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1、河北科技大学教案用纸第次课4学时本次课题（或教材章节题目）：实验8金属相图教学要求：了解热分析法测绘金属相图的方法和原理技术；用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图；掌握热电偶测温技术和平衡记录仪的使用，并能正确地进行数据记录、处理与绘图，得出合理的结论。重点：用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图难点：用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图教学手段及教具：演示讲授，实际操作。讲授内容及时间分配：演示讲授实验原理、实验步骤及注意事项、数据处理0.5h学生实验操作3.5h课后作业对实验数据进行处理，完成实验
2、报告各项内容。参考资料1.河北科技大学物理化学教研室编，物理化学实验，北京理工大学出版社，20052.复旦大学等，物理化学实验，高等教育出版社，19933．蔡定建,杨忠,郁德清,钟一平.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,(01).4．李将渊,叶芝祥,王多才,蔡铎昌,李丽娜.绘制二元合金相图的计算机数据采集与处理系统[J].四川师范学院学报(自然科学版),2000,(01).5．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,(01)第6页共6页河北科技大学教
3、案用纸实验8金属相图一、实验目的1.学习用热分析法测绘金属相图的方法和原理技术；2.用热分析法测绘Sn-Pb二组分系统的金属相图；3.掌握热电偶测温技术和平衡记录仪的使用。二、实验原理相图表示相平衡系统组成、温度、压力之间关系。对于不同的系统、根据所研究对象和要求的不同可以采用不同的实验方法测绘相图。例如对于水-盐系统，常用测定不同温度下溶解度的方法。对于合金，可以采用热分析方法。本实验采用热分析方法测绘Sn-Pb二元金属相图。二元金属相图A、B两纯金属组成的系统，被加热完全熔化后,如果两组分在液相能够以分子状态完全混合，
4、称其为液相完全互溶,把系统降温，当有固相析出时，因A、B物质不同会出现三种情况：(a)液相完全互溶，固相也完全互溶;(b)液相完全互溶，固相完全不互溶;(c)液相完全互溶，固相部分互溶。本实验测绘的Sn-Pb二元金属相图属于液相完全互溶，固相部分互溶系统，其相图如图8.1所示。图的横坐标表示Sn的质量分数，纵坐标为温度（℃），α相为Sn溶于Pb中所形成的固体溶液（固溶体），β相为Pb溶于Sn中所形成的固体溶液（固溶体）。图中ACB线以上，系统只有一相（液相）；DCF线以下，α、β两相平衡共存；在ACD区域中，α相与液相两相
5、平衡共存；在BCF区域，β相与液相两相平衡共存；ADP以左及BFQ以右的区域分别为α相和β相的单相区，C点为ACD与BCF两个相区的交点，α、β和液相三相平衡共存；在DCF线上，α、β和液相三相平衡共存，该线称为三相线。该图用热分析法测绘。图8.1Sn-Pb相图图8.2Sn-Pb体系步冷曲线第6页共6页河北科技大学教案用纸测绘相图就是要根据实验数据把图中分隔相区的线画出来。热分析方法是测绘固-液相图最常用的方法之一。该方法根据系统被加热或冷却的过程中，释放或吸收潜热，使系统升温或降温速率发生突变、系统温度－时间曲线上出现转
6、折点这一现象，判断某组分的系统（样品）出现相变时的温度。系统被冷却降温时温度－时间关系曲线称为步冷曲线，如图8.2所示。测绘步冷曲线的方法：将组成一定的样品[以Sn37%,Pb63%(质量百分数)的样品为例]，在加热炉中加热至完全熔化，升温至Ta(图8.2上Ⅲ线a点)后，移入保温炉中均匀冷却降温，若不发生相变，温度均匀下降（如图8.3Ⅲ线a~b段所示），若有相变发生（固相析出），由于固相（此样品这时析出的固相是α相）析出要放出热量,系统与环境传热速度基本不变,温度的下降速度便要降低，步冷曲线上就要有突变，出现拐点,换言之，
7、拐点对应的温度便是出现相变的温度Tb。降温速度变缓之后，继续降温至Tc,另一固相（β相）析出时，此时三相平衡共存，根据相律:F=C-P+1=2-3+1=0(压力恒定)系统自由度数为零。此时，尽管系统仍向环境传热，但系统温度T不随时间τ改变，步冷曲线出现“平台”，随热量的不断传出，液相量逐渐减少，当液相完全消失后,系统变为两固相（α相和β相），平衡共存，根据相律：F=C-P+1=2-2+1=1自由度数为“1”，系统又开始降温,步冷曲线Ⅲ上出现cd段。纯Sn和纯Pb熔化后，保温冷却,当有相变发生时,析出的是纯Sn或纯Pb，此时
8、系统自由度数为零,步冷曲线Ⅰ、Ⅵ上出现“平台”,对应温度TA、TB分别为纯Sn和纯Pb的熔点。液相完全凝固后，自由度数为“1”,系统继续降温。三、仪器和药品1.药品样品中Sn含量（质量%）：1#100%；2#80%；3#61.9%；4#40%；5#20%；6#0%样品质量：100g；坩埚容量：50ml2
