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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