实验6_二组分合金相图
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。
实验六二组分合金相图的测定
实验六 二组分合金相图的测定一、目的要求1、测绘Pb—Sn二元物系相图2、了解热分析法的测量技术和热电偶测温技术二、原理热分析法是观察物系在冷却或加热时温度随时间的变化，画出温度与时间的关系曲线，这类曲线称为步冷曲线。
从步冷曲线的转折及其平坦之处，来判断相变化的关系。
通常的做法是：在进行二组分物系的热分析时，我们常常要准备好一系列不同组成的混合物。
如配制含A组分的组成100％、90％、80％……10％直到组分B为100％）先将混合物体系加热全部熔化，然后让其在一定环境中缓慢自行冷却，观察在均匀时间间隔下，所发生的温度变化。
取纵坐标为温度、横坐标为时间，就可以从每一组成画出一条步冷曲线。
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。
如以锡(Sn)和铋(Si)的二组分物系为例(图1)：l为纯Sn的步冷曲线。
5为纯Si的步冷曲线。
它们的平坦线段表示各自的凝固点。
曲线2、4的转折点都表示开始有一种固体凝结出来；各线的下面部分都呈现出一个平坦线段，这表示两种固体同时析出。
曲线3亦是如此。
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只是冷却过程中它没有转折点，只有一个平坦线段。
上述各线在平坦线段(温度为135℃)析出的固体是由两种金属的微小晶体组成的混合物，称为低熔混合物，是液体全部变为固体的单纯相变化过程。
故在一段时间范围内，温度不变。
在2、4曲线有转折点，它除有固体析出的同时液体也存在，因此是转折点，当达到最低共熔温度时，出现平坦部分。
以混合物的组成为横轴，以温度为纵轴，将这一系列组成不同的步冷曲线(T-t)图上转折点温度、平坦段温度，画出对应的组成的温度点，用圆滑的曲线连接转折点，用直线连接平坦段点，就得到二组分物系的相图。
6-08二组分固态不互溶凝聚系统相图
送 往 精 馏 塔
t/℃
32.9 14.7
l+s
s+l
s(A)+s(B) 0.0 0.2 邻硝基氯苯 • A 0.4 0.6 0.8
xB
1.0 对硝基氯苯
B
实例
§6-9. 二组分固态互溶系统液- 固相图
1. 固态完全互溶凝聚系统 置换式 g （取代式） 固熔体 g+l 固态完全互溶 l 镶嵌式 （填充式） 固熔体 固态部分互溶
xB=0.8 1703
p=101325Pa
l (A+B)
1640
xB=0.2
xA=1.0 1400 1210 1505
1581 1550 1440 1345
l+s
1265
s (A+B) 0.0 0.2 Ge(A) 0.4 0.6 0.8 1.0 Si(B)
硅—锗相图
t /[t]
xB
单组分
固态完全互溶凝聚系统 固态完全互溶凝聚系统 两个单相区 每个相区一个面 固相区 s(A+B) P = 1，F = 2 液相区 l(A+B) P = 2，F = 1 一个两相区 l + s 两相区由两条线组成： •液相线 —— 凝固点曲线; l + s •固相线 —— 熔点曲线; l + s 二组分
sA、271同时析出 sB sB
s(A)+ l
l
l + s(B)
140
s(A)
L s(A)+s(B)
40 60 80
s(B)
步冷曲线
t/s
凝聚相系统 F = C －P + 1 单组分 F = 2 －P
0 20 Bi）
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。
实验二 二组分合金相图的绘制
3.金相试样制备过程（包括取样（镶嵌）、磨制、抛光和浸蚀） （1）取样 取样部位的选择应根据检验的目的选择有代表性的区域。一般进行如下几方 面的取样。 原材料及铸锻件的取样：原材料及铸锻件的取样主要应根据所要检验的内容 进行纵向取样和横向取样。 纵向取样检验的内容包括：非金属夹杂物的类型、大小、形状；金属变形后 晶粒被拉长的程度；带状组织等。 横向取样检验的内容包括：检验材料自表面到中心的组织变化情况；表面缺 陷；夹杂物分布；金属表面渗层与覆盖层等。 事故分析取样：当零件在使用或加工过程中被损坏，应在零件损坏处取样然 后再在没有损坏的地方取样，以便于对比分析。 取样的方法：取样的方法因为材料的性能不一样，有硬有软，所以取样的方 法也不一样。软材料可用锯、车、铣、刨等来截取；对于硬的材料则用金相切割 机或线切割机床截取，切割时要用水冷却，以免试样受热引起组织变化；对硬而 脆的材料，可用锤击碎，选取合适的试样。 试样的大小以便于拿在手里磨制为宜，通常一般为 φ12×15mm 圆柱体或 12×12×15mm 正方体。取样的数量应根据工件的大小和检验的内容取 2-5 个为宜。 镶嵌：截取好的试样有的过于细小或是薄片、碎片，不宜磨制或要求精确分
影响 DSC 升温曲线上吸热峰（或放热峰）的形状，对升温过程中吸热转变起始 温度影响很小，所以相图测量结果比热分析方法要精确，而且可以测量具有晶型 转变合金的相图。与热分析方法测量相图一样，对样品的均匀性与纯度要充分考 虑。
二组分合金相图的绘制（docX页）
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、SWLY数字控温仪、纯锡、纯铋(四)、实验步骤1．配制样品，将合金按质量百分数配备。
Bi% 100 80 58 30 0Sn% 0 20 42 70 100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。
实验6 Sn-Bi二组分固液相图的绘制
实验6 Sn-Bi二组分固液相图的绘制【实验目的】1.掌握热分析法绘制二组分固液相图的原理及方法；2.了解纯物质与混合物步冷曲线的区别并掌握相变点温度的确定方法；3.了解简单二组分固液相图的特点；4.掌握数字控温仪及KWL-80可控升温电炉的使用方法。
【实验原理】凝聚系统受压力影响很小，因此通常讨论其定压下相平衡图。
根据相律，定压下二组分系统f mix=2,最多有温度和组成两个独立变量，其相图为温度－组成图。
凝聚系统相图绘制：常用溶解度法和热分析法。
溶解度法：定温度下，直接测定固－液两相平衡时溶液的浓度，依据测得的温度和溶解度数据绘制成相图，适用于常温下易测定组成的系统，如水盐系统。
热分析法：绘制金属相图最常用的实验方法。
原理：测定系统由高温均匀冷却过程中的时间、温度数据，绘制冷却曲线。
根据冷却曲线可分析相态变化（若在均匀冷却过程无相变化，系统温度将随时间均匀下降。
若系统在均匀冷却过程中有相变化，由于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。
）。
简单二组分凝聚系统，其步冷曲线有三种类型。
图 6.1(a)为纯物质的步冷曲线。
冷却过程中无相变发生时，系统温度随时间均匀降低，至b点开始有固体析出，建立单组分两相平衡，f=0，温度不变，步冷曲线出现水平段bc，直至液体全部凝固(c点)，温度又继续均匀下降。
水平段所对应的温度为纯物质凝固点。
图6.1(b)为二组分混合物的冷却曲线。
冷却过程中无相变发生时，系统温度随时间均匀降低，至b点开始有一种固体析出，随着该固体析出，液相组成不断变化，凝固点逐渐降低，到c点，两种固体同时析出，固液相组成不变，系统建立三相平衡，此时f=0，温度不随时间变化，步冷曲线出现水平段cd，当液体全部凝固(d点)，温度又继续均匀下降。
水平段cd所对应的温度为二组分的低共熔点温度。
图6.1(c)为二组分低共熔混合物的步冷曲线。
二组分金属合金相图测绘
物理化学实验
实验报告
专业化学工程与工艺班级学号姓名
品完全凝固。
曲线上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为零，Ta 是定值。
曲线3具有低共熔物的成分。
该液体冷却时，情况与纯B体系相似。
与曲线1相比，其组分数由1变为2，但析出的固相数也由1 变为2。
所以，Te 也是定值。
曲线 2 代表了上述两组成之间的情况。
设把一个组成为4 的
液椎冷却至T，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率明
显变小，在Ti处出现一个转折。
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。
Sn-Bi合金相图还不属简单低共熔类型，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。
仪器试剂：
仪器：WCY-SI程序升降温控制仪 1 台，KWL-08 升降温电炉 1 台，不锈钢试样管5 支。
试剂：纯锡（A. R.)，纯铋（A.R.）
参数备注：
数据处理：冷却曲线图：
误差分析：
1.温度计较为粗糙，无法精确测量；
2.加热时间长短不十分固定，有一定定位读数误差；
3.样品可能没有标签上的纯度。
问题讨论：
1.金属熔融体冷却时冷却曲线上为什么会出现转折点？纯金属、低共熔金属及其合金等的转折点各有几个？曲线形状为何不同？。
二组分金属相图
实验名称二组分金属相图一、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．了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。
3．掌握热电偶测量温度的基本原理。
二、实验原理热分析法(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，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步冷曲线(见图1)。
图1步冷曲线图2步冷曲线与相图当熔融的系统均匀冷却时，如果系统不发生相变，则系统的冷却温度随时间的变化是均匀的，冷却速率较快(如图中ab线段)；如果在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，系统的冷却速率减慢，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．因此步冷曲线上出现水平线段(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。
用热分析法(步冷曲线法)绘制相图时，被测系统必须时时处于或接近相平衡状态，因此冷却速率要足够慢才能得到较好的结果。
三、实验装置1.调压器2.电子温度计3.热电偶4.细玻璃管5.试管6.试样7.电炉四、仪器及试剂仪器：金属相图实验装置（EF-07）：温控仪1个、加热炉1个、冷却炉1个、热电偶2只试剂：100%Zn、100%Sn、70%Zn+30%Sn、25%Zn+75%Sn、8.8%Zn+91.2%Sn样品管。
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1Bi-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）。
二组分金属相图的绘制
二组分金属相图的绘制
1 实验要求
(1) 测定Sn-Bi合金的步冷曲线，绘制其相图并确定低共熔点及相应的组成。
(2) 了解热分析法测量原理，掌握热电偶的使用和校正。
(3) 回答本次实验需要讨论的5个问题。
2 注意事项
(1)按程序降低加热电压，否则热惯性太大，温度会过高。
如温度过高，取
出样品管对炉口扇风降低温度。
(2) 试样溶解后一定要搅拌均匀，这样数据才准确。
如搅拌后温度过低，
可用50V电压再加热。
搅拌时动作要轻，防止烫伤。
3 问题讨论
(1) 在实验中，样品管内中为何加入石墨？
(2) 在实验中，为什么要选择适当的样品量和适当的升温速率？
(3) 二组分金属相图各相区的相律是多少？
(4) 何谓步冷曲线法？用步冷曲线法测绘相图时，应注意哪些问题？
(5) 分析各步冷曲线上出现平台的原因。
4 参考文献
(1)复旦大学.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社, 1993
(2) 罗澄源.物理化学实验[M].北京:高等教育出版社,2003
(3) 刘青,王永宁等.微机金属相图绘制的实验程序设计[J].青海师范大学学
报(自然科学版),2007,(2)
(4) 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,(1)
(5) 蔡定建,杨忠等.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,(1)。
实验六、二组分合金相图
二组分合金相图一、实验目的1．用热分析法(步冷曲线法)测绘Pb—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。
3．掌握金属相图（步冷曲线）测定仪的基本原理及方法。
二、实验原理1、二组分固-液相图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。
二组分相图已经得到广泛的研究和应用。
固-液相图多应用于冶金、化工等部门。
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 （1）由于一般的相变均在常压下进行，所以压力P一定，因此以上的关系式变为：自由度= 组分数–相数+ 1 （2）又因为一般物质其固、液两相的摩尔体积相差不大，所以固-液相图受外界压力的影响颇小。
这是它与气-液平衡体系的最大差别。
图1以邻-、对-硝基氯苯为例表示有最低共熔点相图的构成情况：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。
从式（2）可知，压力既已确定，在这三相共存的水平线上，自由度等于零。
3、较为简单的二组分金属相图主要有三种；（1）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；（2）是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型是Bi—Cd系统；（3）是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb—Sn系统，本实验研究的系统就是这一种。
在低共熔温度下，Pb在固相Sn中最大溶解度为(质量百分数)。
2、热分析法(步冷曲线法)是绘制相图的基本方法之一。
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。
曲线的转折点表征了某一温度下发生相变的信息。
由体系的组成和相变点的温度作为T-x图上的一个点，众多实验点的合理连接就成了相图上的一些相线，并构成若干相区。
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
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：/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。
实验六.二组分金属相图
实验六二组分金属相图一、实验目的：1、学会用热分析法测绘镉—铋二元金属相图。
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。
3、掌握热电偶的测温的基本方法。
二、基本原理：热分析法是根据样品在加热或冷却过程中，温度随时间的变化关系来判断被测样品是否发生相变化。
对于简单的低共熔二元系，当均匀冷却时，如无相变化其温度将连续均匀下降，得到一条平滑的曲线；如在冷却过程中发生了相变，由于放出相变热，使热损失有所抵偿，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。
通过测定一系列组成不同的样品温度随时间的变化曲线（步冷曲线），绘制出二组分金属相图。
图1 步冷曲线图2步冷曲线与相图三、实验装置图3 装置图1.调压器2.电子温度计3.热电偶4.细玻璃管5.试管6.试样7.电炉四、仪器及试剂：仪器：金属相图实验装置（EF-07）：温控仪1个、加热炉1个、冷却炉1个、热电偶2只试剂：100%Cd、100%Bi、90%Cd+10%Bi、75%Cd+25%Bi、50%Cd+50%Bi、60%Cd+40%Bi、45%Cd+55%Bi、25%Cd+75%Bi样品管。
为防止金属氧化，样品表面覆盖上石墨粉。
五、实验步骤1、在温度控制仪上先设置好加热炉温度（350℃），冷却炉温度（65℃）；2、将样品放入加热炉内，插入热电偶，打开加热开关，将温度加热到350℃。
3、将装有已经熔化的样品管并更换热电偶（冷），并从加热炉取出放入冷却炉内4、记录单位时间内温度。
每隔0.5分钟记一个数据。
5、将另一个样品管再放入加热炉，重复以上实验。
6、实验完成后，取出样品管，关闭电源，整理实验台。
六、数据处理1、以时间为横坐标，温度为纵坐标做时间-温度曲线，即步冷曲线；2、以二组分金属的组成（%）为横坐标，温度为纵坐标，作金属相图。
找出步冷曲线上的折点和平台所对应的温度和组成，在相图上找出二相点和三相点，连接各点作出二组分金属相图。
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。
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二组分合金相图
1引言
1.1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。
1.2 实验原理
(1) 二组分合金相图
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。
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：
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，最典型的
为Cu-Ni系统；
②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；
③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）。
(2) 热分析法（步冷曲线法）
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1.1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）。
图1.1 步冷曲线
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1.2所示。
严格地讲，Bi-Sn合金是固态部分互溶凝聚系统，
只是由于普通的热分析方法灵敏度较低，无法测得固熔体相界数据，所以，我
们通过本实验得到的是Bi-Sn二元合金的简化相图。
图1.2 步冷曲线与相图
2 实验操作
2.1 实验用品、仪器
热电偶（铜-康铜）一支，立式电炉（500 W）2个，调压器2个，加热套管5个，
硬质玻璃试管5个，热电偶套管5只，沸点仪一套，自动平衡记录仪1台。
Sn(AR)，Bi(AR)，松香，液体石蜡
实验仪器图如图2.1
图2.1 步冷曲线测定装置图
2.2 实验条件
实验在温度17 °C，气压100.8 kPa下进行
2.3 实验操作
(1) 配置样品。
分别配制含Bi质量分数为30%、57%、80%的Bi-Sn混合物各50g。
另外取纯Bi、纯Sn各50 g，分别装入5个硬质玻璃试管。
管内加少量松香，
以防金属氧化。
插入热电偶套管于样品中部，热电偶套管中加入少量液体石蜡
用于导热，防止热电偶的热滞后现象。
(2) 测量样品的步冷曲线。
本实验所用的两个电炉均用于加热，熔融的样品在空气中冷却并记录步冷曲线。
将制作好的样品放入立式小电炉内，接通电源，样品熔化后用热电偶套管将金
属样品搅拌均匀。
调整好热电偶套管位置，打开记录仪开始记录步冷曲线。
加热下一个样品时应使用另外一个熔融电炉，两个电炉交替使用，待电炉温度
降到接近室温时才可再次使用，防止试管炸裂。
(3) 测量水的沸点。
将热电偶热端插入沸点仪的气液喷口处，测水的沸点，作为标
定热电偶温度值的一个定点。
沸点仪加热电压控制在30 V左右
2.4 注意事项
(1) 通过升温曲线判断样品是否熔化，全部熔化后即可停止加热，温度不宜升得过
高。
(2) 为了准确测定相变点，必须将热电偶放在熔融体中下部，同时搅拌均匀。
(3) 冷的样品不可放入热的炉子中，以防试管碎裂。
(4) 搅拌样品时，样品不要脱离电炉时间过长（也可在电炉中将样品搅拌均匀），防
止样品冷却凝固
(5) 注意桌面整洁，不要使电线或信号线与电炉接触。
3 结果与讨论
3.1 数据处理
测得纯Bi、含Bi 80%、57%、30%的Bi-Sn合金、纯Sn的步冷曲线，并测量水的
沸点，用Bi的熔点271 °C、Sn的熔点232 °C、水的沸点100 °C作为基准用线性
拟合的方法校正温度示数，得到合金相变点温度如下表
表3.1 合金相变点温度
Bi质量分数相变点温度(°C)
80% 223.57 138.96
57% 132.28
30% 178.47 131.35
0% 232.20
校正后水的沸点是99.95 °C
由合金相变点数据可知，Bi-Sn二组分合金的低共熔温度为132.28 °C，其对应的Bi
的质量分数为57%。
由文献[1]数据，固溶体相界线如表3.2
表3.2 Bi-Sn二组分固溶体相界线
根据测量的数据，并利用表3.2中固溶体相界线的数据，可以绘制出Bi-Sn二组分
合金相图如图3.1
图3.1 Bi-Sn二组分合金相图
3.2 讨论分析
对于Gibbs相律F=C-P+n，本实验研究两组分合金，取C=2，实验全程恒压，取
n*=1，故恒压下的条件自由度f*=2-P+1=3-P
分析二组分合金相图可知：
I区是纯液相，P=1，f*=2
II区是液相与固溶体A的混合态，P=2，f*=1
III区是液相与固溶体B的混合态，P=2，f*=1
IV区是纯固溶体A，P=1，f*=2
V区是固溶体A、B的混合态，P=2，f*=1
VI区是纯固溶体B，P=2，f*=2
将实验中测得的Bi-Sn二组分合金相图与参考数据[2]对比，本次实验中得到的相图
基本可以反映出Bi-Sn合金的相变情况，各相在T-x图上的面积也和参考数据大致
相仿（参考数据采用Sn的摩尔分数表示组分）。
图3.2 Sn-Bi参考相图
本次实验中熔融合金搅拌不均匀，测温铂电阻没有放置在合金中央等因素均可能
给数据带来误差。
测温铂电阻的延迟现象也会给相变温度的测量带来一定误差。
4 结论
本次实验使用步冷曲线法测定了Bi-Sn合金在一系列组分下的相变温度，并利用Bi、Sn 的熔点和水的沸点校正铂电阻测温数据，绘制了二组分合金相图，并利用Gibbs相律分析各相的条件自由度。
5 参考文献
[1] 贺德华，麻英，张连庆. 基础物理化学实验. 北京：高等教育出版社，2008：33-
35.
[2] SGTE alloy databases.
Retrieved from http://www.crct.polymtl.ca/fact/phase_diagram.php?file=Bi-Sn.jpg&dir=SGTE. Revised in 2004. Retrieved on 2013/11/2.
6 附录
思考题
1. 为什么能用步冷曲线来确定相界？
相变过程可以在步冷曲线上体现为标志性的图形。
2. 请用相律分析各步冷曲线的形状？
相变前后系统的比热容不同，因此温度下降速度也不同，在步冷曲线上体现为拐点。
固-液相变中会释放相变潜热，系统温度不变，在步冷曲线上体现为平台。
因此，
各种相变过程都可以在步冷曲线上体现为标志性的图形。
3. （本实验没有使用热电偶）热电偶测量温度的原理是什么？为什么要保持冷端温度
恒定？
金属两端温度不同时，由于电子速度不同会产生热电势。
两种金属在同一温差下产
生的热电势不同。
这样两种金属两端分别连接，环路中就会产生电势，根据热电势
和温度的关系可以得到两端的温差。
使热电势的变化仅是由于热端温度变化引起的。
4. 步冷曲线各段的斜率以及平台的长短与哪些因素有关？
斜率由物质种类、实验仪器、温差有关。
平台长短与相变时间有关。