘制 一、实验目的 1.学会用热分析法测绘Sn —Bi 二组分金属相图。 2.了解热分析法测量技术。 3.掌握SWKY 数字控温仪和KWL-08可控升降温电炉的基本原理和使用。 二、预习要求 了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。 三、实验原理 测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后，使之均匀冷却， 每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线叫步冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时，则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。 二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图1所示的形状。 图1 根据步冷曲线绘制相图 拐点后，开始有固体凝固出来，液相成分不断变化，平衡温度也不断随之改变，直到达到其低 共熔点温度，体系平衡，温度保持不变（平台）；直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度;但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。见图2。遇此情况，可延长DC 线与AB 线相交，交点E 即为转折点。 图3是二元金属体系一种常见的步冷曲线。 当金属混合物加热熔化后冷却时，由于无相变发生，体系的温度随时间变化较大，冷却较快（1~2 段）。若冷却过程中发生放热凝固，产生固相，将减小温度随时间的变化，使体系的冷却速度减慢（2~3段）。当融熔液继续冷却到某一点时，如3点，由于此时液相的组成为低共熔物的组成。在最低共熔混合物完全凝固以前体系温度保持不变，步冷曲线出现平台，（如图3~4段）。当融熔液完全凝固形成两种固态金属后，体系温度又继续下降（4~5段）。若图III-5-4中的步冷曲线为图III-5-5中总组成为P 的混合体系的冷却曲线，则转折点2 相当于相图中的G 点，为纯固相开始析出的状态。水平段3~4相当于相图中H 点，即低共熔物凝固的过程。因此，根据一系列不同组成混合体系的步冷 拐点：相变温度 平台 A+L B+L L A+B

物理化学实验报告讲义二组分金属相图的测定

实验30 二组分金属相图的测定 预习要求 1．理解热分析法。 2．理解步冷曲线上的转折点及停歇线表示的含义。 3．本实验所测定的Zn-Sn二组分，在液相及固相的相互溶解情况。 4．使用热电偶测量温度时的注意事项。（参阅附录1.2.3） 实验目的 1．用热分析法（步冷曲线法）绘制Zn-Sn二组分金属相图。 2．掌握热电偶测量温度的基本原理和自动平衡记录仪的使用方法。 实验原理 简单的二组分金属相图主要有三种：①液相完全互溶，凝固后固相也能完全互溶成固溶体的系统，如Cu-Ni，溴苯-氯苯；②液相完全互溶，固相完全不互溶的系统，如Bi-Cd； ③液相完全互溶，固相部分互溶的系统，如Pb-Sn。本实验研究的Zn-Sn系统属于第二种。在低共熔温度下，Zn在固相Sn中的最大溶解度为w Zn=0.09。 热分析法是绘制金属相图的基本方法之 一，即利用金属或合金在加热或冷却过程中发 生相变时，相变热的吸收或释放引起热容的突 变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。 通常的做法是将金属或合金加热至全部熔 化，然后让其在一定的环境中自行冷却，每隔 一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系 的曲线，即为步冷曲线（见图3-13）。 当熔融的系统均匀冷却时，如果不发生相 图3-13步冷曲线 变，则系统温度随时间的变化是均匀的，冷却 速度较快（如图中ab线段）；若在冷却过程中 发生相变，由于在相变过程中伴随着放热，所以系统的冷却速率减慢，步冷曲线上出现转折（如图中b点）；当系统继续冷却到某一温度时（如图中c点），系统中有低共熔混合物析出，步冷曲线出现温度的“停顿”；在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线上出现水平线段（如图中cd线段）；当系统完全凝固后，温度又开 始下降（如图中de线段）。 图3-14 固相完全不互溶的A-B二组分金属相图及其步冷曲线

物理化学-实验七：二组分固液相图的绘制

实验七 二组分固-液相图的绘制 一、实验目的及要求 1．掌握用步冷曲线法测绘二组分金属固液平衡相图的原理和方法； 2．了解采用热电偶进行测温、控温的原理和装置。 二、实验原理 用来表示多相体系的温度、压力与体系中各组分的状态、组成之间关系的平面图形称为相图。二组分固-液相图是描述体系温度与二组分组成之间关系的图形。由于固液相变体系属凝聚体系，一般视为不受压力影响，因此在绘制相图时不考虑压力因素。 若二组分体系的两个组分在固相完全不溶，在液相可完全互溶，一般具有简单低共熔点，其相图具有比较简单的形式。根据相律，对于具有简单低共熔点的二组分体系，其相图可分为三个区域，即液相区、固液共存区和固相区。绘制相图时，根据不同组成样品的相变温度（即凝固点）绘制出这三个区域的交界线—液相线，即图1（b ）中的T 1E 和T 2E ，并找出低共熔点E 所处的温度和液相组成。 步冷曲线法又称热分析法，是绘制相图的基本方法之一。它是将某种组成的样品加热至全部熔融，再均速冷却，测定冷却过程中样品的温度 – 时间关系，即步冷曲线。根据步冷曲线上的温度转折点获得该组成的相变点温度。 步冷曲线有三种形式，分别如图1（a ）中的a 、b 和c 三条曲线。a 曲线是纯物质A 的步冷曲线。在冷却过程中，当体系温度到达A 物质凝固点时，开始析出固体，所释放的熔化热抵消了体系的散热，使步冷曲线上出现一个平台，平台的温度即为A 物质的凝固点。纯B 步冷曲线e 的形状与此相似。 a b c d e a b c d e A B x B t 液相区 固液共存区固相区低共熔点 T 1 T 2 T T （a ）（b ）E 图1 步冷曲线 b 曲线是由主要为A 物质但含有少量B 物质样品的步冷曲线。由于含有B 物质，使得凝固点下降，在低于纯A 凝固点的某一温度开始析出固体A ，但由于固体析出后使得B 的浓度升高，凝固点进一步下降，所以曲线产生了一个转折，直到当液态组成为低共熔点组成时，A 、B 共同析出，释放较多熔化热，使得曲线上又出现平台。如果液相中B 组分含量比共熔点处B 的含量高，则步冷曲线形状与此相同，只是先析出纯B ，如图中曲线d 。 c 曲线是当样品组成等于低共熔点组成时的步冷曲线。形状与A 相同，但在平台处A 、B 同时析出。 配制一系列不同组成的样品，测定步冷曲线，找出转折点温度及平台温度，将温度与组

【清华】实验6 二组分合金相图_314109813

实验6 二组分合金相图 实验目的 1.用热分析法（步冷曲线法）测绘Bi－Sn二组分金属相图。 2.掌握热电偶测量温度的基本原理和校正方法。 3.学会使用自动平衡记录仪。 实验原理 人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。以体系所含物质组成为自变量，温度为应变量所得到的T－x图是常见的一种相图。二组分相图已得到广泛的研究和应用。固－液相图多用于冶金、化工等部门。 较为简单的二组分金属相图主要有三种；一种是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu－Ni系统；另一种是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi－Cd系统；还有一种是液相完全互溶，而固相部分也互溶的系统，如Pb－Sn系统。本实验研究的Bi－Sn系统就是这一种。在低共熔温度下，Bi在固相Sn中最大溶解度为21％（质量百分数）。 热分析法（步冷曲线法）是绘制凝聚体系相图时常用的方法。它是利用金属及合金在加热或冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，使得温度－时间关系图上出现平台或拐点，从而得到金属或合金的相转变温度。由热分析法制相图，先做步冷曲线，然后根据步冷曲线作图。 通常的做法是先将金属或合金全部熔化。然后让其在一定的环境中自行冷却，通过记录仪记录下温度随时间变化的曲线（步冷曲线）。 以合金样品为例，当熔融的体系均匀冷却时（如图2-6-1所示），如果系统不发生相变，则系统温度随时间变化是均匀的，冷却速率较快（如图中ab线段）；若冷却过程中发生了相变，由于在相变过程中伴随着放热效应，所以系统的温度随时间变化的速率发生改变，系统冷却速率减慢，步冷曲线上出现转折（如图中b点）。当熔液继续冷却到某一点时（如图中c点），此时熔液系统以低共熔混合物的固体析出。在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线出现水平线段（如图中cd线段）；当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（如图中de线段）。 由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物系统，可根据它的步冷曲线得出有固体析出的温度和低共熔点温度。根据一系列组成不同系统的步冷曲线的各转折点，即可画出二组分系统的相图（温度－组成图）。不同组成熔液的步冷曲线对应的相图如图2-6-2所示。

二组分简单共熔体系相图的绘制

实验七二组分简单共熔体系相图的绘制 ------Cd～Bi二组分金属相图的绘制 1 实验目的及要求： 1）应用步冷曲线的方法绘制Cd～Bi二组分体系的相图。 2）了解纯物质和混合物步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。 2 实验原理：… 用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图，叫相图。 绘制相图的方法很多，其中之一叫热分析法。在定压下把体系从高温逐渐冷却，作温度对时间变化曲线，即步冷曲线。体系若有相变，必然伴随有热效应，即在其步冷曲线中会出现转折点。从步冷曲线有无转折点就可以知道有无相变。测定一系列组成不同样品的步冷曲线，从步冷曲线上找出各相应体系发生相变的温度，就可绘制出被测体系的相图，如图Ⅱ一6一l所示。 纯物质的步冷曲线如①⑤所示，从高温冷却，开始降温很快，口6线的斜率决定于体系的散热程度。冷到A的熔点时，固体A开始析出，体系出现两相平衡(溶液和固体A)，此时温度维持不变，步冷曲线出现bc的水平段，直到其中液相全部消失，温度才下降。 混合物步冷曲线(如②、④)与纯物质的步冷曲线(如①、⑤)不同。如②起始温度下降很快(如a′b′段)，冷却到b′点的温度时，开始有固体析出，这时体系呈两相，因为液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不断改变。由于凝固热的不断放出，其温度下降较慢，曲线的斜率较小(b′c′段)。到了低共熔点温度后，体系出现三相，温度不再改变，步冷曲线又出现水平段c′d′，直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。 曲线⑧表示其组成恰为最低共熔混合物的步冷曲线，其图形与纯物相似，但它的水平段是三相平衡。 用步冷曲线绘制相图是以横轴表示混合物的成分，在对应的纵轴标出开始出现相变(即步冷曲线上的转折点)的温度，把这些点连接起来即得相图。 3 仪器与药品： 加热电炉1只，热电偶(铜一康铜)1根，不锈纲试管8只，控温测定装置1台，计算机1台，镉(化学纯)，铋(化学纯)。 4 实验步骤： 1）配制不同质量百分数的铋、镉混合物各100g(含量分别为0％，15％，25％，40％，55％，75％，90％，100％)，分别放在8个不锈纲试管中。 2）用控温测定装置装置，依次测纯镉、纯铋和含镉质量百分数为90％，75％，55％，40％，25％，15％样品的步冷曲线。将样品管放在加热电炉中加热，让样品熔化，同时将热电偶的热端(连玻璃套管)插入样品管中，待样品熔化后，停止加热。用热电偶玻璃套管轻轻

物化实验——二组分合金相图

图1 实验装置图 计算机 样品和松香 石蜡 热电阻 电炉 二组分合金相图 1. 引言（实验目的/原理） 1) 学习温度的测量方法——用PT100热电阻测量温度 2) 用布冷曲线法测绘Bi-Sn 二组分合金相图 3) 用电脑软件记录数据和处理数据 2. 实验操作 2.1 实验药品：铋、锡、松香、石蜡 仪器型号：调压器 TT-1 热电阻 PT-100 测试装置示意图（如图1） 2.2 实验条件 室温：24 ℃ 样品温度：样品先加热至240-300 ℃，之后渐渐降温 2.3 实验操作 2.3.1步骤: 1) 加热样品至样品熔融 2) 搅拌使样品均匀 3) 冷却，由热电阻测量温度，由电脑软件记录步冷曲线 4) 用软件处理步冷曲线，找出相变点，记录相变温度 2.3.2方法要点 1) 加热硬质试管和样品时应缓慢调节，因为合金样品和玻璃的膨胀系数不同， 骤冷骤热，玻璃管易破裂。加热时可以同时记录升温曲线，可以预测步冷曲线的平台位置 2) 移动硬质试管时注意用钳子，戴手套，防止烫伤 3) 记录布冷曲线的过程中不能移动硬质试管上的胶塞以及热电阻 3. 结果与讨论 3.1 原始实验数据 由实测数据，用origin 作图，其中图2-6为样品布冷曲线，图7为水的升温曲线。

由电脑软件对布冷曲线进行线性拟合，并且根据水的沸点进行温度校正，得到如表1所示数据 表1 Bi-Sn 合金或纯金属的相变点温度及水的沸点

*第三、四列数据由电脑软件线性拟合得到 3.2 数据处理结果 由表1所示数据和已知部分数据[1]，由Execl 软件绘制得到Bi-Sn T-X 相图（如图8） 相图中共有6个部分，每个区域、曲线和最低共熔物的相数（Φ）和条件自由度数（f’）如下： 1．液相Φ=1 f’=2(温度和浓度) 2．液相+固溶体1 Φ=2 f’=1(温度或浓度) 3．液相+固溶体2 Φ=2 f’=1(温度或浓度) 4. 固溶体1 Φ=1 f’=2(温度和浓度) 5．固溶体1+固溶体2 Φ=2 f’=1(温度或浓度) 6．固溶体2 Φ=1 f’=2(温度和浓度) AB 液体到液体加固溶体1的过渡态 AD 液体到液体加固溶体2的过渡态 BC液体加固溶体1到固溶体1的过渡态 DE液体加固溶体2到固溶体2的过渡态 CF固溶体1到固溶体1加固溶体2的过渡态 EG固溶体2到固溶体1加固溶体2的过渡态 CAE 固溶体1、固溶体2加液体三相共存Φ=3 f’=0 由水、Bi、Sn的转折点读书和文献熔点或沸点值做出热电阻工作曲线（如图9）。

河北科技大学-金属相图实验教案

第次课 4 学时

本次课题（或教材章节题目）：实验8 金属相图 教学要求： 了解热分析法测绘金属相图的方法和原理技术；用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图；掌握热电偶测温技术和平衡记录仪的使用，并能正确地进行数据记录、处理与绘图，得出合理的结论。 重点：用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图 难点：用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图 教学手段及教具：演示讲授，实际操作。 讲授内容及时间分配： 演示讲授实验原理、实验步骤及注意事项、数据处理0.5h 学生实验操作 3.5h 课后作业对实验数据进行处理，完成实验报告各项内容。 参考资料1.河北科技大学物理化学教研室编，物理化学实验，北京理工大学出版社，2005 2.复旦大学等，物理化学实验，高等教育出版社，1993 3．蔡定建,杨忠,郁德清,钟一平. 二元合金相图的绘制与应用实验装置的改进[J]. 南方冶金学院学报, 2001,(01) . 4．李将渊,叶芝祥,王多才,蔡铎昌,李丽娜. 绘制二元合金相图的计算机数据采集与处理系统[J]. 四川师范学院学报(自然科学版) , 2000,(01) . 5．于庆水, 潘春晖. 金属相图实验的改进[J]. 沧州师范专科学校学报, 2004,(01)

河 北 科 技 大 学 教 案 用 纸 第 3 页 共 8 页 实验8 金属相图 一、 实验目的 1. 学习用热分析法测绘金属相图的方法和原理技术； 2. 用热分析法测绘Sn-Pb 二组分系统的金属相图； 3. 掌握热电偶测温技术和平衡记录仪的使用。 二、 实验原理 相图表示相平衡系统组成、温度、压力之间关系。对于不同的系统、根据所研究对象和要求的不同可以采用不同的实验方法测绘相图。例如对于水-盐系统，常用测定不同温度下溶解度的方法。对于合金，可以采用热分析方法。本实验采用热分析方法测绘Sn-Pb 二元金属相图。 二元金属相图A 、B 两纯金属组成的系统，被加热完全熔化后,如果两组分在液相能够以分子状态完全混合，称其为液相完全互溶, 把系统降温，当有固相析出时，因A 、B 物质不同会出现三种情况： (a)液相完全互溶，固相也完全互溶;(b)液相完全互溶，固相完全不互溶; (c)液相完全互溶，固相部分互溶。 本实验测绘的Sn-Pb 二元金属相图属于液相完全互溶，固相部分互溶系统，其相图如图8.1所示。图的横坐标表示Sn 的质量分数，纵坐标为温度（℃），α相为Sn 溶于Pb 中所形成的固体溶液（固溶体），β相为Pb 溶于Sn 中所形成的固体溶液（固溶体）。图中ACB 线以上，系统只有一相（液相）；DCF 线以下，α、β两相平衡共存；在ACD 区域中，α相与液相两相平衡共存；在BCF 区域，β相与液相两相平衡共存；ADP 以左及BFQ 以右的区域分别为α相和β相的单相区，C 点为ACD 与BCF 两个相区的交点，α、β和液相三相平衡共存；在DCF 线上，α、β和液相三相平衡共存，该线称为三相线。 该图用热分析法测绘。 图 8.1 Sn-Pb 相图 图 8.2 Sn-Pb 体系步冷曲线