二元合金相图的绘制docx.docx
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二元合金相图的绘制
西安交通大学实验报告
课程：
物理化学实验
系别：
专业班号：
组别：
实验日期：
年月日
姓名：
学号：
交报告日期：
年月日
同组者：
实验名称：
二元合金相图的绘制
一、实验目的
1.学习热分析法绘制相图的基本原理。
2.加深对相变化过程的认识和理解。
二、实验原理
热分析法是一种常用的绘制相图方法。
由于一切相变过程都伴随着热的吸收或放出，因此将系统均匀加热或冷却时，若不发生相变，则温度T随时间t变化的T-t曲线是光滑的，即温度随时间的变化率是连续的；当系统发生相变化时，其T-t曲线就会出现转折点或平台，其温度随时间的变化率会发生突跃。
把这种温度随时间变化的T-t曲线称为步冷曲线。
步冷曲线上的转折点或平台对应的温度就是开始发生相变化的温度。
根据多个组成不同的二组分系统的步冷曲线即可绘制出相图。
图2.9.1（b）就是一种常见的二组分简单低共熔物系的相图。
所谓简单低共熔物系是指两种不同物质在固态互不相溶（即彼此不生成固溶体），这两种物质也不生成化合物。
Pb-Sn二元凝聚物系相图就属于简单低共熔混合物系相图。
对于纯物质而言，当把它冷却到凝固点时，其步冷曲线上会出现一个水平段。
二组分液态混合物系的凝固过程并不是在一个温度点上完成的。
在凝固过程中，随着某个纯固体组分的析出，溶液的组成会不断发生变化，所以它的凝固点（即二相平衡温度）也会发生不断变化。
与此同时，由于凝固过程是放热的，即系统在对外放热的同时也会得到部分热量的补充，所以其温度降低速度会明显放慢，其步冷曲线上会出现一个拐点。
步冷曲线上的拐点与相图中的点有一一对应的关系。
在实验过程中需要注意以下几点：
（1）因为待绘制的相图是平衡状态图，故实验过程中被测系统需时时处于或接近于平衡状态。
所以在系统冷却时，冷却速度应足够缓慢。
冷却过程中应尽量保持环境状况前后一致，不要搅拌，也不要晃动温度探头或样品管。
（2）实验过程中，待测样品的实际组成应与标签一致。
如果实验过程中样品未混合均匀或部分样品发生了氧化，则实验结果就误差越大。
（3）测得的温度值必须能真正反映系统的温度。
为此，测温探头的热容应足够小，而且热电偶的热端必须深入到被测系统的足够深处。
另外，在实验过程中常常会出现过冷现象，即当温度降低到凝固点以下才能发生凝固（即）结晶，这主要与表面现象有关。
由于液体凝固时会放出大量的热，故凝固过程真正发生后的系统的温度会从过冷回升到正常凝固点。
由于过冷现象的发生，往往会使纯物质的步冷曲线如图2.9.2中的曲线a所示，是A、B二组分混合物系的步冷曲线如图2.9.2中的曲线b所示。
在这种情况下，对于纯物质，水平线段对应的温度就是该纯物质的凝固点；对于A、B二组分混合物系，将过冷后的步冷曲线段反向延长使其与过冷前的步冷曲线段相交，该交点对应的温度就是A、B二组分混合物系的凝固点。
三、仪器和药品
铅粒、锡粒、活性炭（粉状）、电子天平、KWL-Ⅲ金属相图实验装置。
四、实验步骤
（1）在不同大试管中分别称取总质量均为60g，Pb的质量百分比浓度分别为0%、15%、30%、50%、70%和100%的样品。
往各样品上方加一骨勺活性炭，使其与空气隔绝避免氧化。
并给各试管贴上标签以免混乱。
（2）把盛放样品的大试管放入电加热炉，并把数显温度计的探头插入大试管中。
（3）打开电源给样品加热，关掉电源前所有样品的温度都不能超过328℃。
（4）当熔化后的样品开始降温时就开始每隔一段时间记录一次温度。
对于纯物质，一直记录到步冷曲线的温度平台结束，并继续记录5~6个数据；对于Pb-Sn混合样品，也一直记录到步冷曲线的温度平台结束，并继续记录5~6个数据，如果温度平台不明显，就一直记录到160℃以下。
（5）对每个样品测读温度结束后，样品已完全凝固。
必须对该样品重新加热使其熔化，才能拿出温度探头。
所有的样品一般都可以反复市容，故实验结束后不要把样品倒掉。
五、数据记录与处理
（1）实验数据记录
时间/s
0%Pb
15%Pb
30%Pb
50%Pb
70%Pb
100%Pb
未知样品
0
320.7
328.7
325.6
333.9
343.1
328.3
333.6
36
318.3
327.9
324.2
332.9
340.9
328.1
333.2
72
315.6
325.7
321.4
330.7
337.4
327.9
330.9
108
312.7
322.8
317.9
327.9
333.9
327.6
327.4
144
309.4
320.2
315.0
325.9
331.4
327.6
325.5
180
306.0
318.8
313.6
325.0
330.3
327.6
322.7
216
302.6
318.5
313.2
324.9
330.3
327.8
323.0
252
299.1
318.9
313.6
325.5
331.2
327.9
323.2
288
295.5
319.5
314.0
325.8
331.4
327.9
324.1
324
291.8
319.0
313.5
325.0
330.3
327.3
324.0
360
288.1
317.6
312.0
323.7
328.8
328.8
322.6
396
284.4
316.7
311.0
322.9
327.9
327.6
321.4
432
280.7
316.2
310.5
322.5
327.6
327.6
320.9
468
277.0
316.0
310.5
322.3
327.6
327.8
320.8
504
273.4
316.1
310.5
322.4
327.8
327.9
321.1
540
269.9
316.2
310.8
322.6
328.1
327.9
321.4
576
266.2
316.4
311.0
322.6
328.0
327.9
321.7
612
262.8
316.0
310.4
322.1
327.4
327.8
321.4
648
259.3
315.2
309.7
321.3
326.5
327.7
320.6
684
255.9
314.5
308.9
320.6
325.5
327.6
319.8
720
252.5
313.7
308.0
319.8
324.6
327.6
318.9
756
249.3
312.8
307.2
318.9
323.7
327.6
318.1
792
245.9
311.9
306.3
318.2
322.7
326.7
317.1
828
242.8
311.0
305.4
317.2
321.5
327.3
316.2
864
239.6
309.5
303.6
315.2
319.1
326.6
314.0
900
236.5
306.1
300.2
311.9
315.5
325.8
310.0
936
233.4
303.8
295.7
308.0
311.2
324.8
304.6
972
230.4
297.0
290.8
303.5
306.0
323.5
298.7
1008
227.5
291.9
285.5
298.6
300.5
321.6
292.5
1044
224.6
286.3
280.1
293.5
294.6
315.5
286.3
1080
221.8
280.9
274.0
288.0
288.8
306.1
279.9
1116
219.0
275.2
268.6
282.6
282.9
296.5
273.6
1152
219.6
269.5
262.9
277.0
276.9
287.4
267.2
1188
226.9
263.7
257.2
271.5
270.8
278.6
260.9
1224
229.0
258.0
251.4
265.8
264.8
270.4
254.9
1260
229.6
252.3
245.5
260.3
258.8
262.3
249.3
1296
229.7
246.7
240.2
254.9
254.8
254.6
244.5
1332
229.7
241.3
234.9
249.6
251.0
248.2
239.6
1368
229.6
236.1
229.6
244.3
247.8
241.6
235.5
1404
229.5
230.9
224.4
239.1
245.0
235.3
231.9
1440
229.5
226.0
219.6
234.2
241.9
229.3
227.0
1476
229.3
221.3
214.8
229.4
238.3
223.5
222.9
1512
229.2
216.5
210.1
225.4
234.4
218.0
218.9
1548
229.1
211.9
205.7
221.5
230.3
212.8
214.8
1584
229.0
207.4
201.3
217.8
226.0
207.7
210.5
1620
229.0
203.1
197.1
214.4
221.3
202.9
206.4
1656
228.8
198.9
193.2
211.0
217.0
198.3
202.3
1692
228.7
194.7
189.5
207.5
212.4
193.8
198.2
1728
228.5
190.8
185.7
204.0
207.7
189.4
194.1
1764
228.4
203.4
182.1
200.6
203.2
185.1
190.0
1800
228.1
204.7
178.8
197.2
198.6
181.2
185.9
1836
227.7
203.6
175.8
193.8
194.0
177.3
182.9
1872
227.1
202.1
185.8
190.5
189.8
173.6
178.1
1908
225.8
200.3
186.2
187.3
185.6
170.0
174.3
1944
222.4
198.5
184.7
184.1
181.4
166.5
174.1
1980
216.9
196.7
182.5
181.0
177.4
163.1
176.9
2016
211.1
194.8
181.4
178.0
174.1
159.9
177.5
2052
205.6
192.7
181.1
175.0
175.3
177.4
2088
200.3
190.5
180.8
172.1
175.9
177.1
2124
195.4
188.1
180.5
171.3
175.8
176.7
2160
190.9
185.5
180.2
175.5
175.9
176.0
2196
186.6
182.8
180.0
177.0
175.0
174.5
2232
182.6
181.2
179.7
177.4
171.8
171.5
2268
178.8
180.9
179.2
177.5
167.1
165.8
2304
175.2
180.5
178.4
177.5
162.2
159.9
2340
171.9
180.1
173.7
177.5
157.6
2376
168.9
179.5
165.9
177.3
2412
165.9
176.8
158.8
177.1
2448
163.1
170.4
176.8
2484
160.5
163.8
176.1
2520
158.0
157.8
175.3
2556
173.7
2592
169.5
2628
163.7
2664
158.6
（2）步冷曲线
（3）相图
（4）未知样品步冷曲线
未知样品的低共熔温度在180℃左右，一物质首先析出温度（拐点）为235℃左右，根据相图判断，未知样品组成可能为70%Pb-30%Sn。
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