镁盐
1氯化镁和其他盐的共晶点温度都普遍高于500℃。2硝酸镁
硝酸镁-硝酸锂
硝酸镁-硝酸钾
硝酸镁-硝酸钾-硝酸钠这个可以试下左：上：右53:26:21
硝酸镁-硝酸钙钠盐
1硝酸钠
硝酸钾-硝酸钠
硝酸钠-硝酸锂
硝酸钠-氯化钠
硝酸钠-氟化钠
硝酸钠-亚硝酸钠
硝酸钠-硝酸钙
硝酸钠-硝酸铵
硝酸钠-碳酸钠
硝酸钠-硫酸钠
硝酸钠-硫氰化钠
硝酸钠-硝酸锂
硝酸钠-硝酸钙
硝酸钠-硝酸镁
硝酸钠-碘化钠钾盐
硝酸钾-氯化钾
硝酸钾-硝酸锂
硝酸钾-碳酸钾
硝酸钾-硫酸钾
硝酸钾-氟化钾
硝酸钾-硝酸钙
硝酸钾-亚硝酸钾
硝酸钾-亚硝酸钠
硝酸钾-碳酸钾
1硝酸钙
硝酸钙-硝酸锂2溴化钙
溴化钙-溴化铝
1硝酸锶
硝酸锶-硝酸锂
铝盐
1氯化铝
氯化铝-氯化锂可以一试
氯化铝-氯化钾可以一试
氯化铝-氯化钠可以一试
氯化铝-氯化铵
氯化铝-氯化钡
氯化铝-氯化镁2溴化铝
溴化铝-溴化锂
溴化铝-溴化锌
溴化铝-氯化铝
焊锡材料的种类 焊锡以铅-锡(Pb-Sn)二元合金为主要的种类，铅-锡合金的共晶点在183 ℃，61.9wt%锡之处(见图9-25所示的铅-锡合金相图)，因此37%铅-63% 锡合金被称为共晶焊锡，在电子构装的应用中亦以接近共晶成份的焊锡(40%铅-60%锡)为主。焊锡可借调整其中铅锡的比例改变其熔点以符合制程之需求，许多不同化学成份的焊锡合金也因此被发展出来(见表9-12所示之常用焊锡特性)，一般而言，高铅含量的焊锡适用于温度较高的焊接制程；高锡含量的焊锡则专供有防蚀特殊需求的焊接使用。在焊接过程中，熔融的锡很容易与其它金属反应形成介金属化合物，常见的锡介金属化合物种类如表9-13所示。介金属化合物脆性高，也会影响焊锡的表面张力与润湿性，一般而言过量介金属化合物的存在有害焊点的性质。研究显示介金属化合物的成长是一个扩散控制的过程[2]，故焊接过程中应尽可能将低接合温度，缩短焊接时间，以使介金属化合物的形成量降 至最低。 焊锡中可添加少量元素以改善其性质。例如，添加低于2%的银可以提高机械强度而不致严重损坏焊锡性质，并可使焊锡在镀银表面进行接合时不致因银的熔解而降低其润湿性；添加锑亦可提高焊锡机械强度并降低其成本，但其添加量以3.5%为上限；添加铜的目的在减少铜的溶解速度，延长铜焊接工具的使用寿命，但过量的铜会造成砾状焊点(Gritty Joint) ；添加铟的焊锡可以提升其在陶瓷表面的润湿性，铟同时可以抑制金在焊锡中的溶解；铟、铋、镉可与铅、锡组成熔点低于铅锡共晶温度的合金，适合低温之焊接制程与高热敏性的元件焊接之应用。为了避免铅在制程中的污染，无铅焊锡因而成为焊锡研究的重点之一，举例而言，95% 锡-5%锑与96.5%锡-3.5%银为高强度焊锡，具有抗疲劳与潜变破坏的特性；80%金-20%锡与65%锡-25%银-10%锑为焊点强度有特殊需求的焊锡。
一．实验目的 1.用热分析法测绘Sn-Bi二元低共熔体系的相图 2.学习步冷曲线绘制相图的方法 二．实验原理 相图是多相体（二相或二相以上）处于相平衡状态时体系的某种物理性质对体系的某一自变量作图所得的图形（体系的其它自变量维持不变），二元和多元体系的相图常以组成为自变量，其物理性质则大多取温度。由于相图能反映出多相平衡体系在不同条件下的相平衡情况，因此研究相体系的性质，以及多相平衡情况的变化要用相图的知识。 AB表示两个组分的名称，纵坐标是温度T,横坐标 是B的百分含量abc线上，体系只有液相存在，ace 所围的面积中有固相A及液相存在，bcf所围的中 有B晶体和个液相共存，c点有三相（AB晶体和饱 和熔化物）。 测绘相图就是要将图中这些分离相区的线画出来， 常用的实验方法是热分析法。所观察的物理性质是 被研究体系的温度。将体系加热熔融成均匀液体，然后冷却，每隔一定时间记录温度一次，一温度对时间作图，得到步冷曲线。 当一定组成的熔化物冷却时，最初温度随时间逐渐下降达到相变温度时，一种组分开始析出，随着固体的析出而放出凝固潜热，使体系冷却速度变慢，步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，转折点的温度即是相变温度。继续冷却的过程中，某组分析出的量逐渐增多而残留溶液中的量则逐渐减少，直到低共熔温度时，液相达到低共熔组成，两种组分同时互相饱和，两种组分的晶体同时析出，这时继续冷却温度将保持不变，步冷曲线出现一水平部分，直到全部溶液变为固体后温度才开始降低，水平停顿温度为最低共熔点温度。 如果体系是纯组分，冷却过程中仅在其熔点出现温度停顿，步冷曲线的水平部分是纯物质的熔点，图中b是图1中组成为P体系的步冷曲线，点2,3分别相当于图1中的G,H。因此取一系列不同组成的体系，做出它们的步冷曲线求出其转折点，就能画出相图。但是在实验过程中有时会出现过冷现象，这时必须外推求得真正的转折点。
5.3.2 二元共晶相图 ①共晶相图： 当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转 变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。 如Pb-Sn ，Pb-Sb ，Cu-Ag ，Al-Si 等合金的相图都属于共晶相图。Pb-Sn 合金相 图是典型的二元共晶相图,见图5.26, 下面以它为例进行讲解。首先分析相图中 的点,线和相区。 图5.26 铅锡相图 一、相图分析 1、点： t A ，t B 点分别是纯组元铅与锡的熔点，为327.5o C 和231.9o C 。 M 点：为锡在铅中的最大溶解度点。N 点：为铅在锡中的最大溶解度点。 E 点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变L E →αM +β N 共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。 F 点：为室温时锡在铅中的溶解度。G 点：为室温时铅在锡中的溶解度。 2、t A Et B 线：为液相线，其中t A E 线：为冷却时L →α的开始温度线，Et B 线：为 冷 却时L →β的开始温度线。 t A MENt B 线：为固相线，其中t A M 线：为冷却时L →α的终止温度线，t B N 线： 为冷却时L →β的终止温度线。 MEN 线：为共晶线，成分在M~N 之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转 变L E →（αM +βN ）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体 或共晶组织。 MF 线：是锡在铅中的溶解度曲线。NG 线：是铅在锡中的溶解度曲线。
3、相区 （1）单相区：在t A Et B 液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。 t A MF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。 t B NG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。 （2）两相区：在t A EMt A 区为L+α相区，在t B ENt B 区为L+β相区。在FMENGF区为α+β相区。 （3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。由相律可知三相平衡 共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。 具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含Sn61.9%的合金。②成分位于共晶点（E）以左，M点以右的合金称为亚共晶合金，如含Sn19%~61.9%的合金都是亚共晶合金。③成分位于共晶点（E）以右，N点以左的合金称为过共晶合金。如含Sn61.9%~97.5%的合金都是过共晶合金。④成分位于M点以左，N点以右的合金称为端部固溶体合金。如含Sn小于19%和大于97.5%的合金都是端部固溶体合金。 二.共晶系典型合金的平衡凝固过程分析 1.端部固溶体合金（10%Sn-Pb合金） 由图5.26可以看出，合金①冷却到t 1 温度时开始发生匀晶转变从L→α。随着 温度的降低α量不断增加，L量不断减少，并且α相的成分沿固相线t A M变，L 相的成分沿液相线t A E变。当冷却到t 2 温度时L全部转变成α相，继续降低温度 α相自然冷却不发生成分和相的变化。当冷却到t3温度时，Sn在α固溶体中达到饱和状态，因此随着温度的降低，它处于过饱和状态，多余的Sn以β固溶体的形式从α固溶体中析出，这时α固溶体的平衡成分沿MF线变化，相对量逐渐减少，而析出的β固溶体的平衡成分沿NG线变化，相对量逐渐增加。通常将固溶体中析出另一种固相的过程称为脱溶转变，脱溶转变的产物一般称为次生相或二次相。次生相β固溶体用β Ⅱ 表示，以区别从液相中直接凝固出的β固溶体。由于次生相是从固相中析出的，而原子在固相中的扩散速度慢，所以次生相一般都较细小，并分布在晶界上或固溶体的晶粒内部。由上述分析可知该合金在室温 时的组织为α+β Ⅱ，见图5.27。图中黑色基体为α相，白色颗粒为β Ⅱ 相。图5.28为该合金的平衡凝固过程示意图。
5.3.2 二元共晶相图 ①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转 变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。 如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图, 下面以它为例进行讲解。首先分析相图中的点, 线和相区。 图铅锡相图 一、相图分析 1、点：t A，t B点分别是纯组元铅与锡的熔点，为和。 M点：为锡在铅中的最大溶解度点。N点：为铅在锡中的最大溶解度点。 E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变L E→αM+ βN 共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。 F点：为室温时锡在铅中的溶解度。G点：为室温时铅在锡中的溶解度。 2、t A Et B线：为液相线，其中t A E线：为冷却时L→α的开始温度线，Et B线：为冷 却时L→β的开始温度线。 t A MENt B线：为固相线，其中t A M线：为冷却时L→α的终止温度线，t B N线： 为冷却时L→β的终止温度线。
MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶 转变L E→（αM+βN）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶 体或共晶组织。 MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。 3、相区 （1）单相区：在t A Et B液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是 铅与锡组成的合金溶液。 t A MF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。 t B NG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。 （2）两相区：在t A EMt A区为L+α相区，在t B ENt B区为L+β相区。 在FMENGF区为α+β相区。 （3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。由相律可知三相平衡 共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。 具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含%的合金。 ②成分位于共晶点（E）以左，M点以右的合金称为亚共晶合金，如含Sn19%~%的合金都是亚共晶合金。③成分位于共晶点（E）以右，N点以左的合金称为过共晶合金。如含%~%的合金都是过共晶合金。④成分位于M点以左，N点以右的合金称为端部固溶体合金。如含Sn 小于19%和大于%的合金都是端部固溶体合金。 二.共晶系典型合金的平衡凝固过程分析 1.端部固溶体合金（10%Sn-Pb合金） 由图可以看出，合金①冷却到t1温度时开始发生匀晶转变从L→α。随着温度的 降低α量不断增加，L量不断减少，并且α相的成分沿固相线t A M变，L相的成 分沿液相线t A E变。当冷却到t2温度时L全部转变成α相，继续降低温度α相自 然冷却不发生成分和相的变化。当冷却到t3温度时，Sn在α固溶体中达到饱和
包晶反应： 由一个液相与一个固相在恒温下生成另一个固相的转变称为包晶转变。两组元在液态无限溶解，在固态有限固溶，并且发生包晶反应的相图，称为包晶相图。 相图分析： Pt-Ag 相图 点： A 点：纯组元铂的熔点和凝固点，为1772℃ B 点：纯组元银的熔点和凝固点，为961.9℃ C 点：是包晶转变时，液相的平衡成分点。 D 点：是包晶点，具有该点成分的合金在恒温下发生包晶转变，，得到100%包晶产物。另外，D 点也是Pt 在Ag 中的最大溶解度点。 P 点：是Ag 在Pt 中的最大溶解度点，也是包晶转变时相的平衡成分点。 E 点：是室温时Ag 在Pt 中的溶解度，F 点：是室温时Pt 在Ag 的溶解度。 线： ACB 线为液相线，其中AC 线为冷却时L →的开始温度线，CB 线为冷却时L →的开始温度线。 β α?+L
APDB 线为固相线，其中AP 线为冷却时L →的终止温度线，DB 线为冷却时L →的终止温度线。 CDP 线是包晶转变线，成分在C~P 之间的合金在恒温tD 下都发生包晶转变，形成单相固溶体，可用相律证明在三相平衡时f = 0，该线是水平线。 PE 线为Ag 在Pt 中的固溶度曲线，冷却时→II ，DF 线为Pt 在Ag 中的固溶度曲线，冷却时→II 。 相区： 单相区：有三个L 、、，在ACB 液相线以上为单相的液相区，在APE 线以左为单相的固溶体区（是Ag 在Pt 中的置换固溶体），在BDF 线右下方为单相的固溶体区（是Pt 在Ag 中的置换固溶体）。 两相区：有三个L+、L+、+，在ACPA 区为L+相区，在BCDB 区为L+相区，在EPDFE 区为+相区。 三相线：CDP 线为L++三相平衡共存线。 含42.4%Ag 的Pt-Ag 合金的平衡凝固： 由于包晶转变时，L 和α相中的A 、B 组元的扩散都必须通过β相进行，而II L L αββα+???→????→?+???→?脱溶转变包晶转变多匀晶转变
二组分金属相图的绘制思考题汇总 1.有一失去标签的Pb-Sn合金样品，用什么方法可以确定其组成？ 答： 将其熔融、冷却的同时记录温度，作出步冷曲线，根据步冷曲线上拐点或平台的温度，与温度组成图加以对照，可以粗略确定其组成。 2．总质量相同但组成不同的Pb-Sn混合物的步冷曲线，其水平段的长度有什么不同？为什么？ 答： （1）混合物中含Sn越多，其步冷曲线水平段长度越长，反之，亦然。 （2）因为Pb 和Sn的熔化热分别为23.0和59.4jg-1，熔化热越大放热越多，随时间增长温度降低的越迟缓，故熔化热越大，样品的步冷曲线水平段长度越长。 3．有一失去标签的Pb-Sn合金样品，用什么方法可以确定其组成？ 4．总质量相同但组成不同的Pb-Sn混合物的步冷曲线，其水平段的长度有什么不同？为什么？ （查表： Pb 熔点327℃，熔化热23.0jg-1，Sn熔点232℃，熔化热59.4jg-1） 5、何谓热分析法？用热分析法绘制相图时应注意些什么？ 热分析法是相图绘制工作中的一种常用的实验方法，按一定比例配制均匀的液相体系，让他们缓慢冷却，以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。曲线的转折点表征了某一温度下发生的相变的信息。 6、为什么要控制冷却速度，不能使其迅速冷却？ 答：
使温度变化均匀，接近平衡态，必须缓慢降低温度，一般每分钟降低5度。 7、如何防止样品发生氧化变质？ 答： 温度不可过高，空气不能过多和样品接触。 8、用相律分析在各条步冷曲线上出现平台的原因。 答： 因为金属熔融系统冷却时，由于金属凝固放热对体系散热发生一个补偿，因而造成冷却曲线上 的斜率发生改变，出现折点。当温度达到了两种金属的最低共熔点，会出现平台。 9、为什么在不同组成融熔液的步冷曲线上，最低共熔点的水平线段长度不同？答： 不同组成，各组成的熔点差值不同，凝固放热对体系散热的补偿时间也不同。 10.样品融熔后为什么要保温一段时间再冷却？ 答： 使混合液充分混融，减小测定误差。 11.对于不同成分混合物的步冷曲线，其水平段有什么不同？ 答： 纯物质的步冷曲线在其熔点处出现水平段，混合物在共熔温度时出现水平段。而平台长短也不同。 12.作相图还有哪些方法？
第二章 二 元 合 金 相 图 纯金属在工业上有一定的应用，通常强度不高，难以满足许多机器零件和工程结构件对 力学性能提出的各种要求；尤其是在特殊环境中服役的零件，有许多特殊的性能要求，例如要求耐热、耐蚀、导磁、低膨胀等，纯金属更无法胜任，因此工业生产中广泛应用的金属材料是合金。合金的组织要比纯金属复杂，为了研究合金组织与性能之间的关系，就必须了解合金中各种组织的形成及变化规律。合金相图正是研究这些规律的有效工具。 一种金属元素同另一种或几种其它元素，通过熔化或其它方法结合在一起所形成的具有 金属特性的物质叫做合金。其中组成合金的独立的、最基本的单元叫做组元。组元可以是金属、非金属元素或稳定化合物。由两个组元组成的合金称为二元合金，例如工程上常用的铁碳合金、铜镍合金、铝铜合金等。二元以上的合金称多元合金。合金的强度、硬度、耐磨性等机械性能比纯金属高许多，这正是合金的应用比纯金属广泛得多的原因。 合金相图是用图解的方法表示合金系中合金状态、温度和成分之间的关系。利用相图可 以知道各种成分的合金在不同温度下有哪些相，各相的相对含量、成分以及温度变化时所可能发生的变化。掌握相图的分析和使用方法，有助于了解合金的组织状态和预测合金的性能，也可按要求来研究新的合金。在生产中，合金相图可作为制订铸造、锻造、焊接及热处理工艺的重要依据。 本章先介绍二元相图的一般知识，然后结合匀晶、共晶和包晶三种基本相图，讨论合金 的凝固过程及得到的组织，使我们对合金的成分、组织与性能之间的关系有较系统的认识。 2.1 合金中的相及相图的建立 在金属或合金中，凡化学成分相同、晶体结构相同并有界面与其它部分分开的均匀组成 部分叫做相。液态物质为液相，固态物质为固相。相与相之间的转变称为相变。在固态下，物质可以是单相的，也可以是由多相组成的。由数量、形态、大小和分布方式不同的各种相组成合金的组织。组织是指用肉眼或显微镜所观察到的材料的微观形貌。由不同组织构成的材料具有不同的性能。如果合金仅由一个相组成，称为单相合金；如果合金由二个或二个以上的不同相所构成则称为多相合金。如含30%Zn 的铜锌合金的组织由α相单相组成；含38%Zn 的铜锌合金的组织由α和β相双相组成。这两种合金的机械性能大不相同。 合金中有两类基本相：固溶体和金属化合物。 2.1.1 固溶体与复杂结构的间隙化合物 2.1.1.1 固溶体 合金组元通过溶解形成一种成分和性能均匀的、 且结构与组元之一相同的固相称为固溶体。与固溶 体晶格相同的组元为溶剂，一般在合金中含量较多； 另一组元为溶质，含量较少。固溶体用α、β、γ等 符号表示。A 、B 组元组成的固溶体也可表示为A （B ），其中A 为溶剂，B 为溶质。例如铜锌合金中 锌溶入铜中形成的固溶体一般用α表示，亦可表示 为Cu （Zn ）。 图2.1 置换与间隙固溶体示意图 ⑴固溶体的分类 ①按溶质原子在溶剂晶格中的位置（如图2.1）分为： ? ??--的间隙之中;溶质原子进入溶剂晶格间隙固溶体格某些结点上的原子;溶质原子代换了溶剂晶置换固溶体
实验30 二组分金属相图的测定 预习要求 1．理解热分析法。 2．理解步冷曲线上的转折点及停歇线表示的含义。 3．本实验所测定的Zn-Sn二组分，在液相及固相的相互溶解情况。 4．使用热电偶测量温度时的注意事项。（参阅附录1.2.3） 实验目的 1．用热分析法（步冷曲线法）绘制Zn-Sn二组分金属相图。 2．掌握热电偶测量温度的基本原理和自动平衡记录仪的使用方法。 实验原理 简单的二组分金属相图主要有三种：①液相完全互溶，凝固后固相也能完全互溶成固溶体的系统，如Cu-Ni，溴苯-氯苯；②液相完全互溶，固相完全不互溶的系统，如Bi-Cd； ③液相完全互溶，固相部分互溶的系统，如Pb-Sn。本实验研究的Zn-Sn系统属于第二种。在低共熔温度下，Zn在固相Sn中的最大溶解度为w Zn=0.09。 热分析法是绘制金属相图的基本方法之 一，即利用金属或合金在加热或冷却过程中发 生相变时，相变热的吸收或释放引起热容的突 变，来得到金属或合金中相转变温度的方法。 通常的做法是将金属或合金加热至全部熔 化，然后让其在一定的环境中自行冷却，每隔 一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系 的曲线，即为步冷曲线（见图3-13）。 当熔融的系统均匀冷却时，如果不发生相 图3-13步冷曲线 变，则系统温度随时间的变化是均匀的，冷却 速度较快（如图中ab线段）；若在冷却过程中 发生相变，由于在相变过程中伴随着放热，所以系统的冷却速率减慢，步冷曲线上出现转折（如图中b点）；当系统继续冷却到某一温度时（如图中c点），系统中有低共熔混合物析出，步冷曲线出现温度的“停顿”；在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线上出现水平线段（如图中cd线段）；当系统完全凝固后，温度又开 始下降（如图中de线段）。 图3-14 固相完全不互溶的A-B二组分金属相图及其步冷曲线
二组分合金相图的绘制 一、实验目的： 1.通过实验，用热分析法测绘锡-铋二元合金相图。 2.了解热分析法的测量技术与有关测量温度的方法。 二、实验原理： 绘制相图常用的基本方法，其原理是根据系统在均匀冷却过程中，温度随时间变化情况来判断系统中是否发生了相变化。将金属溶解后，使之均匀冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间关系的曲线称为步冷曲线。若熔融体系在均匀冷却的过程中无相变，得到的是平滑的冷却线，若在冷却的过程中有相变发生，那么因相变热的释放与散失的热量有所抵偿，步冷曲线将出现转折点或水平线段，转折点所对应的温度即为相变温度。 时间（a）纯物质（b）混合物（c）低共熔混合物 图1 典型步冷曲线 对于简单的低共熔二元合金体系，具有图1所示的三种形状的步冷曲线。由这些步冷曲线即可绘出合金相图。如果用记录仪连续记录体系逐步冷却温度，则记录纸上所得的曲线就是步冷曲线。 用热分析法测绘相图时，被测体系必须时时处于或接近相平衡状态，因此体系的冷却速度必须足够慢才能得到较好的结果。 Sn—Bi合金相图还不属简单低共熔类型，当含Sn 81%以上即出现固熔体。 三、实验仪器和药品： 仪器和材料：金属相图实验炉（图2），微电脑温度控制仪，铂电阻，玻璃试管，坩埚，台天平。 药品：纯锡（CR）、纯铋（CR），石墨。
四、实验步骤： 1.配制样品 用感量为0.1g的托盘天平分别配制含铋量为30%、58%、80%的锡铋混合物各100g，另外称纯铋100g、纯锡100g，分别放入五个样品试管中。 2.通电前准备 ①首先接好炉体电源线、控制器电源、铂电阻插头、信号线插头、接地线。 图2 金属相图实验炉接线图 ②将装好药品的样品管插入铂电阻，然后放入炉体。 ③设置控制器拨码开关：由于炉丝在断电后热惯性作用，将会使炉温上冲100℃—160℃（冬天低夏天高）。因此设置拨码开关数值应考虑到这一点。例如：要求样品升温为350℃，夏天设置值为170℃。当炉温加热至170℃时加热灯灭，炉丝断电，由于热惯性使温度上冲至350℃后，实验炉自动开始降温。 ④将炉体黑色旋钮（电压指示旋钮）反时针旋转到底，处于保温状态。3．通电工作 ①通电升温：接通电源，控制器显示室温，加热灯亮，炉体上电压表指示电压值，炉体开始升温。 ②炉体自动断电：当炉内温度（即显示温度）高于设置温度后，加热灯灭，电压表指零，炉内电流切断，停止加热。 ③限温功能：为了防止拨码开关值设置过大而损坏铂电极，软件功能使拨码开关百位数不大于2，即温度最高设置值为299℃（万一拨码开关百位数大于2，程序中也认为是2）这样温度上冲后不会超过铂电阻的极限值500℃。 ④一次加热功能：由于实验中按先升温后降温的顺序进行，所以软件中采取一定的措施使得温度降到低于拨盘值时仍不加热，只有操作人员按复位键或重新通断一次电源，炉体才重新开始加热至拨码开关值。 ⑤中途加热：当炉体升温未达到要求温度时，如果显示温度小于299℃，则可增加拨码开关数值后再按一下复位键，加热继续进行。当显示温度超过299℃时，把黑色旋钮向顺时针旋动（工作人员不能离开），这时炉体继续加热，注意应提前切断炉丝电流（防止热惯性使温度上冲过高），即反时针旋动黑色旋钮至电压指示为零。 ⑥保温功能：由于冬季气温较低，为防止温度下降太快，不易发现拐点平台
第十七讲三元匀晶相图 第三节三元匀晶相图 一、主要内容： 相图分析 三元合金的结晶过程 等温界面图 变温截面图 投影图 二、要点： 三元匀晶相图的点、面、区的意义，三元匀晶相图的结晶过程的特点，与二元合金的相同点和不同点，蝴蝶形规律，等温截面图点、线、区的意义，直线法则杠杆定律在等温截面中的应用，变温截面图点、线、区的意义，变温截面图与二元合金相图的不同点，投影图的线、区的意义， 三、方法说明： 画三元匀晶相图的立体图形说明点、面、区的意义，从立体图形中截取等温截面图和垂直截面图进行说明，说明直线法则和杠杆定律只能在等温截面图上应用 授课内容： 三个组元在液态及固态均无限互相溶解的相图叫三元匀晶相图。 一、相图分析 三元匀晶相图立体模型如图： 三个组元的熔点： 液相面，固相面。 液相区，固相区，液固两相共存区。 二、三元固溶体合金的结晶过程 随着温度的不断下降液相的数量不断的减少，固相的数量不断的增多。固相的成分沿着固相面变化，液相的成分沿着液相面变化。由于液相面和固相面都是空间曲面，所以固相的成分变化线和液相的成分变化线，不处于同一个垂直平面上，也不处于同一个水平平面上，它们在成分三角形上的投影很像一只蝴蝶，所以，成为蝴蝶规律。 三、等温截面（水平截面） 整个截面可以分为三个不同的相区：液相区（L），固相区（α），液固两相区（L＋α）。 曲线L1L2为液相线，曲线S1S2为固相线。 在两相区，可以利用杠杆定律计算两平衡相的含量。 四、变温截面图（垂直截面图） 变温截面图相当于在三元相图的立体模型重插入一个垂直于成分三角形的截面。 变温截面有两种：一种是平行于成分三角形的一边所做的垂直截面。 另一种是通过成分三角形的某一顶点所做的截面。 变温截面图可分为：固相区，液相区，液固两相区 利用变温截面图可以分析合金的结晶过程，确定相变温度，了解合金在不同温度下所处的状态。 变温截面上的液相线和固相线，不能表示平衡相的成分，不能根据这些线应用杠杆定律计算平衡相的含量。 五、投影图 把一系列等温截面中的相界线都投影到成分三角形中，在每一条线上都注明温度，这样的投影图称为等温线投影图。
1、相图分析 图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。其中AEB线为液相线，ACED线为固相线，A点为铅的熔点（327C）, B点为锡的熔点（232C）。相图中有L、、三种相，形成三个单相区。L代表液相，处于液相线以上。是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。是Pb溶解在Sn中 所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即L+、L+和+ 。 图3-12 Pb-Sn 二元合金相图 相图中的水平线CED称为共晶线。在水平线对应的温度（183C）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的固溶体和D点成分的固溶体：L E ? （ C + D）。这种在一定温度下，由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。发生共晶反应时，L、、三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。因此，水平线CED是一个三相区。 相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。 2、典型合金的结晶过程⑴ 含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金I为例） 10 20轴40 50 同7Q 80 90 帥 Sn%
1．下图为一匀晶相图，试根据相图确定： (1)w B ＝0.40的合金开始凝固出来的固相成分为多少？ (2)若开始凝固出来的固体成分为w B ＝0.60，合金的成分为多少？ (3)成分为w B ＝0.70的合金最后凝固时的液体成分为多少？ (4)若合金成分为w B ＝0.50，凝固到某温度时液相成分w B ＝0.40，固相成分为w B ＝0.80，此时液相和固相的相对量各为多少? 2．Mg —Ni 系的一个共晶反应为： 0.23520.546g g i M L M N 纯＋（570℃） 设w Ni 1＝C 1为亚共晶合金，w Ni 2＝C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的质量分数相等，但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2.5倍，试计算C 1和C 2的成分。 3．根据A-B 二元相图 (1)写出图中的液相线、固相线、α和β相的溶解度曲线、所有的两相区及三相恒温转变线； (2)平衡凝固时，计算A-25B(weight%)合金（y’y 线）凝固后粗晶β相在铸锭中的相对含量； (3)画出上述合金的冷却曲线及室温组织示意图。
4．根据如图所示的二元共晶相图 （1）分析合金I，II的结晶过程，并画出冷却曲线； （2）说明室温下合金I，II的相和组织是什么，并计算出相和组织组成物的相对含量？ （3）如果希望得到共晶组织加上5％的 初 的合金，求该合金的成分。 （4）合金I，II在快冷不平衡状态下结晶，组织有何不同？ 5．指出下列相图中的错误： 6.试述二组元固溶体相的吉布斯（Gibbs）自由能-成分曲线的特点? (a)(b) (c)(d)
1．下图为一匀晶相图，试根据相图确定： (1)w B ＝0.40的合金开始凝固出来的固相成分为多少？ (2)若开始凝固出来的固体成分为w B ＝0.60，合金的成分约为多少？ (3)成分为w B ＝0.70的合金最后凝固时的液体成分约为多少？ (4)若合金成分为w B ＝0.50，凝固到某温度时液相成分w B ＝0.40，固相成分为w B ＝0.80，此时液相和固相的相对量各为多少? 第1题答案 2．Mg —Ni 系的一个共晶反应为： 0.23520.546g g i M L M N 纯＋（570℃） 设w Ni 1＝C 1为亚共晶合金，w Ni 2＝C 2为过共晶合金，这两种合金中的先共晶相的质量分数相等，但C 1合金中的α总量为C 2台金中α总量的2.5倍，试计算C 1和C 2的成分。 第2题答案
实用文档之"1、相图分析" 图3-12为一般共晶型的Pb-Sn合金相图。其中AEB线为液相线，ACEDB线为固相线，A点为铅的熔点（327℃），B点为锡的熔点（232℃）。相图中有L、α、β三种相，形成三个单相区。L代表液相，处于液相线以上。α是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Pb的封闭区域内。β是Pb溶解在Sn中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Sn的封闭区域内。在每两个单相区之间，共形成了三个两相区，即 L+α、L+β和α+β。 图3-12 Pb-Sn二元合金相图 相图中的水平线CED称为共晶线。在水平线对应的温度（183℃）下，E点成分的液相将同时结晶出C点成分的α固溶体和D点成分的β 固溶体：L E ? ( α C + β D )。这种在一定温度下，由一定成分的液相 同时结晶出两个成分和结构都不相同的新固相的转变过程称为共晶 转变或共晶反应。共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称为共晶温度，代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。在共晶线上，凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金，位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。发生共晶反应时，L、α、β三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。因此，水平线CED是一个三相区。
相图中的CF线和DG线分别为Sn在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线），称为固溶线。可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。 2、典型合金的结晶过程 ⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例） 由图3-12可见，该合金液体冷却时，在2点以前为匀晶转变，结晶出单相α固溶体，这种从液相中结晶出来的固相称为一次相或初生相。匀晶转变完成后，在2、3点之间，为单相α固溶体冷却，合金组织不发生变化。温度降到3点以下，α固溶体被Sn过饱和，由于晶格不稳，便出现第二相—β相，显然，这是一种固态相变。由已有固相析出（相变过程也称为析出）的新固相称为二次相或次生相。形成二次相的过程称为二次析出。二次β呈细粒状，记为β II 。随温度下降，α相的成分沿CF线变化，βⅡ的成分沿DG线变化，βⅡ的相对重量增加， 室温下βⅡ的相对重量百分比为： % 100 4 ? = FG F Q Ⅱ β 。合金Ⅰ的室温组织 为α+βⅡ。图3-13为其冷却曲线和组织转变示意图。 成分大于D点合金的结晶过程与合金Ⅰ相似，其室温组织为β+αⅡ。
实验五三元合金的显微组织 （Microstructure of Ternary Alloys） 实验学时：1 实验类型：综合 前修课程名称：《材料科学导论》 适用专业：材料科学与工程 一、实验目的 1．熟悉铋一铅一锡三元系相图和典型合金的显微组织。 2．了解三元合金的显微组织与其三元相图的关系。 二、概述 三元相图可以帮助我们分析三元合金的平衡凝固过程及凝固后的显微组织。对于铸锭和铸件，如果凝固时的冷却速率较小（如砂模铸造），也可借助相图分析其凝固过程和凝固后的显微组织。 下图为铋一铅一锡三元相图的液相面投影图的示意。 图中Bi、Pb、Sn分别代表纯组元铋、铅、锡；（Bi）、（Pb）、（Sn）分别代表以铋、铅、锡为溶剂的固溶体；（β）代表以Bi--Pb二元系中的β相为溶剂的固溶体。 为帮助了解铋一铅一锡三元相图，下面给出该三元相图各边的二元相图简图。图中（Bi）、（Pb）、（Sn）分别代表各二元系中以铋、铅、锡为溶剂的固溶体。
由上图可知，各二元系在液态时均为无限互溶，但在固态则为有限溶解，在铅一铋二元系中还出现了中间相β。在锡一铋二元系中，有一个共晶转变L→（Sn）+（Bi），转变温度为138.5℃。在铅一铋二元系中有一个包晶转变和一个共晶转变，包晶转变温度为184℃，反应式为L+（Pb）→β；共晶转变温度为125℃，反应式为L→β+（Bi）。在铅一锡二元系中，有一个共晶转变L→（Pb）+（Sn），转变温度为188℃。各二元系中的三相平衡都要进入三元系，成为三元系中的三相平衡。根据相律，三元系中三相平衡的自由度数等于1，因而是在一个温度范围内进行的。当降至某一定温度时，这些三相平衡将参与四相反应。 由液相面投影图可知，在铋一铅一锡三元系中存在两个四相平衡，一是在P点发生的四相包共晶反应，反应式为L+（Pb）→β+（Sn）；另一个是在E点发生的四相共晶反应，反应式为L→（Bi）+β+（Sn）。根据相律，三元系中四相平衡的自由度数等于零，因而是一个恒温转变。转变过程中，参加反应的各相成分不变，温度恒定。 根据合金成分在三元相图投影图上的位置，可以分析合金的平衡凝固过程并预计凝固后的组织组成物。下面举例说明。 成分在E点的合金自液态进行凝固时，将直接进人四相平衡，发生四相共晶反应，反应式为L→（Bi）+β+（Sn），这是一个恒温转变，转变温度为96℃，凝固后的组织为（Bi）+β+（Sn）三相共晶体。 成分在e1E线上的合金凝固时，先进行三相共晶反应，反应式为L→（Bi）+β，生成两相共晶体（Bi）+β。这个三相反应是在一个温度范围内进行的。当温度降到E点（96℃）时，剩余的液体将进行四相共晶反应L→（Bi）+β+（Sn），生成三相共晶体（Bi）+β+（Sn）。因此，e1E线上的合金（不包括e1点和E点）凝固后，其组织组成物为两相共晶体（Bi）+β和三相共晶体β+（Bi）+（Sn）。 若忽略固态下铅、锡在铋中很小的溶解度，则可把Bi点和E点联成直线。成分在BiE线上的
1、相图分析 图3-12为一般共晶型得Pb-Sn合金相图。其中AEB线为液相线,ACEDB线为固相线,A点为铅得熔点(327℃),B点为锡得熔点(232℃)。相图中有L、α、β三种相,形成三个单相区。L代表液相,处于液相线以上。α就是Sn溶解在Pb中所形成得固溶体,位于靠近纯组元Pb得封闭区域内。β就是Pb溶解在Sn中所形成得固溶体,位于靠近纯组元Sn得封闭区域内。在每两个单相区之间,共形成了三个两相区,即L+α、L+β与α+β。 图3-12 Pb-Sn二元合金相图 相图中得水平线CED称为共晶线。在水平线对应得温度(183℃)下,E点成分 得液相将同时结晶出C点成分得α固溶体与D点成分得β固溶体:L E ? ( α C + β D )。 这种在一定温度下,由一定成分得液相同时结晶出两个成分与结构都不相同得新固相得转变过程称为共晶转变或共晶反应。共晶反应得产物即两相得机械混合物称为共晶体或共晶组织。发生共晶反应得温度称为共晶温度,代表共晶温度与共晶成分得点称为共晶点,具有共晶成分得合金称为共晶合金。在共晶线上,凡成分位于共晶点以左得合金称为亚共晶合金,位于共晶点以右得合金称为过共晶合金。凡具有共晶线成分得合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。发生共晶反应时,L、α、β三个相平衡共存,它们得成分固定,但各自得重量在不断变化。因此,水平线CED就是一个三相区。 相图中得CF线与DG线分别为Sn在Pb中与Pb在Sn中得溶解度曲线(即饱与浓度线),称为固溶线。可以瞧出,随温度降低,固溶体得溶解度下降。 2、典型合金得结晶过程 ⑴含Sn量小于C点成分合金得结晶过程(以合金Ⅰ为例)
MT4 Phase Diagram of Pb-Sn Alloys Name：SHI T ai S tudent Number:52888227 1.Purposes：1. Define component, phase, diagram phase, and cooling curve. 2. Describe the phase change taking place at different point on a cooling curve. 3. Construct a diagram from cooling curves. 2.Instruments and specimens：Crucibles Thermoelectric couple Heating-furnace Multi-channel graph recorder Stirrer bar Specimens： 3.Introduction: A phase diagram is a plot of the equilibrium state of a system. A eutectic system can occur when terminal solid solutions exist on both end of the binary equilibrium phase diagram. In the Pb-Sn alloys system, there are two solid solutions-α and β. T he α phase indicates a solid solution of tin in lead, whereas β presents in the opposite way. The eutectic invariant point appears at 61.9 wt% Sn. The maximum solid-state solubility both occur at 183℃ which is referred to as the eutectic
共晶金锡焊料焊接的处理和可靠性问题 摘要： 因为传统铅锡焊料和无铅焊料强度不足、砍蠕变能力差以及其他的本身缺陷，共晶金锡焊料已经替代它们广泛用于高可靠和高功率电路中，包括使用在混合电路、MEM、光电开关、LEDs、激光二极管和无线电装置。金锡焊料焊接中可以避免使用组焊剂，尤其可以减少污染和焊盘的腐蚀。虽然使用金锡焊料有很多优点，但材料的性能和焊接工艺工程仍需研究。 前言：由于共晶金锡焊料具有优良的机械和热传导性能（特别是强度和抗蠕变性）以及不需组焊剂可以很好的再流的特性，共晶AuSn被广泛应用于高温和高可靠性的电路中。与之对比其他无铅和传统的铅锡共晶焊料却有着大量的问题： 焊接时需要的组焊剂造成了焊接焊盘的腐蚀，同时残杂也会危害EMES、光电电路和密封封装（组焊剂一般在密封电路中被禁止使用）。 在光学电路中焊料的过度蠕变或应力松弛的积累会导致阵列的退化。 低强度 低热传导率（尽管这个问题被夸大了，事实上热传导率还需要考虑大焊接焊料的厚度） 共晶金锡焊料已经得到了广泛应用：如MEMS光开关等微电子和光电子学中使用的倒装芯片；光纤附件; GaAs和InP激光二极管;密封包装;和射频器件等。 AuSn的焊接已证明可靠性可以达到30多年，是因为其焊接中再流过程可以产生重复、无空洞以及无缺陷的焊接。本文回答了很多公司关于焊接设计、焊接材料组合以及再流焊技术发展等问题。 相图 我们可以从金锡焊料的二元相图去认识很多共晶金锡焊料焊接的关键问题，如图1所示，焊料中富金时，液相线下降非常迅速，在常温下有大量的“线性”化合物。 当使用金锡焊料焊接镀金层时，焊接温度必须超过280摄氏度，因为只有达到这个焊接问题，镀层里的金元素才可以扩散或融入到焊料中。这样可以产生两个优点：在这个温度下第二次再流不会损坏到焊料；更高的温度也可以产生更大的抗蠕变性。然而，焊接后中间的焊料很难再次起到焊接作用，因为即使两个焊接界面可以分开，残留下焊接时形成的金属间化合物都会阻止再流。而且，焊接中的“凝固”现象也会使浸湿不充分导致焊接不完全而使强度下降。 这些缺点可以通过增加焊料中锡成分成为富锡焊料，这样，共晶成分中金完全平均分散的。但在使用金锡焊膏时候，这种方法也是有一定缺陷的，因为焊膏的成分是可变的，这也是为什么使用蒸发、溅射或电镀方法来沉积焊膏。 对于共晶焊接，我们应该关注冷却时如下的过程：L → ξ+ δ→ ξ’ + δ，一般来说，焊接后ξ和ξ’构成了焊接的主要组成，其中ξ’是焊接后形成的金属间化合物。 焊接后，我们期盼构成η, ε,δ和ξ’的连续的界面。一般来说，瞬间液相（TLP）连接使用的更多而不是共晶连接。瞬间液相（TLP）连接的优点的是连接温度处于Sn液相点和共晶液相间之间。但是，此种焊接时加热时间和冷却时间都需要更长，而且如果在这个过程里反应没
１、相图分析 图3-12为一般共晶型的Pｂ-Ｓn合金相图。其中AEB线为液相线,ＡCEDB 线为固相线，Ａ点为铅的熔点(3２７℃)，B点为锡的熔点（2３2℃)。相图中有Ｌ、a、b三种相,形成三个单相区。Ｌ代表液相,处于液相线以上。a是Sn溶解在Pb中所形成的固溶体，位于靠近纯组元Ｐb的封闭区域内。b是Pｂ溶解在Sn 中所形成的固溶体,位于靠近纯组元Ｓｎ的封闭区域内。在每两个单相区之间,共形成了三个两相区，即L＋ａ、Ｌ+b和a＋b。 图3-12 Pｂ-Sn二元合金相图 相图中的水平线ＣED称为共晶线。在水平线对应的温度(183℃）下,E点成分的液相将同时结晶出C点成分的a固溶体和Ｄ点成分的b固溶体:Ｌ E ?（ａ C + b Ｄ )。这种在一定温度下,由一定成分的液相同时结晶出两个成分和结构都 不相同的新固相的转变过程称为共晶转变或共晶反应。共晶反应的产物即两相的机械混合物称为共晶体或共晶组织。发生共晶反应的温度称为共晶温度,代表共晶温度和共晶成分的点称为共晶点，具有共晶成分的合金称为共晶合金。在共晶线上,凡成分位于共晶点以左的合金称为亚共晶合金,位于共晶点以右的合金称为过共晶合金。凡具有共晶线成分的合金液体冷却到共晶温度时都将发生共晶反应。发生共晶反应时，L、ａ、b三个相平衡共存，它们的成分固定，但各自的重量在不断变化。因此，水平线CED是一个三相区。 相图中的ＣF线和DG线分别为Sｎ在Pb中和Pb在Sn中的溶解度曲线（即饱和浓度线）,称为固溶线。可以看出，随温度降低，固溶体的溶解度下降。 2、典型合金的结晶过程 ⑴含Sn量小于C点成分合金的结晶过程（以合金Ⅰ为例）