二組分簡單共熔系統(tǒng)平衡相圖

1、二組分簡單共熔系統(tǒng)平衡相圖周韜摘要：本實(shí)驗(yàn)測定了Sn-Zn二組分簡單共熔系統(tǒng)的平衡相圖。關(guān)鍵詞：共熔體系；1前言沈王慶、覃松、陳功在測定Sn-Pb二組分共熔相圖時利用熱電偶和步冷曲線測定不同比例混合物的熔點(diǎn)，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)用excel進(jìn)行處理繪制出了平衡相圖。由于Pb有毒性，所以本次實(shí)驗(yàn)改測Sn-Zn二組分的共熔曲線。熱電偶數(shù)據(jù)用無紙記錄儀通過電腦記錄，最后的數(shù)據(jù)運(yùn)用origin進(jìn)行處理，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與文獻(xiàn)值能夠較好的符合。2實(shí)驗(yàn)部分2.1原理一般，由于熱分析法中的步冷曲線法儀器簡單易得、操作簡單以及結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，二組分金屬共熔系統(tǒng)相圖的繪制都采用此種辦法進(jìn)行數(shù)據(jù)測定。兩種金屬混合熔化，在進(jìn)行

2、緩慢冷卻的過程中，混合組分沒有相變時，溫度連續(xù)下降，冷卻的溫度-時間曲線（步冷曲線）為一條光滑的曲線；當(dāng)組分發(fā)生相變時，發(fā)出相變熱，補(bǔ)償了一部分的熱量散失，所以連續(xù)下降的步冷曲線出現(xiàn)一溫度個轉(zhuǎn)折點(diǎn)或者一段平臺。而二組分的金屬混合物一般會產(chǎn)生兩個相變點(diǎn)，所以步冷曲線會出現(xiàn)如圖1所示的步冷曲線：3：將不同含量的混合物的相變點(diǎn)都畫圖1兩組分金屬步冷曲線到一個坐標(biāo)圖上，即為這兩種金屬的相圖。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作過程中，步冷曲線常常出現(xiàn)過冷現(xiàn)象。過冷現(xiàn)象是一種熱力學(xué)上的不穩(wěn)定狀態(tài)，結(jié)晶時，實(shí)際結(jié)晶溫度低于理論結(jié)晶溫度的現(xiàn)象。在通過2.2.1主要儀器及藥品儀器鎳鉻-鎳硅熱電偶1支；盛合金的硬質(zhì)玻璃管7只；高溫

3、管式電爐2只（加熱爐、冷卻爐）；調(diào)壓器（2kw）1只；二元合金相圖計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)1套。試劑鋅、錫、鉍（AR）；石墨粉。2.2.2實(shí)驗(yàn)方法 如圖所示安裝儀器并接好電路圖4步冷曲線測定裝置圖1調(diào)壓器；2UJ-36電位差計(jì)；3熱電偶；4小瓷管；5硬質(zhì)玻璃管；6金屬混合物；7加熱爐（冷卻爐）； 校正熱電偶以及制作步冷曲線。本實(shí)驗(yàn)中，加熱爐和冷卻爐的具體操作是先將熱電偶插在小瓷管中放入含有金屬混合物的硬質(zhì)玻璃管中，先加熱融化，然后快速轉(zhuǎn)移到冷卻爐中進(jìn)行緩慢冷卻，利用計(jì)算機(jī)自動記錄熱電偶的電壓值。所以在測量過程中，最好是按照熔點(diǎn)溫度由高到低的順序進(jìn)行測定。測定中可以由兩組分開測定，將數(shù)據(jù)進(jìn)行校正之后仍然較

4、為準(zhǔn)確。本實(shí)驗(yàn)測定純Sn、純Zn、純Bi、Zn質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的鋅-錫混合物和Zn占8.8%的鋅-錫混合物的相變點(diǎn)。按照大致熔點(diǎn)順序依次測定純Zn、25%Zn、純Bi、純Sn、8.8%Zn的相變點(diǎn)。在具體的測定過程中，純金屬在出現(xiàn)轉(zhuǎn)折點(diǎn)或者平臺之后溫度繼續(xù)降低20°C即可，而對于二組分混合金屬，需要等待步冷曲線出現(xiàn)兩個轉(zhuǎn)折點(diǎn)之后繼續(xù)降低20C方可。 進(jìn)行溫度校正之后，根據(jù)步冷曲線圖繪制二組分簡單共熔系統(tǒng)的平衡相圖。2.2.3數(shù)據(jù)記錄和處理199155LMJUuou圖7純Zn的步冷曲線圖8Zn含量55%的混合物步冷曲線小組1的校正曲線：圖9小組1的校正曲線圖10Zn含量5%的步冷曲線電

5、！nrs/sRJ=1根據(jù)校正曲線計(jì)算不同含量各自對應(yīng)的熔點(diǎn)：Zn含量為55%的混合物的熔點(diǎn)：轉(zhuǎn)折點(diǎn)l=13.16X23.845+32.26°C=337.06°C轉(zhuǎn)折點(diǎn)2=7.13X23.845+32.26°C=202.27°CZn含量為5%的混合物的熔點(diǎn)：轉(zhuǎn)折點(diǎn)1=7.46X23.845+32.26°C=210.14°C轉(zhuǎn)折點(diǎn)2=7.06X23.845+32.26C=200.61C（二）小組2實(shí)驗(yàn)測得不同樣品的步冷曲線圖：圖11純Bi的步冷曲線151015電國呻10-13站-121J815、r1&-_87'17S-阿司

6、/5?,時間將ItMJJSO400BODfUUHW0300200400W0«)7®900圖12純Sn的步冷曲線圖13純Zn的不冷曲線圖14校正曲線根據(jù)校正曲線計(jì)算不同含量各自對應(yīng)的熔點(diǎn)：Zn含量為25%的混合物的熔點(diǎn)：轉(zhuǎn)折點(diǎn)l=10.98X23.944+30.238°C=293.14°C轉(zhuǎn)折點(diǎn)2=7.13X23.944+30.238°C=200.96°CZn含量為8.8%的混合物的熔點(diǎn)：轉(zhuǎn)折點(diǎn)1二轉(zhuǎn)折點(diǎn)2=7.14X23.944+30.238°C=201.20°C3結(jié)果與討論3.1結(jié)果從以上數(shù)據(jù)計(jì)算出最低共熔點(diǎn)的溫

7、度為(202.27+200.61+200.96+201.20)/4C從文獻(xiàn)查得不同Zn含量的混合物的熔點(diǎn)分別為:表格1各物質(zhì)對應(yīng)的熔點(diǎn)物質(zhì)熔點(diǎn)/°c純Bi271.3純Sn231.89純Zn419.58Zn含量為55%356.6Zn含量為25%310.45Zn含量為8.8%198.5227.8198.5Zn含量為5%最低共熔點(diǎn)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)值與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，以純物質(zhì)的熔點(diǎn)進(jìn)行校正之后混合物測得的熔點(diǎn)普遍低于文獻(xiàn)值，但是最低共熔點(diǎn)卻比文獻(xiàn)值高。利用公式d=（標(biāo)準(zhǔn)值-實(shí)驗(yàn)值）/標(biāo)準(zhǔn)值X100%計(jì)算相對誤差得出下表表格2各物質(zhì)熔點(diǎn)與文獻(xiàn)值的相對誤差物質(zhì)相對誤差（）Zn含量為55%5.4

8、8Zn含量為25%5.58Zn含量為8.8%1.36Zn含量為5%7.75對實(shí)驗(yàn)得到的一系列步冷曲線，有很多都出現(xiàn)了過冷現(xiàn)象，還有一部分的平臺并沒有理想中的水平程度，大多數(shù)情況下都是傾斜的。對于混合物，實(shí)驗(yàn)時在步冷曲線上有時候沒有兩個轉(zhuǎn)折點(diǎn)或者轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯。這些現(xiàn)象，如過冷現(xiàn)象為正?，F(xiàn)象，但是后者，多數(shù)情況下都是由于實(shí)驗(yàn)誤差導(dǎo)致。4.結(jié)論從最后的結(jié)果來看，盡管幾乎每一個組分的熔點(diǎn)測定斗魚文獻(xiàn)值有大約5%的相對誤差，但是從絕對數(shù)值上來看，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果已經(jīng)達(dá)到了本次實(shí)驗(yàn)的目的。分析對本次試驗(yàn)結(jié)果造成誤差的原因，大概有下面幾種：（一）偶然誤差 熱電偶可能出現(xiàn)讀數(shù)不穩(wěn)的情況。 從步冷曲線上讀取轉(zhuǎn)折點(diǎn)或平

9、臺數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性。步冷曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)越明顯，或者平臺的水平程度越高，選取的數(shù)據(jù)會更加準(zhǔn)確，但是在轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯的情況下，數(shù)據(jù)讀取的估讀性質(zhì)就會越加明顯。 其他會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確的偶然誤差。（二）系統(tǒng)誤差混合物比例配制不精確。無論用多么精確的儀器稱量物質(zhì)都會產(chǎn)生誤差，其中包含了實(shí)驗(yàn)的偶然誤差和系統(tǒng)誤差，用更加精密的儀器可以降低實(shí)驗(yàn)的誤差，但是不管怎樣都不能將系統(tǒng)誤差消除。對熱電偶的校正誤差。本次試驗(yàn)中使用三種已知標(biāo)準(zhǔn)熔點(diǎn)的純物質(zhì)進(jìn)行校正，盡管從圖上看其相關(guān)系數(shù)幾乎完美符合直線，但是僅僅只有三個點(diǎn)仍然會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不準(zhǔn)確。并且，實(shí)驗(yàn)用的三種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的熔點(diǎn)都在徐要測定的最低共熔點(diǎn)之上，也就是說實(shí)驗(yàn)最后的結(jié)果要依靠直線外推才能得到，這也會引起誤