如何測繪二元合金相圖

1、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義第三部分實(shí)驗(yàn) 德州學(xué)院化學(xué)系王敦青二組分固-液相圖的繪制一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .學(xué)會用熱分析法測繪Sn-Bi二組分金屬相圖。2 .了解熱分析法測量技術(shù)。3 .掌握SWK微字控溫儀和KWL-08可控升降溫電爐的基本原理和使用。二、預(yù)習(xí)要求了解純物質(zhì)的步冷曲線和混合物的步冷曲線的形狀有何不同，其相變點(diǎn)的溫度應(yīng)如何確定。三、實(shí)驗(yàn)原理測繪金屬相圖常用的實(shí)驗(yàn)方法是熱分析法，其原理是將一種金屬或合金熔融后，使之均勻冷卻，每隔一定時間記錄一次溫度，表示溫度與時間關(guān)系的曲線叫步冷曲線。當(dāng)熔融體系在均勻冷卻過程中無相變化時，其溫度將連續(xù)均勻下降得到一光滑的冷卻曲線；當(dāng)體系內(nèi)發(fā)生相變時，則因體系產(chǎn)生之相

2、變熱與自然冷卻時體系放出的熱量相抵償，冷卻曲線就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折或水平線段，轉(zhuǎn)折點(diǎn)所對應(yīng)的溫度，即為該組成合金的相變溫度。利用冷卻曲線所得到的一系列組成和所對應(yīng)的相變溫度數(shù)據(jù)，以橫軸表示混合物的組成，縱軸上標(biāo)出開始出現(xiàn)相變的溫度，把這些點(diǎn)連接起來，就可繪出相圖。拐點(diǎn)后，開始有固體凝固出來，液相成分不斷變化，平衡溫度也不斷隨之改變，直到達(dá)到其低共熔點(diǎn)溫度，體系平衡，溫度保持不變（平臺）；直到液相完全凝固后，溫度又迅速下降。用熱分析法測繪相圖時，被測體系必須時時處于或接近相平衡狀態(tài)，因此必須保證冷卻速度足夠慢才能得到較好的效果。此外，在冷卻過程中，一個新的固相出現(xiàn)以前，常常發(fā)生過冷現(xiàn)象，輕微過冷則有利于

3、測量相變溫度；但嚴(yán)重過冷現(xiàn)象，卻會使折點(diǎn)發(fā)生起伏，使相變溫度的確定產(chǎn)生困難。見圖2。遇此情況，可延長DC線與AB線相交，交點(diǎn)E即為轉(zhuǎn)折點(diǎn)。圖3是二元金屬體系一種常見的步冷曲線。當(dāng)金屬混合物加熱熔化后冷卻時，由于無相變發(fā)生，體系的溫度隨時間變化較大，冷卻較快（12段）。若冷卻過程中發(fā)生放熱凝固，產(chǎn)生固相，將減小溫度隨時間的變化，使體系的冷卻速度減慢（23段）。當(dāng)融熔液繼續(xù)冷卻到某一點(diǎn)時，如3點(diǎn)，由于此時液相的組成為低共熔物的組成。在最低共熔物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)：王敦青第三部分：實(shí)驗(yàn)混合物完全凝固以前體系溫度保持不變，步冷曲線出現(xiàn)平臺，（如圖34段）。當(dāng)融熔液完全凝固形成兩種固態(tài)金屬后，體系溫度又繼續(xù)下降

4、（45段）。若圖III-5-4中的步冷曲線為圖III-5-5中總組成為P的混合體系的冷卻曲線，則轉(zhuǎn)折點(diǎn)2相當(dāng)于相圖中的G點(diǎn)，為純固相開始析出的狀態(tài)。水平段34相當(dāng)于相圖中H點(diǎn)，即低共熔物凝固的過程。因此，根據(jù)一系列不同組成混合體系的步冷卻曲線就可以繪制出完整的二組分固液平衡相圖。四、儀器藥品1 .儀器硬質(zhì)玻璃樣品管（石英管），3個數(shù)字溫度計(jì)（SWJ-IB）1個SWKY數(shù)字控溫儀，1個托盤天平1臺KWL-08可控升降溫電爐1臺爐膛保護(hù)筒1個2 .藥品Sn（化學(xué)純，熔點(diǎn)232c=505k）；Bi（化學(xué)純，熔點(diǎn)271c=544k）;石臘油圖2有過冷現(xiàn)象時的步冷曲線圖圖3步冷曲線圖4兩組分金屬固液相圖

5、五、實(shí)驗(yàn)步驟1 .樣品配制用感量0.1g的臺稱分別稱取一定量的純Sn、純Bi,配制含錫25%償Sn10g、純Bi30g）、50%（純SnKtBi各20g）、75%償Sn30g、純Bi10g）的州錫混合物共40g,分別混合均勻，裝入3個硬質(zhì)玻璃樣品管內(nèi)，加入適量石蠟油（約3克），以將金屬全部覆蓋且以防止金屬加熱過程中接觸空氣而氧化。2 .連接儀器將測量儀器連接好。將SWK微字控溫儀和KWL-08可控升降溫電爐連接好，接通電源。將電爐置于外控狀態(tài)。3 .測量樣品的步冷曲線分別測定三種樣品的步冷曲線（1）把不銹鋼爐膛保護(hù)筒放進(jìn)爐膛內(nèi)，然后把料管和傳感器（PT100）放在保護(hù)筒內(nèi)。SWK取字控溫儀置于

6、“置數(shù)”狀態(tài)，設(shè)定溫度為320C（參考值）,再將控溫儀置于“工作”狀態(tài)。“加熱量調(diào)節(jié)”旋鈕順時針調(diào)至最大，使樣品熔化。（2）待溫度達(dá)到設(shè)定溫度后，保持2-3分鐘，再將傳感器取出并插入玻璃試管中。（3）將數(shù)字控溫儀置于“置數(shù)”狀態(tài)，“加熱量調(diào)節(jié)”旋鈕逆時針調(diào)至零，停止加熱。電爐置于內(nèi)控狀態(tài)。調(diào)節(jié)“冷風(fēng)量調(diào)節(jié)”旋鈕（電壓調(diào)至6-8V左右），使冷卻速度保持在6C/min8/min,設(shè)置控溫儀的定時間隔，30秒記錄溫度一次，當(dāng)溫度降至230-220C,可將“冷風(fēng)量調(diào)節(jié)”旋鈕（電壓調(diào)至3-4V左右），使冷卻速度保持在3C/min4C/min,直到步冷曲線平臺以后,降溫至100C,結(jié)束一組數(shù)據(jù)，得出該配比

7、樣品的步冷曲線數(shù)據(jù)。（4）重復(fù)（1）-（3）。一次測出所配各個樣品的步冷曲線數(shù)據(jù)。（5）根據(jù)所測數(shù)據(jù)，繪出相應(yīng)的步冷曲線圖。在進(jìn)行Sn、Bi二組分體系相圖的繪制。注出相圖中各區(qū)域的相平衡。六、數(shù)據(jù)記錄和處理0%25%75%100%TtTtTtTt數(shù)據(jù)處理：1 .根據(jù)表1作溫度（T）時間（t）的曲線（步冷曲線圖）。2 .找出各步冷曲線中拐點(diǎn)和平臺對應(yīng)的溫度值。3 .查出各拐點(diǎn)溫度和平臺溫度和已知純Bi、純Sn的熔點(diǎn)，以溫度為縱坐標(biāo)，以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為橫坐標(biāo)，繪出Sn-Bi合金相圖。從相圖中找出低共熔點(diǎn)的溫度和低共熔混合物的成分。七、注意事項(xiàng)1 .用電爐加熱樣品時，注意溫度要適當(dāng)，溫度過高樣品易氧化變質(zhì)，石蠟油也易炭化，一般不超過金屬的熔點(diǎn)的3050C;溫度過低或加熱時間不夠則樣品沒有全部熔化，步冷曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)測不出。2 .冷卻速度不宜過快，以防步冷曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯.3 .在體系冷卻過程中總組成不能發(fā)生變化，要防止揮發(fā)、氧化、或熔入其它雜質(zhì)等。4 .加熱時，將傳感器置于爐膛內(nèi)；冷卻時，將傳感器放入玻璃試管中，以防溫度過沖?！舅伎紗栴}】1 .試用相律分析各步冷曲線上出現(xiàn)平臺的原因。2 .何謂步冷