cd-bi系相图

H m, Bi 1 1 ln X Bi ( ) R T TA
s l
b）三相点E的组成和温度
上两式联立，得 XE，TE
例1
例
例
3、应用举例 Ti电解
现行钛生产工艺： Kroll法
TiO2 + 2Cl2 + C TiCl4 + 2Mg TiCl4 + CO2 2MgCl2 + Ti
1、作图（热分析法）
热分析法是绘制熔点—组成图的最常
用的实验方法。 原理： 常压Pθ 下，将样品加热熔化，再令其 自行冷却，记录不同时间t的温度T的 变化即T-t步冷曲线。 将两个组分配制成不同的混合物(包括 两个纯组分) ，测得一系列步冷曲线， 拐点和平台的温度T，标在T-X图上， 相点连线——绘制出相图。
b）混合物的步冷曲线
20%Cd的步冷曲线：
T (℃) B’
A’
20%Cd
C’
D’ F’ t (s)
T (℃) B’
A’
20%Cd
C’
D’ F’ t (s)
A’B’: 液态混合物降温 一相，f*=2（T，X） B’C’: Bi 的凝固点曲线
二相（Bi +l） ，f*=1（T 或 X）
C’D’: Bi 和 Cd 同时析出 三相（Bi + Cd + l） ，f*=0 D’F’: 固态混合物降温 二相（Bi + Cd ） ，f*=1 （T 或 X）
第五章
引言
相平衡状态图
§5-1 单元系相图
§5-2 相律
§5-3 二元凝聚系相图
二元凝聚系相图
5-3-1 二组元在液态下部分互溶类型 5-3-2 二组元在液态完全互溶、固态完全不溶


---生成最低共熔混合物类型 5-3-3 二组元在液态完全互溶、固态完全互溶 ---生成连续固溶体类型 5-3-4 二组元在液态完全互溶、固态部分互溶 ---生成有限固溶体类型 5-3-5 二组元在液态完全互溶、 固态生成化合物类型 5-3-6 二组元在液态完全互溶、 固态有晶形转变的类型 5-3-7 复杂二元相图
配制合金
编号 1 2 3 4 5 含Bi/(%w) 0 20 40 70 100
步冷曲线
a）纯物质的步冷曲线
分析
AB：为液相降温，f*AB=1-1+1=1（T）
BC：Cd的凝固点 f*=1-2+1=0
CD：为固相降温，f*AB=1（T）
说明：纯物质的步冷曲线为一平台 100%Bi与100%Cd步冷曲线相同， 只是平台不同
c）MNCdBi：两相区
（4）物系点随T的变化源自文库
（5）溶解度曲线的计算
B
a) AE，BE溶解度曲线关系
Cd（l，Xl）→ Cd（s） s l ,l Cd Cd Cd RT ln X l
ln X l
Cd
s Cd
,l
RT
Gm RT
s l
s s l H m 1 l Gm ln X l 2 RT T P R T T P s l H m,Cd 1 1 ln X Cd ( ) R T TB
2、相图分析
（1）几何结构
（2）相态分析 （3）杠杆规则的应用
相图分析
（1）点：
A点：凝固点或熔点。 b点： a) 相变点； b) 开始凝固温度点； c) 液相相点； d) 固相的饱和溶解度点。 E点： a) 共晶点； b) 三相共存时的液相相点； c) 最低共熔点。
共晶体
1、组成同E点； 2、复相组织； 3、熔化温度低，
20%Cd 步冷曲线：一个拐点和一个平台
70%和20%Cd的步冷曲线类似： 一个拐点和一个平台
c）40%Cd的步冷曲线
T (℃ ) A” B” C” D” t（ s）
只有一个平台： 三相（Bi + Cd + l） f*=2-3+1=0
Bi-Cd相图绘制
Bi-Cd相图绘制
Bi-Cd相图
WCd%
• 800℃~ 900℃ 的密闭钢制容器中TiCl4与
Mg在反应数天 • 反应产物MgCl2电解再生Mg和Cl2，循环 利用
缺点
• 需要用熔盐电解法制备还原剂Mg、Na • 还原效率低 • 生产是间歇式，不能连续化
• 工艺能耗大，工艺复杂，流程长
因此，钛的成本高，限制了它的应用
熔盐电解法--研究最多的是TiCl4电解
但是TiCl4电解存在如下问题：

TiCl4在熔盐中溶解度低
钛离子不完全放电导致电解效率低 需要密封的电解槽来降低钛的损耗


共晶体存在的不利之处
含硫会严重影响钢材质量，轧钢时会造成热
脆。 同理，Cu中含Bi，Pb对其质量影响很大。
所以又称最低共熔混合物。
（2）线：
a）AE，BE：二相，Bi（s）+l, Cd（s）+l, f*=1
相变线； 开始凝固温度线； 液相线; 饱和溶解度曲线。
b）MEN：三相，Bi（s）+ Cd（s）+ l， f*=0
（3）区：
a）AEB 以上：单相区（l）f*=2（T，X）
b）AME 或 BNE：两相区（Bi+l 或 Cd+l） f*=1（T 或 X）
5-3-2 二组元在液态完全互溶、固 态完全不溶
---生成最低共熔混合物类型 又称简单共晶型
有机化合物体系：苯(A）-萘(B)，联苯(A)-联
苯醚(B)，邻硝基苯酚(A)-对硝基苯酚(B)等； 无机盐或金属相图：ＫCl(A)-ＡgCl(B)， Bi(A)-Cd(B)，Sb(A)-Pb(B)，Si(A)-Al(B)等 系统。 以Bi-Cd二元系为例。