物化 实验数据

1、实验三二组分金属相图一、实验目的学习用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。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，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

2、况：（a）液相完全互溶，固相也完全互溶；（b）液相完全互溶，固相也完全互溶；（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1所示。图的横坐标表示Sn的质量分数，纵坐标为温度（C）, a相 为Sn溶于Pb中所形成的固体溶液（固溶体），P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，a、 P两相平衡共存；在ACD区域中，a相与液相两相平衡共存；在BCF区域，P 相与液相两相平衡共存；ADP以左及BFQ以右的区域分别为a相和&相的单相 区，C点为ACD与BCF两个相区的交点，

3、a、&和液相三相平衡共存；在DCF 线上，a、&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2 图2 Sn-Pb体系步冷曲线图1 Sn-Pb相图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、系统温度一时间曲线上出现转折 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 温度一时间关系曲线称为步冷曲线，如图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

4、，升温至Ta（图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3I线ab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0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，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（6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T 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，

5、当液相完 全消失后，系统变为两固相（a相和6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， 此时系统自由度数为零，步冷曲线I、丑上出现“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；坩蜗容量：50ml仪器平衡记录仪；调压器；加热炉；保

6、温炉；热电偶；坩蜗钳；毛刷；铁架台； 木夹。四、实验步骤检查实验装置热电偶、调压器接线、调压器回零、电线信号线不能靠炉壁。调试平衡记录仪确定使用的记录笔(是“1”笔还是“2”笔，单笔记录仪无须确定);打开电源开关，将记录笔调至“0” mV处(XWCJ-100型不用调零)；走纸速度，XWTD-100或XWTD-200型：4毫米/分；XWCJ-100型：300mm/h测压范围：20mV；(XWCJ-100型记录仪不做此项)；记录笔出水是否正常；记录纸走纸是否正常。步冷曲线的测绘将Sn含量100%样品去盖，放入加热炉，炉上盖石棉板，调压器电压调至 限定位置(150V)以下某位置(一般为100mV)，

7、加热样品，注意观察，待样品 全部熔化后继续升温3050C之后(约23分钟)，将熔化后的样品移至保温 炉。安装热电偶，将热电偶插入样品底后，稍微拔起，用木夹和铁架台将热电偶 架稳。尽量将热电偶插在样品的正中间位置。打开记录仪电源开关，放下记录笔， 注意观察记录情况，当步冷曲线出现拐点时，从大气压计上读取室温S记于记 录表或拐点位置。记录仪上绘出一条完整步冷曲线后，先关记录仪电源，然后将凝固后的样品 连同热电偶一同移回加热炉，调整电压样品熔化后，抽出热电偶，用毛刷刷去热 电偶头部粘的金属。将刷下的金属放回原样品中。按照以上步骤依次测：80%，61.9%，40%，20%，0%(纯Pb)样。剪下记录纸

8、，将实验装置复原，擦净实验台。五、数据处理首先，用已知熔点或沸点的标准物质的熔点或沸点对热电偶、记录仪进行校 正。常用物质的熔点或沸点如下：物质苯甲酸铋镉水锡铅熔沸点t/C122271.3820.9100(沸点)231.9327.5以E(t,t0)表示冷端为0C的测量热电势；E(t,tn)表示冷端为室温的测量热电 势；E(tn,t0)表示冷端为0C的室温热电势；因为必:须用冷端为0C的热电势与温 度换算，故测量E(t,t)和t后，根据t查出E(t ,t)，用下式计算： / nn、n 0/E(t,t0) = E(t,tn) + E(tn,t0)将测量及计算结果记录于下表：样品组成 冷端温度 室温

9、热电势 冷端为室温热电势 冷端01热电势 相变温度w(Sn)%t/CE(tn，t0)/mVE(t,tn)/mVE(t,t0)/mVt/C10017.80.728.709.422328018.80.767.268.0219718.80.766.567.3017961.919.20.766.507.261784019.50.808.469.2622819.60.806.427.221772020.10.8010.2511.0527220.20.806.307.10174020.80.8412.5313.37328根据样品组成和步冷曲线上的拐点和“平台”，在Tw%图上标出实验点， 把相同实验点连成线

10、，得相图。其中D点组成Sn含量为19.5%； F点组成Sn含 量为95%。六、注意事项加热炉电压不能超过规定值（熔化第一个样品时，在150mV,以后各样在 100mV左右即可,上有标记）；将样品移至保温炉后，安装热电偶时应注意，热电偶插到样品底部后稍 稍提起，并保持在样品中央；注意冷端不能短路；热电偶安装好以后再打开记录仪电源，一个样品步冷曲线完整测量后， 先关记录仪电源再处理样品，以保护记录仪；样品加热温度不能太高，温度过高，样品氧化严重；从热电偶上刷下的金属要放回原样品中；测过的样品，要盖上原来的盖，注意不要盖错；在记录仪上，时间坐标是由右向左绘制的，与通常习惯绘制的恰好相反，因此图形也相

11、反；节约使用记录纸，每测完一个样品后先关记录仪，不用走纸接着做下一 个样品。一个样品测完后，将样品连同凝在其中的热电偶同时移至加热炉，熔化 后再抽出热电偶，千万不能在未熔化时强行拔出，避免损坏热电偶。七、思考题（每个组自选2个，）金属熔融体冷却时为什么会出现转折点？低共熔金属及合金转折点有几 个，曲线形状为什么不同？答：系统在冷却的过程中，固相析出要放出凝固热，系统与环境传热速度基 本不变，温度的下降速度要降低，因此步冷曲线上就要有突变，出现转折点。低共熔金属有一转折点、一平台。合金有两个转折点。热电偶的测温原理是什么？热电偶与记录仪如何接线？怎样调整使用记 录仪，试用相律分析低共熔点、熔点曲线、各区域内的相和自由度数；答：热电偶的测温原理：两种不同材质的金属导体首尾相接组成一个闭合回 路，如果两接点T、t温度不同，回路中就会产生电流，电流的大小与两种导体 材料性质及接点温度有关，这就是热电效应。热电偶就是将上述两种不同材料导 体连接在一起构成的热电元件，并根据热电效应来测温的。解释步冷曲线上的过冷现象？答：当液体的温度降到熔点