二组分简单共熔系统相图的绘制
1 实验目的
(1) 用热分析法测绘Sn－Pb二组分金属相图。
(2) 掌握热电偶测量温度的原理及校正方法。
(3) 了解热分析法测量技术。
2 实验原理
相图就是通过图形来描述多相平衡体系的宏观状态与温度、压力及组成的相互关系，具有重要的生产实践意义。
对于二组分体系，C=2，f＝4－。由于我们所讨论的体系至少有一个相，所以自由度数最多为3。即二组分体系的状态可以由三个独立变量所决定，这三个变量通常为温度、压力及组成，所以二组分体系的状态图要用具有三个坐标的立体图来表示。由于立体图在平面纸上表示起来很不方便，因此我们一般固定一个变量，如压力，得到一个两个变量的状态图。在二组分体系中，温度－组成（T－X）图表示体系状态与组成之间的相互关系。
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，记录稳定随时间的变化趋势。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，相变热使冷却曲线出现转折或形成水平线段，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。
二元简单共熔体系的冷却曲线具有图1所示的形状。
图1 a.步冷曲线 b.有过冷现象时的步冷曲线 c.根据步冷曲线绘制相图
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，使折点发生起伏，见图1.1.b。遇此情况，可延长dc线与ab线相交，交点e即为转折点。
3 仪器与试剂
仪器：镍铬-镍硅热电偶1支；EF-07金属相图实验装置1套（包括加热单元，数显单元）；sunyLAB200A实验数据分析记录仪；石英样品皿7支；电脑。
试剂：Sn；Pb；Bi（均为AR）；石墨。
4 实验步骤
1）热电偶为市售凯装热电偶，样品配置部分由实验室事先完成；
2）仪器部分见图2。
图2 步冷曲线测定装置图
1. EF-07加热单元；2. EF-07数显单元；3.热电偶；4.石英套管；5.石英样品皿；
6.样品；7. sunyLAB200A实验数据分析记录仪；8.电脑
3）绘制步冷曲线
a. 将盛样品的石英皿放入加热炉内加热，即将达到熔点时开启记录仪，待温度超过样品熔点40℃左右后停止加热，并移入降温炉（注：样品选择由高熔点到低熔点；第一个样品加热时，同时加热降温炉达到150℃左右，避免样品降温速率过快）。
b. 将石英皿移至保温炉中冷却，记录仪同步绘制步冷曲线，直至水平线段以下为止（同时将待测样品置于加热炉中预热，此时加热炉电源处于切断状态）。
c．用上述方法绘制所有样品的步冷曲线。
5 数据处理
（1）用纯Pb、纯Sn、纯Bi的熔点作横坐标，以纯物步冷曲线中的平台温度为纵坐标作图，画出热电偶的工作曲线。
图3 热电偶的工作曲线
（2）找出各步冷曲线中拐点和平台对应的温度值。
（3）以温度为纵坐标，以组成为横坐标，绘出Sn—Pb合金相图。
图4 Sn—Pb合金相图
6 注意事项
（1）加热样品时，注意温度要适当，温度过高样品易氧化变质；温度过低或加热时间不够则样品没有全部熔化，步冷曲线转折点测不出（高于转折点40℃）。
（2）在测定一样品时，可将另一待测样品放入加热炉内预热，以便节约时间，合金有两个转折点，必须待第二个转折点测完后方可停止实验，否则须重新测定。
（3）实验依次从高熔点金属到低熔点金属，可节省时间。
（4）冷却速度要慢，开始时可将冷却炉加热至120-180℃。