납 , 주석 등 이원계합금의 상태도 곡선

소개글

납 , 주석 등 이원계합금의 상태도 곡선에 대한 보고서 자료입니다.

목차

<서론>

<이론>

<실험준비 및 방법>

<실험데이터>

<결과 및 고찰>

<참고자료>

본문내용

전대로부터 계측기까지는 보상도선(KS C 1609)으로 연장하여 사용하고 있다. 모든 도전성을 갖는 금속선은 서로다른 선과 구성하여 열에 의해 모두 열기전력을 발생시킨다. 그러나 실용화 할 수 있는 열전대가 되려면 다음 요건을 갖추어야 한다.
① 온도변화에 따른 열기전력이 클 것.
② 고온 또는 저온에서 사용하여도 열기전력이 안정되고 수명이 길 것.
③ 내열성이 좋고 고온에서도 기계적 강도가 유지되는 것.
④ 내식성이 좋고 화학적 분위기에 대해 강할 것.
⑤ 같은 종류의 열전대 소선에는 그 특성이 균일하여 호환성이 있을 것.
이러한 모든 조건을 완전하게 만족시키는 열전대 재료는 얻기 어려우므로 측정조건에 따라 알맞는 열전대를 선택하여야 한다. 열전대를 만드는 방법은 아주 간단하다. 즉 서로 다른 두가지의 금속선(도전체)으로 그림1.1과 같이 폐회로를 구성하면 된다. 이때 측정 대상체에 접촉한 온접점(Hot Junction)인 Th 이 감지한 온도가 나머지 접점인 기준 접점(Reference Junction)인 Tr과의 온도 차이만큼 열기전력 Ｖ를 발생시킨다. 이것이 열전현상이다.

<그림 1.1 열전대의 원리>
<실험준비 및 방법>
<실험장비(회로도와 사진)>
실험진행
(상태도 상에서 중요한 11개의 성분비를 정해 각자 한 개의 분율에 맞춰 실험하기로 했다. 그중 내가 맞은 성분 분율은 공정점인 Sn 61.9(wt%)이다.)
1. 톱을 이용해 납과 주석을 중량에 맞춰 알맞게 자른다. Pb 와 Sn 을 전자저울을 이용해 Pb 38.1g , Sn 61.9g 으로 만들어서 도가니에 집어넣는다.
2. 수직관상로의 중앙에 도가니를 위치시킨 후 로의 온도를 450도(섭씨)로 높여 도가니안의 납과 주석을 완전히 용융시킨다. 석면장갑을 끼고 유리관을 이용해 잘 저어준다.
3. 유리관 안에 열전대를 집어넣고 열전대의 다른 쪽은 얼음물 0도(섭씨)에 연결하고 두선을 데이터 이력출력기에 연결한다.
4. 데이터 이력출력기를 통해들어오는 데이터값을 10초에 온도체크를 하게 설정한후 로를 off하여 도가니안의 시편을 로냉을 시킨다.
5.데이터 이력출력기와 연결된 컴퓨터의 HP Benchlink data logger 프로그램을 이용해 10초마다 데이터 값을 측정하며 냉각곡선을 그린다.
6. 다른실험자의 데이터를 모아 분율에 따른 냉각곡선을 이용해 상태도를 그린다.
<실험데이터>
<결과 및 고찰>
냉각곡선으로부터 불연속점(냉각잠열에 의한)을 이용해 상태도를 도시 해보았다. 응고가 진행되면서 새로운 상이 석출을 하기 위해서는 새로운 상이 핵생성을 하고 성장하기위한 구동력을 필요로 하게 된다. 이것은 냉각곡선에서 불연속점으로 나타나게 되고 이러한 불연속점(변태점)을 이용해 상태도를 도시할 수 있다. 첫 번째 데이터인 Pb(100wt%)의 냉각곡선에서 불연속점은 314도(섭씨)에서 발생하였다. 하지만 이 냉각곡선은 이상적인 곡선이 아니다.
이론상으로는 순금속인 경우 시간에 따라 냉각속도(냉각곡선의 기울기)가 0 이 되는 구간이 나타나야 하지만 이상으로 냉각속도가 0 이 되지는 않았다.(냉각곡선 참조) 이는 Pb가 100%순수한 금속이 아닌 것으로 사료된다. 시편 제작과정이나 용융과정에서 불순물이 들어갔을 것으로 판단된다. 두 번째 데이터인 Pb(97.5wt%)-Sn(2.5wt%)에서도 이상적인 평형상태도라면 310도(섭씨)에서 상의 석출로 불연속점이 나타나야 하고 50도(섭씨)에서 상의 석출로 다시 한번 더 불연속점이 나타나야 한다. 하지만 실험을 100도(섭씨)에서 부근에서 정지하여 두 번째 불연속점은 얻을 수 없었고 첫 번째 불연속점에서도 온도가 이론적인 것보다 낮게 나왔다. 전체적인 실험 데이타를 볼때 이 데이터는 실험 과정 중에 잘못된 것으로 생각된다. 열전대가 고장났다 던가. 분율을 잘못 맞춘 것으로 사료된다. 이뿐만 아니라 이후의 데이터값 들도 두 번째 불연속점이 잘 나오질 않았다. 이론적인 값과 실제 실험데이타는 약간의 오차가 있는데 전체적으로 온도가 조금 높게 나왔으며, 명확한 불연속점이 나오지 않았다. 이는 실험과정이 상온에 대기중에 이루어진 것으로 수많은 공기중의 불순물이 침투 할수있으며 고온에서 산화될 수도 있기 때문에 발생한 오차로 생각된다. 납과 주석 또한 100%순수한 재료가 아닐수도 있으며, 열전대에서 많은 오차가 나올수도 있다. 100% 순수한 재료로 진공중에 이 실험을 실시하였다면 좀더 이론에 가까운 상태도를 그릴수 있을것 이다. 냉각곡선에서 불연속점을 찾는것또한 주관적일수밖에 없기에 이실험에서 완벽한 이상적인 상태도를 완성하는것은 무리가있다. 냉각곡선도 시간관계상 10초마다 온도변화를 측정할수밖에 없었고 11개의 데이터 포인트로는 좀더 명확하고 확실한 상태도를 그리는데에는 무리가 있을수밖에 없다. 하지만 마지막에 정리한 가상의 이론적인 선을 그려(점선으로 표시)완성시킨 상태도를 보면 이론적으로 발표된 상태도와 거의 비슷한 형태를 가졌다. 두 번째 데이터값 (Pb(97.5wt%)-Sn(2.5wt%))을 제외한다면 거의 유사한 상태도가 될것이다. 마지막 냉각곡선 Sn(100wt%)는 이상적인 곡선가 가장 가까운 데이터로 다시말해 Sn의 순도는 꽤나 높은것 을 알수있다. 또한 이 실험에서 변수로 작용했을것같은 요소는 열전대를 바로 시편에 설치한 것이 아니라 유리관을 이용해 시편의 온도변화를 측정했다는데 있다. 이로인해 유리의 특징인 금속보다 낮은 열전도도가 이 실험에 오차를 주는 요소로 작용했을것 이다. 만약 열전대를 직접시편에 닿게 하였다면 좀더 이상적인 결과가 나왔을것이다. 이러한 데이터값을 확인하는 방법중의 하나는 응고된 시편의 조직을 관찰하는것이다. Pb-Sn의 합금의 조직의 형태로부터 상태도를 확인하는 방법이 있다.
<참고자료>
http://web.edunet4u.net/Users/metallic/learn/leelon/mat/ma102.htm
Phase Transformation in Materials A.K.Jena
재료금속열역학 David R. Gaskell
Binary Alloy Phase Diagram,2nd edition.Vol 3 1990

키워드

상태도,   납,   주석,   이원계합금,   상변태,   phase,   diagram,   자유도