6物理化学实验金属相图.

三 实验原理
测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，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步 冷曲线。当熔融体系在均匀冷却过程中无相变时，温度将 连续均匀下降得一平滑的步冷曲线；当体系内发生相变则 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，转折点对应的温度， 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5-1所 示的形状
3.在测定一样品时，可将另一待测样品放入加热炉内预热， 以便节约时间，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。
4.电炉加热到设定温度后，注意将电炉电压调到零。
七 数据处理
1. 根据记录的时间和温度绘制 步冷曲线图。
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，以物质组成来自百度文库为横坐标，绘出Sn—Bi金属相图。
可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。
图6-2 有过冷现象时的步冷曲线
四 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。
五 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。
3、再按“设置”按钮，温度显示器显示“P1”，设置
加热功率(50-500W)，按“+1”增加，按“-1”减少，， 按“X10”左移一位扩大10倍，显示在加热功率显示器 (右)上。
五 实验步骤
4、再按“设置”按钮，温度显示器显示“P2”，设置 保温功率(1-50W)，按“+1”增加，按“-1”减少，， 按“X10”左移一位扩大10倍，显示在加热功率显示器 (右)上。
5、再按“设置”按钮，温度显示器显示“t1”设置报
警间隔时间(1-99s)，按“+1”增加，按“-1”减少，， 按“X10”左移一位扩大10倍，显示在加热功率显示器 (右)上。
五 实验步骤
6、 再按“设置”按钮，温度显示器显示“n”,设置是
否报警，n=1表示报警(蜂鸣器发声)，n=0表示不报警 (蜂鸣器不发声)，显示在加热功率显示器(右)上。
九 实验讨论
1. 本实验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，一般控制在 6℃/min ～8℃/min，在冬季室温较低时，就 需要给体系降温过程加以一定的电压（约20V 左右）来减缓降温速率。
实验六 二元组分金属相图
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。掌握自动平衡记录仪的使用方法。
二 基本要求
（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。
Bi 100％
Sn-Bi二元相图的绘制
八 实验成败的关键
（1）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全部融化，步冷曲线转折点测不出。
（2）热电偶热端应插到样品中心部位。将热电偶浸入油中。 搅拌时要注意勿使热端离开样品。
（3）合金有两个转折点，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。
7、再按“设置”按钮，为确定。
8、按“加热”按钮，加热器开始加热。按“停止”按
钮，加热器停止加热或自动停止加热。
六、 注意事项
1.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。 2.热电偶热端插到样品中心部位，管内注入少量的石腊油， 热电偶浸入油中。搅拌时注意勿使热端离开样品，金属熔 化后常使热电偶玻璃套管浮起，这些因素都会导致测温点 变动。
三 实验原理
图6-1 根据步冷曲线绘制相图
三 实验原理
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，
Sn-Bi二元相图的绘制
0.6Bi
1.0Sn
1.0Bi
0.3Bi 0.75Bi
aO b c d e
A'
H
A
F C
H 546 A 505 熔化物（单相） F
C
B D D' E G
Sn(s)+熔化物
熔化物+Bi(s)
E
G
D Sn(s)+Bi(s)
0.2
0.4 0.6 0.8
Sn 100％ 铋的质量分数
(4) 用上述方法绘制所有样品的步冷曲线。
五 实验步骤
1、将温度传感器插入样品管细管中，样品管放 入
加热炉，炉体的挡位拨至相应炉号。
2、按“设置”按钮，温度显示器(左)显示“C”，为设 置目标温度(100-500℃)，按“+1”增加，按“-1”减 少，，按“X10”左移一位扩大10倍，相应显示在加热 功率显示器(右)上。
九 实验讨论
2. 本实验所用体系为Sn-Bi、Cd-Bi或Pb-Zn等低熔点金 属体系，但它们的蒸气对人体健康有危害，因而要在样 品上方覆盖石墨粉或石蜡油，防止样品的挥发和氧化。
3.Bi－Sn相图是具有代表性的部分互溶固－液体系相图。 这种体系由三个两相区和一条三相共存线。但是两侧各 有一个固溶区，以Sn为只要成分的为α区，以Bi为主要成 分的为β区。一个相图的完整绘制，除了采用热分析法外， 常需借助其它技术。例如αβ相的存在和固溶区线的确定， 可用金相显微镜、x－射线衍射方法以及化学分析法等。
H
A 505
熔化物（单相）
546
熔化物+Bi(s)
固熔体+熔化物
固熔体
E
Sn(s)+Bi(s)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
真实的Sn－Bi二元相图
十 思考题
1. 对于不同成分的混合物的步冷曲线，其水平段有什么 不同？为什么？
2. 作相图还有哪些方法？ 3. 作图时应注意那些问题？
4. 做好步冷曲线的关键是什么？ 5. 是否可以用升温曲线来做相图？ 6. 为什么要缓慢冷却合金做步冷曲线？ 7.为什么样品中严防进入杂质？如果进入杂质则步 冷曲线会出现什么情况？
2. 绘制步冷曲线 (1) 将热电偶及测量仪器连接好。
五 实验步骤
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
五 实验步骤
(2) 将样品放入加热炉内加热(炉温不超过400℃)。待 样品熔化后停止加热，用玻璃棒将样品搅匀，并在样品 表面撒一层石墨粉，以防止样品氧化。
(3) 将坩埚移至保温炉中冷却，热电偶的尖端应置于样 品中央。同时开启记录仪绘制步冷曲线，直至水平线段 以下为止。