二组分合金相图

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1、物理化学实验合金相图化工系2010011811毕啸天实验2：二组分合金相图姓名：毕啸天学号：2010011811班级：分0同组人姓名:颜怀宇实验日期：2012年10月20日提交报告日期：2012年10月5日指导教师：张凌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。以体系所含物质组成为自变量，温度为应变量所得到的T-

2、x图是常见的一种相图。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；一种是液相完全互溶，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；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）。热分析法（步冷曲线法）是绘制凝聚体系相图时常用的方法。

3、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）。图1步冷曲线图2步冷曲线与相图以合金样品为例，当熔融的体系均匀冷却时（如图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

4、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1物理化学实验合金相图化工系2010011811毕啸天变，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）。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

5、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。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。一般说来，根据步冷曲线即可定出相界，但对于复杂相图还必须有其它方法配合。才能画出相图。用热分析法（步冷曲线法）绘制相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此冷却速率要足够慢才能得到较好的结果。2实验操作2.

6、1实验药品、仪器型号及测试装置示意图2.1.1实验药品Bi(AR)，Sn(AR)，Bi组成分别为30%、57%、80%的金属混合物。2.1.2实验仪器铂热电阻、立式电炉（500W）2个、调压器3个、保温杯1只、硬质玻璃试管5个、铂电阻套管（一端封死的细玻璃管）5支、沸点仪一套、数字温度计1台（电脑采集信号）。2.2实验条件实验温度：20.0℃，相对湿度：51%，大气压：101.56kPa2.3实验操作步骤及方法要点样品的配制已经完成，无需自行配制。温度的记录也由电脑软件完成。主要操作步骤如下：（1）选

7、取两支样品管放入电炉中至金属熔化。用铂热电阻、电脑采集软件监测其中之一的温度，大约升到300℃时可停止加热，将熔化金属从电炉中取出，置于立架上自然冷却；（2）重新使用温度监测软件，描绘熔化金属液的步冷曲线。待金属全部凝固后，约100度时停止。保存步冷曲线；（3）换另一支样品管重复上述步骤，直到完成所有金属的步冷曲线；（4）打开沸点仪，加热至水沸腾，用铂热电阻测定水的加热曲线。3结果与讨论3.1原始实验数据表1.金属合金组成与拐点、平台温度原始数据混合物组成修正后温度T/℃含Bi30%131.00含Bi

8、30%180.32含Bi57%127.97含Bi80%219.47含Bi80%139.772物理化学实验合金相图化工系2010011811毕啸天续表1纯Bi265.34纯Sn238.74水98.923.2计算的数据、结果书中给出了固溶体的相关数据表2.Bi-Sn固溶体相界线数据温度210162所测1006020200175所测10050t/低共低共熔温熔温度度5152111.65.31.098.39898.499100(Bi)%根据实验数据，组成为57