二组分低共熔体系相图的绘制
二组分简单共熔系统相图的绘制
实验名称：二组分简单共熔系统相图的绘制一、实验目的：1. 用热分析法绘制Sn-Zn相图2. 熟悉热分析法的测量原理3. 掌握热电偶的标定和测温技术二、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。
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。
在冷却过程中，常出现过冷现象，布冷曲线在转折点出现起伏，遇此情况可通过作图法找到正常的转折点。
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。
三、仪器与试剂：仪器：镍铬-镍硅热电偶1支；U-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。
四、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的捏个丝，参照教材制作热电偶。
（实验室已制作）。
（2）配置样品：100%Bi；100%Sn；100%Zn；45%Sn+55%Zn；75%Sn+25%Zn；91.2%Sn+8.8%Zn ；95%Sn+5%Zn。
（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1100%Bi；100%Sn；100%Zn；45%Sn+55%Zn；75%Sn+25%Zn；91.2%Sn+8.8%Zn ；95%Sn+5%Zn；样品的步冷曲线。
装了样品的玻璃管放在加热炉中，接通电炉电源，调节变压器，待样品完全熔化后，再升高温度50℃，停止加热，然后把样品从加热炉里拿出放在冷却炉中。
简单低共溶混合物固液相图
4.4 简单低共熔混合物液-固相图简单低共熔混合物二元系液相完全互溶，而固相完全不互溶，它包括：合金系统的相图和盐水系统的相图。
合金系统的相图用热分析法绘制，盐水系统的相图用溶解度法绘制。
4.4.1 热分析法绘制简单低共熔混合物的相图1）热分析法当系统在均匀冷却过程中，若不发生相变化，则温度随时间的变化曲线是均匀的，若发生了相变，则因相变热效应，温度随时间的变化率将发生改变。
若将温度-时间曲线，称为“步冷曲线”，根据步冷曲线斜率的变化，判断冷却过程所发生的相变，称“为热分析法”。
当步冷曲线出现转折点时，则表示发生了相变。
结合相律有：f*＝0—平台;f*=1—拐点。
f*=C-φ+1C=1，f*=2-φ，当φ=2，有相变,f*=0，T不变,步冷曲线为平台。
即，单组分系统，一平台表示一相变。
C=2 ，f*=3-φ，当φ=2，有相变，f*=1，T变，步冷曲线为拐点；当φ=3，又一相变，f*=0，T不变，步冷曲线为平台。
即二组分系统，以拐点表示相变，一平台表示又一相变，即三相共存。
（2）绘制相图在定压下，对不同组分作出不同步冷曲线。
根据相变温度和系统组成，在T-x图上标出对应点的位置，得到低共熔混合物的T-x图。
此时，相律为f*=C-φ+14.4.2举例：以Bi-Cd为例根据步冷曲线得到了相图中相应的平衡点，连接平衡点A，C, E,得到Bi(s)与熔液两相共存的液相组成线；连接H,F,E点，得到Cd(s)与熔液两相共存的液相组成线；连接D,E,G点，得到NEM，Bi(s),Cd(s)与熔液共存的三相线，熔液的组成由E点表示。
这样就得到了Bi-Cd的T-x图。
4.4.2 相图分析相图中的点、线、面的物理意义：（1）面：AEH以上区：单一液相区1，f*=2,双变量区域，温度、组成均可变。
AEN以内区：Bi(s)+1两相平衡区，f*=1,单变量区，温度或组成之一可变。
HEM以内区：Cd（s+1）两相平衡区，f*=1单变量区，温度或组成之一可变。
二组份合金体系相图的绘制
深圳大学实验报告课程名称：物理化学实验实验项目名称：二组份合金体系相图的绘制学院：化学与化工学院专业：_____ 化学（师范）指导教师：_____ 周晓明___报告人：mei学号：20121422 _班级：_级师范班实验时间：_______ 2014.6.3 _实验报告提交时间：___ 2014.6.10教务处制实验六二组份合金体系相图的绘制一实验目的要求1.用热分析法测量铅、锡二元金属相图，了解固-液相图的基本特点。
2.学会热电偶测温技术。
3.掌握可控升降温电炉和数字式控温仪的使用方法。
二实验原理1.二组分固-液相图以体系所含物质的组成为自变量，温度为应变量所得到的T-X图是常见的一种相图。
二组分体系的自由度与相的数目有以下关系：自由度=组分数-相数+2 图Ⅱ-7-1（a）以邻-、对-硝基氯苯为例表示有低共溶点相图的构成情况：高温区为均匀的液相，下面是三个两相共存区，至于两个互不相溶的固相A、B 和液相L三相平衡共存现象则是固-液相图所特有的。
在三相共存的水平线上，自由度等于零。
处于这个平衡状态下的温度TE 、物质组成A、B和XE都不可改变。
TE 和XE构成的这一点称为低共熔点。
2.热分析法和步冷曲线热分析法是相图绘制工作中常用的一种实验方法。
按一定比例配成均匀的液相体系，让它缓慢冷却，以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。
图Ⅱ-7-1（b）为与图(a)标示的三个组成相应的步冷曲线。
曲线（Ⅰ）表时，体系温度将保持恒定直到样品完全凝固。
曲线上示，将纯B液体冷却至TB出现一个水平段后再继续下降。
在一定压力下，单组分的两相平衡体系自由度是定值。
曲线（Ⅲ）具有低共溶物的成分。
该液体冷却时，情况与纯为零，TB的B体系相似。
曲线（Ⅱ）代表了上述两组成之间的情况。
设把一个组成为X1，即有B的固相析出。
与前两种情况不同，这时体系还有一个自液相冷却至T1由度，温度将可继续下降。
不过由于B的凝固所释放的热效应将使该曲线的斜处出现一个转折。
二组分金属相图的绘制标准版文档
实验步骤
样品配制
用台称分别称取配制含锡25%、75%的铋 锡混合物各40g，混合均匀，装入样品管， 加入少量石蜡油覆盖。
3.绘制步冷曲线
将样品管放入立式电炉中加热至熔化，关 闭电炉，冷却，每半分钟记录一个温度值。
数据处理
1.查出纯Bi、纯Sn的熔点
2.找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温 度值。
3. 以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘 出Sn—Bi合金相图。
用二台元称 简分单别低称共取熔配体制系含的锡冷却25曲%、线7具5%有的所铋示锡的混形合状物各40g，混合均匀，装入样品管，加入少量石蜡油覆盖。 找二出元各 简步单冷低曲共线熔中体拐系点的和冷平却台曲对线应具的有温所度示值的。形状
放出的热量相抵偿，冷却曲线就会出现转折或 二将元样简 品单管低放共入熔立体式系电的炉冷中却加曲热线至具熔有化所，示关的闭形电状炉，冷却，每半分钟记录一个温度值。
查出纯Bi、纯Sn的熔点 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。 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。 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。
当二熔元融 简体单系低在共均熔匀体冷系却的过冷程却中曲无线相具变有化所时示，的其形温状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
水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成 热用与台自 称然分冷别却称时取体配系制放含出锡的25热%、量7相5%抵的偿铋，锡冷混却合曲物线各就4会0g出，现混转合折均或匀水，平装线入段样，品转管折，点加所入对少应量的石温蜡度油，覆即盖为。该组成合金的相变温度。
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。
4二组分金属相图的绘制
实验四二组分金属相图的绘制【目的要求】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。
3. 学会金属相图实验数据的采集，步冷曲线的绘制、相图曲线的绘制。
【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步冷曲线及相图如图2-5-1所示。
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，却会使转折点发生起伏，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1 根据步冷曲线绘制相图图2 有过冷现象时的步冷曲线【仪器试剂】电脑1台；立式加热炉1台；保温炉1台；调压器1台；镍铬-镍硅热电偶1副；不锈钢样品管6个。
Sn(C.P.)；Bi(C.P.)；石蜡油；【实验步骤】1. 样品配制用台称分别称取纯Sn、纯Bi各100g，另配制含锡20%、42%、60%、80%的铋锡混合物各100g，分别置于不锈钢样品管中，在样品中加入少量石蜡油。
2. 绘制步冷曲线(1) 将热电偶及测量仪器如图3连接好。
(2) 将盛放样品的不锈钢管放入加热炉内加热(控制炉温不超过400℃)。
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.了解固-液相图的基本特点；2.学会用热分析法测绘Sn—Bi二组分金属相图；3.了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方法。
二、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将步冷曲线的转折温度与对应的组成描点，连结这些点得液相单相区与固液双相区的分界线；由各组成样品平台温度的平均值做低共熔线；从低共熔线往下作垂线，垂线长度对应的平台长度，连接这些点得塔曼三角形，从而确定固溶体区的边界和低共熔点。
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。
三、仪器及试剂1.仪器: 数字控温仪；KWL-08可控升降温电炉；铂电阻温度传感器；计算机2.药品: Sn(化学纯)；Bi(化学纯)；石墨粉。
四、实验步骤1. 配制Bi 质量百分数为5％、20％、40％、60％、70％、80％、95％的Bi-Sn 混合物 克，分别装入金属样品管中，再加入少许石墨（约 克），以防金属加热过程中接触空气而氧化。
二组分合金相图的绘制实验报告
二组分合金相图的绘制一、实验目的：1.通过实验，用热分析法测绘锡—铋二元合金相图。
2。
了解热分析法的测量技术与有关测量温度的方法。
二、实验原理:绘制相图常用的基本方法,其原理是根据系统在均匀冷却过程中，温度随时间变化情况来判断系统中是否发生了相变化.将金属溶解后，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.若熔融体系在均匀冷却的过程中无相变，得到的是平滑的冷却线，若在冷却的过程中有相变发生，那么因相变热的释放与散失的热量有所抵偿，步冷曲线将出现转折点或水平线段，转折点所对应的温度即为相变温度。
时间（a）纯物质（b）混合物（c)低共熔混合物图1 典型步冷曲线对于简单的低共熔二元合金体系，具有图1所示的三种形状的步冷曲线。
由这些步冷曲线即可绘出合金相图。
如果用记录仪连续记录体系逐步冷却温度，则记录纸上所得的曲线就是步冷曲线。
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，因此体系的冷却速度必须足够慢才能得到较好的结果。
Sn-Bi合金相图还不属简单低共熔类型，当含Sn 81％以上即出现固熔体。
三、实验仪器和药品:仪器和材料：金属相图实验炉(图2），微电脑温度控制仪，铂电阻,玻璃试管，坩埚,台天平。
药品:纯锡（CR）、纯铋（CR)，石墨.四、实验步骤：1。
配制样品用感量为0.1g的托盘天平分别配制含铋量为30%、58%、80%的锡铋混合物各100g，另外称纯铋100g、纯锡100g，分别放入五个样品试管中。
2。
通电前准备①首先接好炉体电源线、控制器电源、铂电阻插头、信号线插头、接地线。
图2 金属相图实验炉接线图②将装好药品的样品管插入铂电阻，然后放入炉体.③设置控制器拨码开关:由于炉丝在断电后热惯性作用，将会使炉温上冲100℃—160℃（冬天低夏天高)。
因此设置拨码开关数值应考虑到这一点。
例如：要求样品升温为350℃，夏天设置值为170℃.当炉温加热至170℃时加热灯灭，炉丝断电，由于热惯性使温度上冲至350℃后,实验炉自动开始降温。
物理化学实验报告二组分简单共熔合金相图绘制
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。
二元合金相图的绘制实验报告
实验九二元合金相图的绘制【摘要】本文的目的是使我们加深对相变化过程的认识和理解，学习和掌握绘制相图的方法。
采用法热分析法绘制步冷曲线，从而绘制铋跟铬共熔体的简单低共熔相图；测定了铋跟铬共熔体系中的低共熔点时的成分组成及低共熔温度。
实验结果表明，铋跟铬共熔体系中的低共熔点时，铋的含量为56％，低共熔温度为148.6℃。
结果说明，实验方法正确，结果较为理想，但仍存在一定的误差。
【前言】相图是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。
对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度—组成图来描述。
热分析法是一种常用的绘制相图方法。
由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出,因此将系统均匀加热或冷却时,若不发生相变,则温度T随时间t变化的T-t曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时,其T-t曲线就会出现转折点或平台,其温度随时间的变化率会发生突跃。
把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。
步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。
根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。
下图就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。
所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶(即彼此不生成固溶体),这两种物质也不生成化合物。
铋-铬二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。
对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段，这是由于在定压力下，根据相律系统的自由度f与组分数C、相数P的关系以表示为：f=C−P+1故一定压力下当纯物质处于固液两相平衡时，C=1，P=2，自由度f=0,所以温度恒定不变，其步冷曲线上会出现一个平台((即水平段)。
上图中的曲线0.0就是x B=0.0时即纯A的步冷曲线；曲线1.0是x B=1.0时即纯B的步冷曲线。
在开始凝固之前和完全凝固以后，系统中只有一种纯液体或只有一种纯固体。
2-第二节简单双组份凝聚体系相图
这样就得到了Bi-Cd的T-x图。
Cd-Bi二元相图的绘制
Cd-Bi二元相图的分析 图上有4个相区：
* f 1. AEH线之上，熔液（l）单相区， 2 * f 1 2. ABE之内，Bi(s)+ l 两相区，
3. HEM之内，Cd(s)+ l 两相区， 4. BEM线以下， Bi(s)+Cd(s)两相区，
部分互溶的双液系
部分互溶的双液系
（2）具有最低会溶温度 水-三乙基胺的溶 解度图如图所示。 在 TB 温度（约为291.2K） 以下，两者可以任意比 例互溶，升高温度，互 溶度下降，出现分层。
TB 以下是单一液相
区，以上是两相区。
部分互溶的双液系
部分互溶的双液系
（3）同时具有最高、最低会溶温度 如图所示是水和烟碱的 溶解度图。 在最低会溶温度 TC'(约 334 K)以下和在最高会溶温 度 Tc (约481K)以上，两液体 可完全互溶，而在这两个温 度之间只能部分互溶。 形成一个完全封闭的溶度曲 线，曲线之内是两液相区。
简单的低共熔混合物
图中有两个特殊点：
L点 冰的熔点。盐 的熔点极高，受溶解度 和水的沸点限制，在图 上无法标出。
A点 冰+ (NH4 ) 2 SO4 (s) + 溶液三相共存点。溶液组 成在A点以左者冷却，先 析出冰；在A点以右者冷 却，先析出(NH4 ) 2 SO4 (s)。
水-盐冷冻液
在化工生产和科学研究中常要用到低温浴，配 制合适的水-盐体系，可以得到不同的低温冷冻液。 例如： 低共熔温度 水盐体系
1 2
基本原理：二组分体系 C 2 ，指定压力不变，
f * 2 f * 1 f * 0
3
实验十一 二组分合金相图的绘制
实验十一二组分合金相图的绘制(一)、实验目的1．掌握二组分体系的步冷曲线及相图的绘制方法。
2．用热分析法测绘Sn—Bi二元合金相图。
(二)、实验原理金属的熔点－组成相图，是采用热分析法由一系列组成不同的样品的步冷曲线进一步绘制而成。
所谓步冷曲线（即冷却曲线），是将体系加热熔融成均匀液相后，使之逐渐冷却，在冷却过程中，每隔一定时间记录一次温度，所得一系列温度对时间的数据绘制成表示温度与时间关系曲线，称为步冷曲线。
图11—1所示是三种形状的冷却曲线，如果用记录仪连续记录体系逐步冷却的温度，则冷却曲线的形状如11—2左图所示，由此可绘制出11—2右图，即合金相图。
（a）纯物质(b)混合物(c)低熔混合物时间图11—1典型冷却曲线图11—2 Bi—Cd合金冷却曲线及相图熔融体系在均匀冷却过程中无相变时，温度将连续均匀下降，得到一条连续的冷却曲线；若在冷却过程中发生了相变，则因放出相变热，使热损失有所低偿，温度变化将减缓或维持不变，冷却曲线就出现转折或呈水平线段，转折点所对应的温度即为该体系的相变温度，所以，由体系的冷却曲线可知体系在冷却过程中的热量变化，从而确定有无相变及其相变温度，故此方法叫做热分析法。
用热分析法绘制相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此体系的冷却速度必须足够慢才能得到较好的结果。
本实验为Sn—Bi体系，是一种形成部分互溶的固态溶液且具有低共熔点的二组分体系，它不属于简单低共熔类型，当含Sn 85％以上即出现固熔体。
因此用本实验的方法还不能作出完整的相图。
(三)、仪器药品KWL—08可控硅升降温电炉、SWL Y数字控温仪、纯锡、纯铋(四)、实验步骤以上五个样品分别装入不锈钢样品管中，插上温度探头套管，连接仪器，接通电源，按下图设定实验温度：1—电源开关 2—定时按钮 3—切换工作、置数工作状态 4、5、6、7—温度设定8、9—指示灯 10、11、12—数字显示窗口图12—3 SWKY数字控温仪2．定时设定：时间间隔设定30s，从0～99s之间按上下键2按钮调节。
二组分系统的相图及应用
A
xB
B
非理想系统的 p-x 和 T-x 图
等温 p
液
pB
p
p
A
xB
气
B
pA
气
A
xB
T液
B
A
xB
B
如图所示，是对Raoult定律发生正偏差
虚线为理论值，实线为实验值。真实的蒸气压 大于理论计算值。
液相组成线不再是直线
(2)正偏差很大，在 p-x 图上有最高点
等温
p
A
xB
l
p
p*
g
A
定温
373 A'
An
A"
T1
在 T1 温度作水平线
两相
交点 A' A" 称为 共轭配对点
313 D
C
0 0.2 0.4 0.6
H2O 质量分数
E
0.8 1.0
C6H5 NH2
A n 是共轭层组成的平均值
H2O-C6H5 NH2的溶解度图
BC 是平均值的连线，不一定是垂直线
部分互溶的双液系
（2）具有最低会溶温度
组分的含量较高。
T1
定压
g
c g-l d b
a
一次简单蒸馏，馏出
物中B含量会显著增加，剩 0
余液体中A组分会增多。
A
x2 x1
xB
l
TB*
y2 y1
1.0 B
蒸馏（或精馏）的基本原理
简单蒸馏
TA*
T T2 T1
0 A
c g-l a
x2 x1
xB
定压
g
d b
l
二组分金属相图的绘制(共7张PPT)
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。 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
3.绘制步冷曲线 时间关系的曲线叫步冷曲线。
续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时， 时间关系的曲线叫步冷曲线。
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。
则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相 二元简单低共熔体系的冷却曲线具有所示的形状
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。
数据处理
1.查出纯Bi、纯Sn的熔点
2.找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。 3. 以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘出Sn— Bi合金相图。
时间关系的曲线叫步冷曲线。 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
合物各40g，混合均匀，装入样品管，加入少量 起来，就可绘出相图。
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
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
当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连 时间关系的曲线叫步冷曲线。
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
物理化学课件二组分体系相图
假定 H vap m的值与温度无关，积分得：
lnp2 vapHm(11)
p1
R T1 T2
这公式可用来计算不同温度下的蒸气压或摩尔蒸发热。
6.2.2 Clapeyron方程
三条两相平衡线的斜率均可由Clausius-Clapeyron 方程或Clapeyron方程求得。
f * * = （ 3 - 1 ） - 1 + 0 = 1 （ X B ）
d ） T = 4 5 0 ℃ , P = 1 5 0 P θ , 有 催 化 剂 , 发 生 反 应
投 料 比 ： N 2 ∶ H 2 = 1 ∶ 3 R ’ = 1 f * * = （ 3 - 1 - 1 ） - 1 + 0 = 0
注意：
a ） 独 立 的 浓 度 限 制 条 件 （ 初 始 条 件 或 分 解 ）
说明：不同物质在同一相中的浓度限制条件 R’=0 C a C O 3 （ s ） → C a O （ s ） + C O 2 （ g ）
b ） 独 立 的 化 学 反 应 数 “ R ” 表 示
化 学 平 衡 时 ， 平 衡 常 数 限 制 浓 度
d dT PV Sii,,m m
Si,m Vi ,m
Si,m Vi,m
相变摩尔熵 相变摩尔体积
Si,m
Hi,m T
得：
dP H i,m
Clapeyron equation 适用于纯物质两相
dT
TVi , m
平衡
6.2.2 Clapeyron方程
在一定温度和压力下，任何纯物质达到两相平 衡时，蒸气压随温度的变化率可用下式表示：
§ 6.1.1 基本概念
相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均
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。
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7
水平段：
表示在水平段内，温度 不随时间而变化。
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8
A
B
C
图A是单组分体系, 图B是二元混合物,图 C 是低共融体系的步冷曲线。
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9
绘制二元合金相图
无论是步冷曲线上的平台还是转折，都反映了相 变化时的温度，把各种不同组成的体系的步冷曲线的 转折点和平台的温度，在温度—组成图上标志出来连 成曲线就得到相图。
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10
温 ① ②/ ③ ④ ⑤
温
度
aa
度
B
B
A
A
b
/ b
L
/ c
时间
L+A(s)
O
L+B(s) A(s)+B(s)
0(A)
B% 100(B)
(a)步冷曲线
(b)二元组分凝聚系统相图
热分析法绘制相图
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11
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。
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20
T/K
600K
454K
L+Pb(s)
L(单相区)
Pb(s)+Sn(s)
L+Sn(s)
505K
0(Pb)
61.9% 100%(Sn)
Pb—Sn 金属相图
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21
【实验讨论】 本实验成败的关键是步冷曲线上折变和水平线段是否明显。 步冷曲线上温度变化的速率取决于体系与环境间的温差、体系的热
先将体系加热至熔融成一均匀液相，然后让体 系缓慢冷却，
①体系内不发生相变，则温度--时间曲线均匀 改变；
②体系内发生相变，则温度--时间曲线上会出 现转折点或水平段。根据各样品的温度--时间曲线上 的转折点或水平段，就可绘制相图。
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5
温度--时间曲线，即步冷曲线
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6
转折点：
•※每8~10人为一组，每组5套仪器，每套仪器测两个 样，共测10个样。
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加热时
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15
工作灯亮表示为 加热状态
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16
记录温度时
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置数灯亮表示为 不加热，降温状
态
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【注意事项】
用电炉加热样品时，温度要适当，温度过高样品易氧化变质；温 度过低或加热时间不够则样品没有完全熔化，步冷曲线转折点测不出。
二组分低共熔体系相图的绘制
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1
二组分低共熔体系相图的绘制
• 实验目的 • 实验原理 • 仪器和试剂 • 实验步骤 • 数据处理 • 思考题
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2
实验目的
1. 用热分析法测熔融体步冷曲线，绘制Sn—Bi 二元ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ金相图。
2. 了解热分析法的实验技术及热电偶测量温度 的原理和方法。
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3
实验原理
相是指体系内部物理性质和化学性质完全均 匀的一部分。
相平衡是指多相体系中组分在各相中的量不 随时间而改变。
研究多相体系的状态如何随组成、温度、压 力等变量的改变而发生变化，并用图形来表示体 系状态的变化，这种图就叫相图。
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4
本实验采用热分析法绘制相图，其基本原理：
容量、体系的热传导率等因素，若体系析出固体放出的热量抵消散失热 量的大部分，转折变化明显，否则就不明显。
故控制好样品的降温速度很重要，开始降温时控制在4℃/min ～ 6℃/min。
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思考题
1. 冷却曲线上的拐点是怎么来的？ 2. 如果有两个样品，一个为纯金属A，另一个为 组成为低共熔体的合金（含A），你如何通过冷 却曲线对它们进行区分？
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在测定一样品时，若体系有两个转折点，必须待第二个转折点测 完后方可停止实验，否则须重新测定。
电炉加热到设定温度后，注意将控温仪加热关闭。 操做要小心烫伤。
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数据处理
1. 根据记录的数据，以温度为纵坐标，时间为横坐标，作出各组分的 冷却曲线。
2. 找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。 3. 以温度为纵坐标，以物质组成为横坐标，绘出Sn—Bi金属相图。温 度换算（℃ Ｋ）； （纯Bi：Tf = 271.4℃，纯Sn：Tf = 231.89 ℃） 4、对所作相图中进行相律分析，指出最低共熔点、最低共熔组成、各 区的相数和自由度数。
•(2) 加热（控温仪置于“工作”档），至熔化（加热到 炉膛温度320℃。实际熔化温度是272℃左右，加热到 320℃是为了确保熔化完全）；
温度不要超过370℃，否则会损坏热电偶
•(3)热电偶插入样品管，自然冷却（控温仪置于“置数” 档），每隔30s 记一次温度，测至小于120℃ ;
•(4) 换样品，重新测量。
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仪器和试剂
• 电炉加热系统:可控升降温电炉 • 不锈钢样品管10只（1#为纯Bi 、 2#~ 9#为含12.5
％、25％、35％、45％、55％、65％、75％、 87.5％的Sn， 10#为纯Sn） • 数字式控温仪; 热电偶一支
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实验步骤
•(1) 将样品管和热电偶都直接放入电炉加热管内（热 电偶不要插入样品管）；