物化 实验数据(1).doc

实验三二组分金属相图
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,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(℃),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 1 Sn-Pb相图图 2 Sn-Pb体系步冷曲线
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,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