08金属相图(Pb-Sn体系)
pb—sn共晶相图相及组织组成物的量化分析
pb—sn共晶相图相及组织组成物的量化分析
晶相图是用于表示材料的相组成的一种绘图工具，主要由相名称、相比例和占总比例组成。
最常用的是Sn-Pb共晶相图。
Sn-Pb共晶相图大致由三个相组成：Sn、Pb和熔盐，代表其中的Sn和Pb的比例来自于其原子比例。
Sn-Pb共晶相图是分析熔锡锡-铅熔接设备成分的重要图表，反映了熔锡锡-铅共晶样品的组成情况。
Sn-Pb共晶相图量化分析首先要按相的位置绘制出各相的成份比例曲线，并利
用相的分割线来确定具体的成份比例。
其次，确定样品里每个元素的含量，以及由此引出的Sn和Pb的比例。
此外，要根据Sn-Pb图里按色彩分布画出熔盐晶体结构，并使用微观组织分析软件来进行微量元素的量化分析。
Sn-Pb共晶相图的量化分析主要针对热收缩材料行业使用的锡-铅熔合工艺的
熔锡锡-铅合金的分析，其精确性对熔锡锡-铅合金的制备性能有着重要意义。
此外，Sn-Pb共晶相图也可以用于传输率和电气特性测试，以及弱电性塑料仪表管材料测试。
《物化实验》二组分金属相图
二组分金属相图姓名范泓洋学号2006030003 班级生64 同组实验者邢泽宇实验日期2008-3-29 ，提交报告日期2008-4-12带实验助教卢晋1. 实验原理1.1 金属相图人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。
以体系所含物质组成为自变量，温度为应变量所得到的T－x图是常见的一种相图。
二组分相图已得到广泛的研究和应用。
固－液相图多用于冶金、化工等部门。
较为简单的二组分金属相图主要有三种；一种是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu－Ni系统；另一种是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型的是Bi－Cd系统；还有一种是液相完全互溶，而固相部分也互溶的系统，如Pb－Sn系统。
本实验研究的Bi－Sn系统就是这一种。
在低共熔温度下，Bi在固相Sn中最大溶解度为21％（质量百分数）。
热分析法（步冷曲线法）是绘制凝聚体系相图时常用的方法。
它是利用金属及合金在加热或冷却过程中发生相变时，潜热的释出或吸收及热容的突变，使得温度－时间关系图上出现平台或拐点，从而得到金属或合金的相转变温度。
由热分析法制相图，先做步冷曲线，然后根据步冷曲线作图。
通常的做法是先将金属或合金全部熔化。
然后让其在一定的环境中自行冷却，通过记录仪记录下温度随时间变化的曲线（步冷曲线）。
Fig.1 步冷曲线Fig.2 由步冷曲线绘制相图以合金样品为例，当熔融的体系均匀冷却时，如Fig.1所示，如果系统不发生相变，则系统温度随时间变化是均匀的，冷却速率较快（如图中ab线段）；若冷却过程中发生了相变，由于在相变过程中伴随着放热效应，所以系统的温度随时间变化的速率发生改变，系统冷却速率减慢，步冷曲线上出现转折（如图中b点）。
当熔液继续冷却到某一点时（如图中c点），此时熔液系统以低共熔混合物的固体析出。
在低共熔混合物全部凝固以前，系统温度保持不变，因此步冷曲线出现水平线段（如图中cd线段）；当熔液完全凝固后，温度才迅速下降（如图中de线段）。
金属相图(Pb-Sn体系)
实验数据记录
实验日期：
；室温： ℃；气压：
KPa
锡的百 0% 分含量 (纯铅）
20%
40%
61.9%
80% 100%
(低共熔物)
(纯锡)
转折点
(t℃)
水平段
(t℃)
数据处理
1.温度换算（ ℃ 2.作出Pb-Sn相图； 3.与文献值比较。
Ｋ）；
T/K
600K
454K
L+Pb(s)
L(单相区)
505K
固态晶形转变点。
真实的Pb—Sn 金属相图
实验结果与讨论
⑴结果：实测值为T铅= T锡= T低共熔=
⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
注意事项
1.Pb-Sn混合物的液相必须均匀互溶(达最高温 度时，搅拌样品)；
2.样品的降温速率必须缓慢； 3.操作过程中，要防止样品被氧化及混入杂质； 4.热电偶温度计要插到玻璃套的底部。
观察升温情况 及时停止加热
取出样品、放 入新样品测试
实验结束记录 数据恢复原状
准备样品
按以下比例配制
锡的百 分含量
0%
20%
锡(g) 0 20
铅(g) 100 80
40% 61.9% 80% 100%
40 61.9 80 100 60 38.1 20 0
何时停止加热？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%（低共熔物）三个样品， 如果出现转折点，则停止加热，利用电炉的余热加 热到熔点以上30~40 ℃ 。
含锡20%、含锡40%、含锡80%三个样品，如果出 现转折点，则停止加热，利用电炉的余热使温度再 升高30~50 ℃。
何时停止实验？
金属共晶相图
5.3.2 二元共晶相图①共晶相图：当两组元在液态能无限互溶,在固态只能有限互溶,并具有共晶转变,这样的二元合金系所构成的相图称为二元共晶相图。
如Pb-Sn，Pb-Sb，Cu-Ag，Al-Si等合金的相图都属于共晶相图。
Pb-Sn合金相图是典型的二元共晶相图,见图, 下面以它为例进行讲解。
首先分析相图中的点,线和相区。
图铅锡相图一、相图分析1、点：t A，t B点分别是纯组元铅与锡的熔点，为和。
M点：为锡在铅中的最大溶解度点。
N点：为铅在锡中的最大溶解度点。
E点：为共晶点，具有该点成分的合金在恆温183℃时发生共晶转变L E→αM+βN共晶转变：是具有一定成分的液相在恆温下同时转变为两个具有一定成分和结构的固相的过程。
F点：为室温时锡在铅中的溶解度。
G点：为室温时铅在锡中的溶解度。
2、t A Et B线：为液相线，其中t A E线：为冷却时L→α的开始温度线，Et B线：为冷却时L→β的开始温度线。
t A MENt B线：为固相线，其中t A M线：为冷却时L→α的终止温度线，t B N线：为冷却时L→β的终止温度线。
MEN线：为共晶线，成分在M~N之间的合金在恒温183℃时均发生共晶转变L E→（αM+βN）形成两个固溶体所组成的机械混合物，通常称为共晶体或共晶组织。
MF线：是锡在铅中的溶解度曲线。
NG线：是铅在锡中的溶解度曲线。
3、相区（1）单相区：在t A Et B液相线以上,为单相的液相区用L表示，它是铅与锡组成的合金溶液。
t A MF线以左为单相α固溶体区，α相是Sn在Pb中的固溶体。
t B NG线以右为单相β固溶体区，β相是Pb在Sn中的固溶体。
（2）两相区：在t A EMt A区为L+α相区，在t B ENt B区为L+β相区。
在FMENGF区为α+β相区。
（3）三相线：MEN线为L+α+β三相共存线。
由相律可知三相平衡共存时，f=2-3+1=0，只能在恒温下实现。
具有共晶相图的二元系合金，通常可以根据它们在相图中的位置不同，分为以下几类：①成分对应于共晶点（E）的合金称为共晶合金，如Pb-Sn相图中含%的合金。
pb sn合金的相组成物和组织组成物
pb sn合金的相组成物和组织组成物PB-Sn合金是一种常用的金属合金，由铅（Pb）和锡（Sn）两种金属元素组成。
它具有许多重要的应用，特别是在电子工业和焊接领域。
本文将重点介绍PB-Sn合金的相组成物和组织组成物。
PB-Sn合金的相组成物是指合金中不同相的存在情况。
相是指具有一定的化学成分和结构特征的固态物质。
在PB-Sn合金中，主要存在两种相，即α相和β相。
α相是一种固溶体相，其主要成分是锡。
β相是一种亚稳定相，其主要成分是铅。
在PB-Sn合金中，α相和β相的含量与合金的成分比例和处理工艺有关。
一般来说，合金中锡的含量越高，α相的含量就越高。
PB-Sn合金的组织组成物是指合金的微观组织结构。
在PB-Sn合金中，主要存在两种组织结构，即共晶组织和共晶固溶体组织。
共晶组织是指合金中α相和β相以共晶方式存在的结构。
共晶固溶体组织是指合金中α相和β相以固溶体的形式存在的结构。
共晶组织和共晶固溶体组织的形成与合金的冷却速率和成分比例有关。
在合金冷却速度较快的情况下，共晶组织容易形成；在合金冷却速度较慢的情况下，共晶固溶体组织容易形成。
PB-Sn合金的相组成物和组织组成物对合金的性能有重要影响。
首先，相的存在情况影响合金的硬度和强度。
α相是一种较硬的相，可以提高合金的硬度和强度；β相是一种较软的相，可以降低合金的硬度和强度。
其次，组织的存在形式影响合金的韧性和塑性。
共晶组织具有较高的韧性和塑性，可以提高合金的抗拉强度和延伸性；共晶固溶体组织具有较低的韧性和塑性，容易导致合金的脆性断裂。
此外，相的存在情况和组织的存在形式还会影响合金的热传导性能、电导率和热膨胀系数等。
为了获得所需的相组成物和组织组成物，可以通过调整合金的成分比例和处理工艺来实现。
例如，可以通过改变铅和锡的比例来控制α相和β相的含量；可以通过改变合金的冷却速度来控制共晶组织和共晶固溶体组织的形成。
此外，还可以通过添加其他元素或进行热处理等方式来改善合金的性能。
金属相图PbSn体系课件
随着相关学科的不断发展，pbsn体系的理论研究将更加深入和完善，同时实验验证和技术优化也将不断 推进，为相关领域的研究和应用提供更可靠的技术支持。
பைடு நூலகம்
金属相图与pbsn体系的结合发展前景
金属相图与pbsn体系的结合将为材料科学和环保领域的发展提供新的思路和方法
实例三
钴与氮的反应：钴的氮化 物相图揭示了钴与氮在不 同温度和压力下的相互作 用和可能的合成路径。
04
pbsn体系在金属相图中的应用
pbsn体系在金属相图中的作用
1 2 3
描述金属材料的相变过程
pbsn体系能够详细描述金属材料在加热或冷却 过程中的相变行为，包括固-液相变、固-固相变 等。
预测材料的物理性质
pbsn体系的未来发展趋势
pbsn体系在环保领域的应用将更加广泛
随着环保意识的不断提高，pbsn体系在污水处理、废气治理等方面的应用将更加重要，为环保事业的发展提供有力 支持。
pbsn体系在生物医学领域的应用将更加深入
随着生物医学技术的不断发展，pbsn体系在药物传递、组织工程等方面的应用将更加广泛和深入，为生物医学领域 的研究提供新的思路和方法。
金属相图和pbsn体系分别在材料科学和环保领域具有广泛的应用前景，两者的结合将为相关领域的研究和应用 提供更全面和深入的支持。
金属相图与pbsn体系的结合将促进多学科交叉融合
金属相图涉及到物理、化学和材料科学等多个学科领域，而pbsn体系涉及到环境科学、化学和生物医学等多个 学科领域，两者的结合将促进多学科交叉融合，推动相关领域的发展和创新。
动力学分析
金属相图也能提供反应的动力学信 息，如反应速率常数、活化能等， 有助于优化反应条件。
金属相图Pb-Sn体系.ppt
本实验采用热分析法绘制相图，其基本原理：
先将体系加热至熔融成一均匀液相，然后让 体系缓慢冷却，①体系内不发生相变，则温 度--时间曲线均匀改变；②体系内发生相变， 则温度--时间曲线上会出现转折点或水平段。 根据各样品的温度--时间曲线上的转折点或 水平段，就可绘制相图。
实验目的
1.用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图，并 掌握应用步冷曲线数据绘制二元体系相图 的基本方法； 2.了解步冷曲线及相图中各曲线所代表的 物理意义； 3.学习自动平衡记录仪的使用方法。
实验原理
相是指体系内部物理性质和化学性质完全 均匀的一部分。
相平衡是指多相体系中组分在各相中的量 不随时间而改变。
曲线③表示其组成恰为最低共 熔混合物的步冷曲线，其形状与纯 物质相似，但它的水平段是三相平 衡。
即 L=A(s)+B(s)
分析2：
相图由一个单相区和三个两相区组成： 即 ①溶液相区；
②纯A(s)和溶液共存的两相区； ③纯B(s)和溶液共存的两相区； ④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区； 水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共 存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和 纯B(s)共存的两相区；o为低共熔点。
实验数据记录
实验日期：
；室温： ℃；气压：
KPa
锡的百 0% 分含量 (纯铅）
20%
40%
61.9%
80% 100%
(低共熔物)
(纯锡)
转折点
(t℃)
水平段
(t℃)
数据处理
1.温度换算（ ℃ 2.作出Pb-Sn相图； 3.与文献值比较。
实验六、二组分合金相图
二组分合金相图一、实验目的1．用热分析法(步冷曲线法)测绘Pb—Sn二组分金属相图。
2．了解固液相图的特点，进一步学习和巩固相律等有关知识。
3．掌握金属相图（步冷曲线）测定仪的基本原理及方法。
二、实验原理1、二组分固-液相图人们常用图形来表示体系的存在状态与组成、温度、压力等因素的关系。
以体系所含物质的组成为自变量，温度为应变量所得到的T-x图是常见的一种相图。
二组分相图已经得到广泛的研究和应用。
固-液相图多应用于冶金、化工等部门。
二组分体系的自由度与相的数目有以下关系：自由度= 组分数–相数+ 2 （1）由于一般的相变均在常压下进行，所以压力P一定，因此以上的关系式变为：自由度= 组分数–相数+ 1 （2）又因为一般物质其固、液两相的摩尔体积相差不大，所以固-液相图受外界压力的影响颇小。
这是它与气-液平衡体系的最大差别。
图1以邻-、对-硝基氯苯为例表示有最低共熔点相图的构成情况：高温区为均匀的液相，下面是三个两相共存区，至于两个互不相溶的固相A、B和液相L三相平衡共存现象则是固-液相图所特有的。
从式（2）可知，压力既已确定，在这三相共存的水平线上，自由度等于零。
3、较为简单的二组分金属相图主要有三种；（1）是液相完全互溶，凝固后，固相也能完全互溶成固熔体的系统，最典型的为Cu—Ni系统；（2）是液相完全互溶而固相完全不互溶的系统，最典型是Bi—Cd系统；（3）是液相完全互溶，而固相是部分互溶的系统，如Pb—Sn系统，本实验研究的系统就是这一种。
在低共熔温度下，Pb在固相Sn中最大溶解度为(质量百分数)。
2、热分析法(步冷曲线法)是绘制相图的基本方法之一。
热分析法是相图绘制工作中常用的一种实验方法。
按一定比例配成均匀的液相体系，让它缓慢冷却。
以体系温度对时间作图，则为步冷曲线。
曲线的转折点表征了某一温度下发生相变的信息。
由体系的组成和相变点的温度作为T-x图上的一个点，众多实验点的合理连接就成了相图上的一些相线，并构成若干相区。
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T/K
600K
L(单相区)
L+Pb(s) 454K Pb(s)+Sn(s) L+Sn(s) 505K
0(Pb)
61.9%
100%(Sn)
Pb—Sn 金属相图
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文献值：
Pb-Sn体系的熔点对照表 体系的熔点对照表: 体系的熔点对照表
Department of Chemistr%
20%
30%
61.9%
80%
100%
锡(g) 铅(g)
0 100
20 80
30 70
61.9 38.1
80 20
100 0
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样品加热：
在样品表面覆盖少许石墨，插 好热电偶，插上电炉插头，开始加热。
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药品仪器
1. 2. 3. 4. 5. 6. 金属相图实验炉 ； 镍铬—镍硅热电偶； 邻苯二甲酸酐（AR）； 石墨； 锡粉（AR），铅粉（AR）； 等等。
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实验步骤
准备样品 (按比例) 取出样品、放 入新样品测试 加石墨覆盖 加热 观察降温情况 及时停止实验 观察升温情况 及时停止加热 温度到最 高点搅拌
温度--时间曲线，即步冷曲线
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转折点：
表示温度随时间的变化率 发生了变化。
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水平段：
表示在水平段内，温度 不随时间而变化。
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温 度
① ②/ ③ ④ a a
⑤ 度
本实验采用热分析法绘制相图， 其基本原理：先将体系加热至熔融成一 均匀液相，然后让体系缓慢冷却，①体 系内不发生相变，则温度--时间曲线均 匀改变；②体系内发生相变，则温度-时间曲线上会出现转折点或水平段。根 据各样品的温度--时间曲线上的转折点 或水平段，就可绘制相图。
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实验数据记录
实验日期： ；室温： ℃；气压： kPa 锡的百 分含量
0% 纯铅） (纯铅）
20%
61.9% 30% 80% 低共熔物) (低共熔物)
100% 纯锡) (纯锡)
转折点 (t℃) 水平段 (t℃)
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数据处理
1.温度换算（℃ Ｋ）； ℃ 2.作出Pb-Sn相图； 3.与文献值比较。
温
B A
b b/
L+A(s)
B A
L
L+B(s) O A(s)+B(s)
c/
时间
(a)步冷曲线
0(A)
B%
100(B)
(b)二元组分凝聚系统相图
热分析法绘制相图
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分析1：
纯物质的步冷曲线如①、⑤ 所示，如①从高温冷却，开始降温 很快，ab线的斜率决定于体系的散 热程度，冷到Ａ的熔点时，固体Ａ 开始析出，体系出现两相平衡（液 相和固相Ａ），此时温度维持不变， 步冷曲线出现水平段，直到其中液 相全部消失，温度才下降。
锡% 熔点温度℃ 熔点温度℃ 最低共熔点温度℃ 最低共熔点温度℃
0
20
40
60
80
100
327 276 240 190 200 232 181 181 181 181
最低共熔混合物组成: 最低共熔混合物组成 含Sn63%
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两种金属的 任何一种都能微 T/K 溶于另一种金属 600K 中，是一个部分 互溶的低共熔体 L(单相区) 系，它用一般的 505K 热分析法只能得 α L+Pb(s) 到一个相当于简 L+Sn(s) 454K β 单的二元低共熔 Pb(s)+Sn(s) 点相图（如本实 验Pb-Sn体系）， 0(Pb) 61.9% 100%(Sn) 测不出来固态晶 形转变点。 真实的Pb—Sn 金属相图 真实的
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曲线③表示其组成恰为最低共熔 混合物的步冷曲线，其形状与纯物质 相似，但它的水平段是三相平衡。 即 L=A(s)+B(s)
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分析2：
相图由一个单相区和三个两相区组 成：即 ①溶液相区； 溶液相区； A(s)和溶液共存的两相区 和溶液共存的两相区； ②纯A(s)和溶液共存的两相区； B(s)和溶液共存的两相区 和溶液共存的两相区； ③纯B(s)和溶液共存的两相区； A(s)和纯B(s)共存的两相区 和纯B(s)共存的两相区； ④纯A(s)和纯B(s)共存的两相区； 水平线段表示：A(s)、B(s)和溶液共 存的三相线；水平线段以下表示纯A(s)和 纯B(s)共存的两相区；O为低共熔点。
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思考题
1.是否可用加热曲线作相图，为什么？ 2.为什么要用步冷曲线作相图？ 3.为什么坩锅中的样品要加盖石墨，并 严防混入杂质？ 4.实验用各样品的总重量为什么要求相 等？若总重量不相等有什么影响？ 5.样品量和冷却速度对实验有何影响？
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实验结果与讨论
⑴结果：实测值为T铅= T锡= T低共熔= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏差的原因： ⑷有何建议与想法？
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注意事项：
1.Pb-Sn混合物的液相必须均匀互溶(达 最高温度时，搅拌样品)； 2.样品的降温速率必须缓慢； 3.操作过程中，要防止样品被氧化及混 入杂质； 4.热电偶要插到玻璃套的底部，以及热 电偶两极不能相碰。
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混合物步冷曲线如②、④所示，如②起 始温度下降很快(如a/b/段)，冷却到b/点时， 开始有固体Ａ析出，这时体系呈两相，因为 液相的成分不断改变，所以其平衡温度也不 断改变。由于凝固热的不断放出，其温度下 降较慢，曲线的斜率较小(b/c/段)。到了低 共熔点c/后，体系出现三相平衡L=A(s)+B (s)，温度不再改变，步冷曲线又出现水平 段，直到液相完全凝固后，温度又开始下降。
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实验原理
相是指体系内部物理性质和化 学性质完全均匀的一部分。 相平衡是指多相体系中组分 在各相中的量不随时间而改变。 研究多相体系的状态如何随 组成、温度、压力等变量的改变而 发生变化，并用图形来表示体系状 态的变化，这种图就叫相图。
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何时停止加热？ 何时停止加热？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%（低共 熔物）三个样品，如果出现转折点， 则停止加热。 含锡20%、含锡30%、含锡80%三个 样品，如果出现转折点，再升高50 ℃ 则停止加热。 后，则停止加热。
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金属相图(Pb-Sn体系)
一、实验目的 三、药品仪器 五、实验记录 二、实验原理 四、实验步骤 六、数据处理
七、结果分析与讨论 八、注意事项 九、思考题
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实验目的
⑴用热分析法测绘Pb-Sn二元金属相图， 并掌握应用步冷曲线数据绘制二元体系 相图的基本方法； ⑵了解步冷曲线及相图中各曲线所代表 的物理意义； ⑶学习并掌握热电偶的使用及校正和自 动平衡记录仪的使用方法。
何时停止实验？ 何时停止实验？
纯Pb、纯Sn、含锡61.9%三个样品，在 作完水平线段后又继续降温，表明样品已 完全凝固，即可停止测量。 含锡20%、含锡30%、含锡80%三个样 品，出现了转折点，并在作完水平线段后 又继续降温，表明样品已完全凝固，即可 停止测量。
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