二组分简单共熔系统相图的绘制
实验报告
课程名称： 大学化学实验（P ） 指导老师： 成绩：_______________
实验名称： 二组分简单共熔系统相图的绘制 实验类型： 物性测试 同组学生姓名：
【实验目的】
1. 用热分析法测绘Zn-Sn 相图。
2. 熟悉热分析法的测量原理
3. 掌握热电偶的制作、标定和测温技术
【实验原理】
本实验采用热分析法中的步冷曲线方法绘制Zn-Sn 系统的固-液平衡相图。将系统加热熔融成一均匀液相，然后使其缓慢冷却，每隔一定时间记录一次温度，表示温度与时间的关系曲线，称为冷却曲线或步冷曲线。当熔融系统在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续下降，得到一条光滑的冷却曲线，如在冷却过程中发生相变，则因放出相变热，使热损失有所抵偿，冷却曲线就会出现转折点或水平线段。转折点或水平线段对应的温度，即为该组成合金的相变温度。对于简单共熔合金系统，具有下列形状的冷却曲线[图a(a)]，由这些冷却装 订
曲线，即可绘出合金相图[图a(b)]。
在冷却过程中，常出现过冷现象，步冷曲线在转折处出现起伏[图a(c)]。遇此情况可延长FE交曲线BD于点，G点即为正常的转折点。
用热分析法测绘相图时，被测系统必须时时处于或接近相平衡状态，因此，系统的冷却速度必须足够慢，才能得到较好的结果。
图a 步冷曲线（a）、对应相图（b）及有过冷现象出现的步冷曲线（c）
【试剂与仪器】
仪器镍铬-镍硅热电偶1支；UJ-36电位差计1
台；小保温瓶1只；盛合金的硬质玻璃管
7只；高温管式电炉2只（加热炉、冷却
炉）；调压器（2KW）1只；坩埚钳1
把；二元合金相图计算机测试系统1套。
试剂锡、锌、铋（均为AR）；石墨粉。
【实验步骤】
1.热电偶的制作：取一段长约0.6m的镍铬丝，用小瓷
管穿好，再取两段各长0.5m的镍硅丝，制作热电偶
（此步骤一般已事先做好）。
2.配置样品：在7只硬质玻璃管中配制各种不同质量
分数的金属混合物：100%Bi；100%Sn；100%Zn；
45%Sn+55%Zn；75%Sn+25%Zn；
91.2%Sn+8.8%Zn；95%Sn+5%Zn。为了防止金属
高温氧化，表面放置石墨粉（此步骤由实验室完成）。
3.安装：安装仪器并接好线路。
4.加热溶化样品，制作步冷曲线：依次测
100%Zn，100%Bi，100%Sn，45%Sn+55%Zn，
75%Sn+25%Zn，91.2%Sn+8.8%Zn，
95%Sn+5%Zn等样品的步冷曲线。
装了样品的玻璃管放在加热炉中，接
通电炉电源，调节变压器，待样品完全熔
化后，再升高40~50℃，停止加热，然后
把样品从加热炉里拿出放在冷却炉中。当
样品放入冷却炉后，开始用UJ-36电位差
计测定热电偶在冷却过程中的热电势，每
20s读取一次，连续读至热电势不随时间变
化后又开始下降之后2min左右即可停止。
【数据记录与处理】
装
1.以热电势为纵坐标，时间为横坐标，绘制所有步
冷曲线。见附页1~9。
2.绘制热电偶温度校正曲线
（1）以100%Zn与100%Bi进行校正组成100%Zn 100%Bi
熔点/℃419.58 271.3
电势/V 15.84 9.46
图1 100%Zn与100%Bi热电偶温度校正曲线
（2）以100%Sn与100%Bi进行校正组成100%Bi 100%Sn
熔点/℃271.3 231.9
电势/V 10.2 8.6
图2 100%Sn与100%Bi热电偶温度校正曲线
3.通过校正曲线计算不同组分样品的转折点与水平阶段温度
（1）100%Zn与100%Bi温度校正（相图左半部分）
表1 不同组分样品转折点与水平阶段温度（X Zn：100%~8.8%）
组成100%Zn 55%Zn+45%Sn 25%Zn+75%Sn 8.8%Zn+91.2%Sn
转折点电势/V 15.84 13.36 10.55 —水平阶段电势/V — 6.81 6.73 6.76
转折点温度/℃419.58 361.92 296.61 —水平阶段温度/℃—209.69 207.84 208.53
（2）100%Sn与100%Bi温度校正（相图右半部分）
表2 不同组分样品转折点与水平阶段温度（X Zn：0~8.8%）
组成100%Sn 5%Zn+95%Sn 8.8%Zn+91.2%Sn 转折点电势/V 8.6 8.0 —
水平阶段电势/V —7.2 7.2
转折点温度/℃231.9 217.08 —
水平阶段温度/℃—197.38 197.38
4.根据表1、表2数据绘制Zn-Sn二组分共熔系统合金相图
水平阶段平均温度为（209.69+207.84+208.53+197.38+197.38）℃/
5 = 204.16℃
图3 Zn-Sn二组分合金相图
5.Zn-Sn二元系统低共熔混合物的组成为
8.8%Zn+91.2%Sn
最低共熔温度为204.16℃，与文献值200℃的相对
误差为
e =| 204.16-200 | / 200 = 2.1%
【分析与讨论】
1.误差分析
实验得到的Zn-Sn二组分合金相图基本符合我们的实验结果，温度上存在一些误差，可能原因为：
（1）根据步冷曲线得到的转折点与水平阶段的位置可能存在偏差，影响了相变温度的选择。
（2）将样品加热后拿到空气中的瞬间降温速度过快，导致步冷曲线平衡状态不明显。
（3）样品长期使用后可能发生部分氧化，组分存在误差。
