实验一 金属二元相图绘制

二组分固---液相图的绘制一、实验目的1.学会用热分析法测绘Sn —Bi 二组分金属相图。

2.了解热分析法测量技术。

3.掌握SWKY 数字控温仪和KWL-08可控升降温电炉的基本原理和使用。

二、预习要求了解纯物质的步冷曲线和混合物的步冷曲线的形状有何不同，其相变点的温度应如何确定。

三、实验原理测绘金属相图常用的实验方法是热分析法，其原理是将一种金属或合金熔融后，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叫步冷曲线。

当熔融体系在均匀冷却过程中无相变化时，其温度将连续均匀下降得到一光滑的冷却曲线;当体系内发生相变时，则因体系产生之相变热与自然冷却时体系放出的热量相抵偿，冷却曲线就会出现转折或水平线段，转折点所对应的温度，即为该组成合金的相变温度。

利用冷却曲线所得到的一系列组成和所对应的相变温度数据，以横轴表示混合物的组成，纵轴上标出开始出现相变的温度，把这些点连接起来，就可绘出相图。

二元简单低共熔体系的冷却曲线具有图1所示的形状。

图1 根据步冷曲线绘制相图拐点后，开始有固体凝固出来，液相成分不断变化，平衡温度也不断随之改变，直到达到其低 共熔点温度，体系平衡，温度保持不变（平台）；直到液相完全凝固后，温度又迅速下降。

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，因此必须保证冷却速度足够慢才能得到较好的效果。

此外，在冷却过程中，一个新的固相出现以前，常常发生过冷现象，轻微过冷则有利于测量相变温度;但严重过冷现象，却会使折点发生起伏，使相变温度的确定产生困难。

见图2。

遇此情况，可延长DC 线与AB 线相交，交点E 即为转折点。

图3是二元金属体系一种常见的步冷曲线。

当金属混合物加热熔化后冷却时，由于无相变发生，体系的温度随时间变化较大，冷却较快（1~2段）。

若冷却过程中发生放热凝固，产生固相，将减小温度随时间的变化，使体系的冷却速度减慢（2~3段）。

当融熔液继续冷却到某一点时，如3点，由于此时液相的组成为低共熔物的组成。

实验 二元合金相图的绘制与应用一、目的要求1、理解步冷曲线，学会用热分析方法测绘Sn-Bi 二元合金相图2、学会铂电阻的测温技术，尝试用金属相图测量装置测量温度的方法3、掌握微电脑控制器的使用方法4、理解产生过冷现象的原因及避免产生过冷现象的方法二、基本原理相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。

对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度-组成图来描述。

热分析方法与步冷曲线热分析方法是绘制相图常用的基本方法之一。

将两种金属按一定比例配成并把它加热成均匀的液相体系，然后让它在一定的环境中自行冷却，并每隔一定的时间（例如0.5min 或1min ）记录一次温度，以温度T 为纵坐标，以时间t 为横坐标，做出温度-时间（T-t ）曲线，称为步冷曲线。

若体系均匀冷却时，冷却过程不发生相变化，则体系的温度随时间的变化是均匀的，则步冷曲线不出现转折或平台，而是一条直线，冷却速度快。

若冷却过程中发生了相变化，由于相变化过程中伴随有热效应，发生相变热，所以体系温度随时间的变化速度将发生改变，体系的冷却速度减缓，步冷曲线就出现转折或平台。

测定一系列组成不同的样品的步冷曲线，从曲线上找出各相对应体系发生相变的温度，就可以绘制出被测系统的相图。

这就是用热分析法绘制液固相图的概要.如图所示：Bi-Cd 合金冷却曲线曲线1、5是纯物质的步冷曲线。

当系统从高温冷却时，开始没有发生相变化，温度下降比较快，步冷曲线较陡；冷却到A 的熔点时，固体A 开始析出，系统出现两相平衡（固体A 和溶液平衡共存），根据相律，此时f= k-Ø+1=1-2+1=0，系统温度维持不变，步冷曲线出现bc 的水平线段；直到液相完全凝固后，温度又继续下T /℃t降。

曲线2、4是A与B组成的混合物的步冷曲线。

与纯物质的步冷曲线不同。

系统从高温冷却到温度b’时,开始有固体A不断析出，这时体系呈两相，溶液中含A的量随之减少，由于不断放出凝固热，所以温度下降速度变慢，曲线的斜率变小（b’c’段）。

实验指导4-二元金属相图绘制(1)由于金属相图是多相体系处于相平衡状态时温度对组成作图所得得图形,因此被测体系必须时时处于或非常接近与相平衡状态。

所以体系冷却速度必须足够慢，可通过程序控温器或用一个由调压器控制的立式冷却保温电炉，减缓冷却速度，满足实验要求。

冷却速度太慢，将延长实验时间，实验中将适当掌握。

但切忌在一个步冷曲线的测试过程中不断改变样品的测试温度。

（2）样品的组成在测试过程中必须保持不变，除了样品本身必须保持必要的纯度外，在测试过程中必须保持样品在管中的均匀性。

另外必须避免温度过高而使样品发生氧化变质，否则体系的组成将发生变化，从而影响实验结果，加热温度过低将测不到所需的相变点，因此一般在样品全部熔化后再升温50℃左右未适宜。

样品表面加少量石墨粉以隔绝空气防止样品氧化也是普遍采用的措施。

（3）绘制固液二组分相图的方法通常有溶解度法和热分析法。

溶解度法是指在确定的温度下，直接测定固液两相平衡时溶液的浓度，然后根据测得的温度和相应的溶解度数据绘制相图，这种方法使用于常温下易测定组成的体系，如水-盐二组分体系等。

热分析法适用于常温下不便直接测定固液平衡时溶液组成的体系(如合金和有机化合物凝聚体系),通常利用相变时的热效应来测定组成以确定体系的温度,然后根据选定的一系列不同组成的二组分体系所测定的温度绘制相图.此种方法简单、易于推广，对于一些二组分金属体系，若挥发的蒸汽对人体健康有害，则可采用热分析法的另一种差热分析（DTA）或差示扫描（DSC）法绘制相图。

7 .提问与思考(1) 对于不同组成混合物的步冷曲线，其转折点与水平段有什么不同?(2) 步冷曲线上为什么会出现转折点?纯金属、低共熔混合物及合金的转折点各有几个?曲线形状有何不同?为什么?（3）试从实验方法比较测绘气-液相图和固-液相图的异同点。

物理化学实验报告班级：姓名：学号：实验日期：2019年5月18日实验名称：二元合金相图的绘制一、实验目的（一）学习热分析法绘制相图的基本原理（二）加深对相变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。

实验九二元合金相图的绘制【摘要】本文的目的是使我们加深对相变化过程的认识和理解，学习和掌握绘制相图的方法。

采用法热分析法绘制步冷曲线，从而绘制铋跟铬共熔体的简单低共熔相图；测定了铋跟铬共熔体系中的低共熔点时的成分组成及低共熔温度。

实验结果表明，铋跟铬共熔体系中的低共熔点时，铋的含量为56％，低共熔温度为148.6℃。

结果说明，实验方法正确，结果较为理想，但仍存在一定的误差。

【前言】相图是用几何图形来表示多相平衡体系中有哪些相、各相的成分如何，不同相的相对量是多少，以及它们随浓度、温度、压力等变量变化的关系图。

对蒸气压较小的二组分凝聚体系，常以温度—组成图来描述。

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。

下图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。

铋-铬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，这是由于在定压力下，根据相律系统的自由度f与组分数C、相数P的关系以表示为：f=C−P+1故一定压力下当纯物质处于固液两相平衡时，C=1，P=2，自由度f=0,所以温度恒定不变，其步冷曲线上会出现一个平台((即水平段)。

上图中的曲线0.0就是x B=0.0时即纯A的步冷曲线；曲线1.0是x B=1.0时即纯B的步冷曲线。

在开始凝固之前和完全凝固以后，系统中只有一种纯液体或只有一种纯固体。

Sn—Bi二元金属相图的绘制（热电势法）一、实验目的1、用热电偶—电位差计测定Bi—Sn体系的步冷曲线，绘制相图；2、掌握热电势法测定金属相图的方法；3、掌握热电偶温度计的使用，学习双元相图的绘制；二、实验原理研究多相体系的状态随浓度、温度、压力等变量的改变而发生变化的规律，并用图形来表示体系状态的变化，这种图形就称为相图或称为状态图。

用热分析法可绘制相图，测绘一系列不同组成的金属混合物的步冷线，然后把各步冷曲线上物态变化的温度绘在温度--组成图上，即把图中各步冷曲线的转折点和水平段所对应的温度用。

表示在温度--组成图中，即得到该体系的相图。

液相完全互溶的二组分体系，在凝固时有的能完全互溶成为固溶体，有的仅部分互溶，如本实验的Bi--Sn体系。

本实验用热电偶作为感温元件，自动平衡电位差计测量各样品冷却过程中的热电势，作出电位—时间曲线(步冷曲线)，再由热电偶的工作曲线找出相变温度，从而作出Bi-Sn体系的相图。

三、实验仪器和试剂坩埚电炉(含控温仪);自动平衡电位差计;冷却保温装置;样品管;杜瓦瓶;镍铬---镍铝(或含其他材料);热电偶.锡(AR)232;铋(AR)271四、实验步骤1、准备工作在杜瓦瓶中装入室温水，按图连接路线并检查线路。

热电偶调零:在测温热电偶为室温温度时开启记录仪开关，调量程为10mV，走纸温度为0，调节零旋纽使记录笔位于记录纸左边零线处。

这时位置所指温度热电势为0，代表温度为室温。

2、测量（1）加热试样:置纯Sn样品坩埚于管式电炉中,置电热偶温度计于坩埚中细玻璃管内,并插入底部.调调压器使加热电压为150mV,加热至坩埚中细玻璃管能动则说明试样已熔化，停止加热。

（2）测量步冷曲线当发现记录笔开始向左移动(降温)时，放下记录笔，调走纸速度为4mm/min，开始测量。

当平台出现后一会抬起记录笔并调节走纸速度为0。

同上步骤，依次测量含Bi 30%，58% 的混合物。

五、实验数据记录及处理1.测纯Sn的各样品电势变化各样品的步冷曲线如下： 纯Sn ：0246810123.54.04.55.05.56.0电势（m v ）时间（min ）30%Bi ：58%Bi ：5101520251.52.02.53.03.54.04.55.05.5电势（m v ）时间(min)5101520251.52.02.53.03.54.04.55.0电势（m v ）时间（min ）量程为10mV ，加热电压为150mV 时热电偶的工作曲线为：2、测纯Bi的各样品电势变化各样品的步冷曲线如下： 1.纯Bi ：-112345678101112131415电势（m v ）时间(min)2、58%Bi ：-551015202530354045678910电势（m v ）时间(min)3、80%Bi ：-551015202530352468101214电势（m v ）时间(min)量程为20mV由以上两组样品的相变温度的 Sn —Bi 二元金属的相图如下：Bis n温度（℃）组分（%）由图可知：合金的最低共熔温度是145℃，即含58% Bi 时，此点为三相点。

实验一金属相图的绘制一、实验目的：1.学会用热分析法测绘Pb-Sn二组分金属相图。

2.掌握热分析法的测量技术。

二、实验原理：相图是用以研究多相体系的状态随浓度、温度、压力等变量的改变而发生变化的图形。

对于二组分体系，体系的自由度最多等于3，即体系的状态可以由温度、压力和组成所决定。

若将压力确定，则体系的自由度为2，此时的体系状态可以由温度及组成确定，此时的相图即温度—组成图。

热分析法是绘制相图最常用的基本方法之一。

其基本原理是，当体系缓慢而均匀地冷却时，如果体系内不发生相变化，则温度将随时间而均匀地改变，当体系内有相的变化发生时，由于相变潜热的出现，所以，温度—时间图上就会出现转折点（表示温度随时间的变化率发生了变化）或水平段（温度不随时间而变化）。

通常的做法是先将体系全部熔化，然后让其在一定的环境中自行冷却，并每隔一定的时间记录一次温度，以温度为纵坐标，时间为横坐标，绘制步冷曲线。

如图，当体系均匀冷却时，如果体系不发生相变，则体系的温度随时间的变化是均匀的，冷却也较快（如图中ab线段）。

若在冷却过程中发生了相变化，由于在相变过程中伴随有热效应，所以体系随时间的变化速度将发生改变，体系的冷却速度减慢，步冷曲线出现转折点（如图中b点）。

当熔液继续冷却到某一点时（如图中c点），由于此时熔液的组成已达到最低共熔混合物的组成，故有最低共熔混合物析出，在最低共熔混合物完全凝固以前，体系温度保持不变，因此步冷曲线出现平台（如图中cd段）。

当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（如图中de段）。

由此可知，对组成一定的二组分低共熔混合物体系来说，可以根据它的步冷曲线，判断有固体析出时的温度和最低共熔点的温度，如果作出一系列组成不同的体系的步冷曲线，从中找出对应各转折点，即能画出二组分体系的温度——组成图。

三、仪器与试剂：金属相图专用加热装置JX-3D型金属相图控制器（含热电偶）计算机及其它附件锡铅四、实验步骤：1.检查各接口连接是否正确，然后接通电源开关。

实验一二组分金属相图的绘制一、实验目的1.用热分析法绘制二组分金属相图。

2.掌握数字控温仪和可控升降温电炉的基本原理和使用方法。

二、实验原理将纯Pb或纯Sn以及不同含量的Pb-Sn混合物熔化后，冷却的过程中温度-时间曲线（步冷曲线）斜率发生改变，表明有相变热放出。

根据相律F=C–P+2，压强一定，单组分发生相变时F=1–2+1=0，步冷曲线斜率发生改变处应为平台。

而双组分发生相变析出一种固体时，F=2–2+1=1；步冷曲线斜率发生改变处为转折，两种固体同时析出时，F=2–3+1=0，步冷曲线斜率发生改变处为平台。

因而，从步冷曲线上有无转折或平台就可知道系统在冷却过程中有无相变化。

测定一系列组成不同样品的步冷曲线，在其上面找出发生相变时的温度，就可绘出温度-组成图。

三、实验仪器和试剂1．KWL-09可控升降温电炉---金属固体的熔化与金属熔融液的冷却装置2．SWKY-ⅠA数字控温仪---金属固体的熔化温度控制与显示装置3．含Sn0%、20%、40%、61.9%、80%、100%的Pb-Sn六个样品管。

四、实验步骤（一）数字控温仪操作步骤1、接通电源2、按压“工作/置数”键，使“置数”灯亮。

（二）可控升降温电炉操作步骤1. 将数字控温仪与可控升降温电炉进行连接。

将―冷风量调节‖逆时针旋转到底；―加热量调节‖ 逆时针旋转到底。

将装有金属的样品管放到电炉样品管摆放区。

2. 将样品管插入控温区―7‖，温度传感器Ⅰ插入控温传感器插孔―6‖，温度传感器Ⅱ插入测试区炉膛内。

3. 按数字控温仪使用说明设置控制温度、定时。

4. 当温度显示I达到所设定的温度并稳定10分钟，把温度传感器Ⅱ放入样品管内，再稳定5分钟，待样品管内试剂完全熔化后，用钳子取出样品管连同温度传感器Ⅱ一起放入测试区炉膛内。

5. 采用自然降温法冷却样品，效果比较好。

6. 数字控温仪置于“置数”状态，设置控温仪的时间间隔（20秒）按设置的控温时间间隔记录温度，直到步冷曲线的平台（注意：含Sn20%、40%、80%的样品有拐点和平台各一个）以下20℃~30℃，结束一组实验，得出该配比样品的步冷曲线数据。

物理化学实验报告实验题目：金属相图绘制平均室温：℃平均气压：Kpa同组人：日期：12-11-20一、实验目的。

1. 学会用热分析法测绘Bi—Sn二组分金属相图。

2. 掌握热分析法的测量技术。

3. 了解热电偶测量温度和进行热电偶校正的方法。

4. 学会用Matlab处理数据及其绘制。

二、实验原理。

相图是用以研究体系的状态随浓度，温度，压力等变量的改变的图形。

可以表示出在指定条件下体系存在的相数和各相的组成.对蒸气压较小的二组分凝聚体系常已温度-组成图来描述.热分析是绘制相图常用的基本方法之一，这种方法是通过观察体系在冷却时温度随时间的变化关系，来判断有无相变的发生。

通常的做法是先将体系全部熔化，然后让其在一定的环境中自行冷却，并每隔一定的时间记录一次温度，以温度（T）为纵坐标，时间（t）为横坐标，绘出步冷曲线的T--t图。

同理作出一系列组成不同的体系的步冷曲线，从中找出个转折点即能画出二组分体系最简单的相图（温度—组成图）。

本实验用热电偶作为感温元件，自动平衡电位差计测量各样晶冷却过程中的热电势，作出电位—时间曲线(步冷曲线)，再由热电偶的工作曲线找出相变温度，从而作出Bi-Sn体系的相三、仪器与试剂。

坩埚钳1把立式冷却保温电炉1台镍铬—考铜热电偶1支样品管5支铋（C.P）锡（C.P）四、主要实验步骤。

1. 热电偶的校正关于热电偶的种类、制备和适用范围可参阅本实验附录1。

本实验只进行镍铬一考铜热电偶的校正。

将热电偶按图5－2安装好，接线时要注意毫伏的正负端是否连接正确，这可在热端与冷端间加一温差，从毫伏计指针的偏转（很小）方向来判断。

用台称称取铋、锡各100g、邻苯二甲酸酐15g，分别装于样品管中（在铋、锡样品上覆盖一层石墨粉，以防样品氧化）。

在装样品的同时，将热电偶热端的玻璃套管插入样品管中，然后逐个将样品放人冷却保温炉中加热熔化（或先在电炉中加热熔化，再移人保温炉中进行冷却）。

待样品熔化后，用热电偶的玻璃套管搅拌样品．使它各处的组成和温度均匀一致。

实验一 简单二元系统相图的绘制一、目的与要求：1．用热分析法测绘P b -S n 二元金属相图。

2．了解热分析法的测量技术与热电偶测量温度的方法。

二、原理：相图是多相体系处于相平衡状态时体系的某物理性质（如温度）对体系的某一自变量（如组成）作图所得的图形，图中能反映出相平衡的情况（相对数目及性质等），故称为相图。

二元或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自变量条件下的相平衡情况，因此，研究多相体系的性质以及多相体系相平衡情况的变化，都要用到相图。

图1-1是一种类型的二元简单低共熔物相图，图中A 、B 表示二个组分的名称，纵轴是物理量温度T ，横轴是组分B 的百分含量B%，在acb 线的上方，体系只有一个相（液相）存在，在ecf 以下，体系有二个相（晶体A 和B ）存在，在ace 包围的面积中，一个固相（A ）和一个液相（A 在B 中的饱和熔化物）共存，在bef 所包围的面积中，也是一个固相（B ）和一个液相（B 和A 中的饱和熔化物）共存。

图中C 是ace 与bef 两个相区的交点，有三相（晶相A 、晶相B 、饱和熔化物）共存。

所以测绘相图就是要将相图中这些分隔相区的线画出来。

常用的方法就是热分析实验法。

热分析法所观察的物理性质是被研究体系的温度，将体系加热熔融成一均匀液相，然后让体系缓慢冷却，并每隔一定时间读体系温度一次，所以得历次温度值对时间作图，得一曲线，一般称为步冷曲线或冷却曲线。

在冷却过程中，若体系发生相变，就伴随着一定热效应，因此步冷曲线的斜率发生变化而出现转折点，所以这些转折点温度就相当于被测体系在相图中分隔线上的点子，若图1-2是图1-1中组成为P 的体系步冷曲线，则点2、3就分别相当于相图中的点G 、H 。

因此，取一系列组成不同的体系，作出它们的步冷曲线，求出各转折点，即能画出二元体系的最简单相图（对复杂的相图，还必须配合其它方法，方能画出）。