实验教材_相图

二元金属相图的绘制---热分析法

一、实验目的

1. 学会用热分析法测绘Bi-Sn二元金属相图；

2. 掌握热分析法的测量技术。

二、实验原理

相图是用来研究体系的状态随温度、浓度、压力等因素的改变而发生变化的图形，它广泛地应用于冶金、化工等部门，可以表示出在指定条件下体系存在的相态。绘制相图的方法有很多种，热分析法是一种常用的分析蒸气压较小的二组分凝聚体系温度-组成图的方法。

热分析法是绘制相图常用的基本方法之一。在定压下把体系从高温逐渐冷却，作温度随时间的变化曲线，即步冷曲线。体系若有相变发生，一般伴随有热效应，则在其步冷曲线上会出现拐点，所以从步冷曲线有无拐点就可以知道体系有无相变发生。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，就可以绘制出被测体系的相图。以横轴表示混合物的组成，在对应的纵轴标出开始出现相变的温度(即步冷曲线上的转折点)，把这些点连接起来即得相图（见图1）。

（a）步冷曲线（b）A-B体系的相图

图1 步冷曲线与相图

液相完全互溶的二组分体系，在凝固时有的能完全互溶成为固溶体，有的仅部分互溶，如本实验的Bi-Sn体系。

本实验采用自制的MPD-01型四通道相图测定仪来测绘体系的步冷曲线，根据步冷曲线斜率的变化判断体系发生相变的温度，即可绘制出被测体系的相图。

三、仪器和试剂

MPD-01型四通道相图测定仪

铋粒（分析纯国药集团化学试剂有限公司）

锡粒（分析纯国药集团化学试剂有限公司）

图2 MPD-01型四通道相图测定仪

四、实验步骤

1．配制样品

在八个样品管中分别配制含Bi 0%、15%、20%、40%、58%、70%、85%、100%的Bi-Sn混合物各150g 作为待测样品。将以上样品分成两组，每组四个样品，经过两轮实验测完。

2．步冷曲线的测定

（1）打开电脑电源开关。

（2）在金属相图测定仪的样品孔中插入相应的被测样品及相对应的热电偶（注意热电偶通道不能插错），并记录加热炉通道号和样品名称，然后打开电源开关（在仪器背板右下方），右侧散热风扇启动。

（3）双击金属相图测量软件图标（XiangT）启动测量系统，进入启动界面

后点击“启动实验”进入操作界面。（应在打开金属相图测定仪电源开关后，尽快打开软件，以使仪器尽快进入控制状态。）

（4）在操作界面的左下方参数设定功能区，设定加热炉的温度上限为280℃、温度下限为120℃、恒温时间为600秒、温差（指样品和炉壁之间的温度差）为50℃。

（5）打开加热开关，系统开始加热。当样品温度达到设定的温度上限后，进入恒温倒计时状态，倒计时结束后进入降温状态，加热炉的风扇档位随着样品温度的下降而提高，风量逐渐加大。当样品的温度达到设定的温度下限后实验结束并保存曲线。

（6）在金属相图测定仪的样品孔中插入待测样品，重复第（5）、（6）步骤再次进行测量。

五、数据记录和处理

从步冷曲线中，可以找出组成不同样品的相变温度T，以此相变温度为纵坐标，相应各体系的组成为横坐标，即可得到Bi-Sn二组分体系的相图。

六、注意事项

1．在相图测定仪的样品孔中插入相应的待测样品及相对应的热电偶时，注意热电偶通道不能插错；

2．实验时先打开仪器电源开关，然后双击金属相图测量软件图标（XiangT）启动测量系统；

3．热电偶的端点应插在样品的中央部位，否则因受环境的影响，步冷曲线的“平台”将不明显。

七、思考题

1．何谓热分析法？用热分析法测绘相图时，应注意些什么？

2．用相律分析各步冷曲线上出现平台的原因。

3．对于含有粗略相等的两组分混合物，步冷曲线上的每一个拐点将很难确定而其低共熔温度却可以准确测定。相反，,对于一个组分含量很少的样品，第一点将可以确定，而第二个拐点则难以确定测定，为什么？