2원계 합금(Pb-sn)의 상변태에 따른 열분석

소개글

2원계 합금(Pb-sn)의 상변태에 따른 열분석에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 실 험 목 적

2. 실 험 이 론

3. 실 험 방 법

4.실 험 결 과

5. 고 찰

6. 참 고 문 헌

본문내용

nspeed= 0.2s의 조건으로 상분석을 했다. XRD분석기는 숙련된 연구자분의 도움으로 상분석 하였다.
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4.실 험 결 과
조 성
wight (g)
Pb
Sn
Pb
Sn
1조
100%
0%
50.00g
0g
90%
10%
44.90g
5.04g
81.7%
18.3%
40.08g
9.10g
2조
70%
30%
35.00g
15.05g
60%
40%
30.00g
20.02g
3조
50%
50%
25.05g
25.07g
38.1%
61.9%
19.08g
30.93g
4조
30%
70%
15.01g
35.00g
26%
74%
13.39g
37.02g
5조
10%
90%
5.06g
45.12g
1.5%
98.5%
0.74g
49.26g
0%
100%
0g
50.16g
1) 조 별 조 성
Pb-Sn의 이상적인 상태도
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2) 조성별 상변태점
Sn 0%에서 즉, Pb 100%에서 약 311˚에서 한 번 상변태를 하였다. 이상적인 값은 327˚인데 오차가 발생 하였다.
Sn 10%에서 약 288˚에서 한 번 상변태 한 후 282˚에서 다시 변태 하고 상온에서 계속 응고 하다가 147˚에서 마지막으로 한 번 더 변태 하였다.
Sn 18.3%에서 276˚에서 상변태를 하였고, 183˚에서 상변태를 했다. 183˚ 상변태점은 정확하게 나타나지 않았지만 자세히 보면 약간의 그래프 변형이 보인다. 이 점이 바로 공정선의 시작점이다.
Sn 30%에서 255˚에서 상변태 하고 182˚에서 상변태 하였다.
Sn 40%에서 213˚와 180˚에서 각각 상변태를 하였다.
Sn 50%에서 220˚와 180˚에서 각각 상변태를 하였다.
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Sn 61.9%에서 184˚에서 상변태를 한다. 이 점이 바로 공정점이며, α철과 β철이 동시에 정출된다.
여기에서의 자세한 설명은 앞으로 있을 상태도를 보며 설명하도록 하겠다.
Sn 70%에서 189˚와 186˚에서 상변태를 한다.
Sn 74%에서 194˚와 187˚에서 상변태를 한다.
Sn 90%에서 213˚와 183˚에서 상변태를 한다.
Sn 98.5%에서 228˚와 184˚에서 상변태를 한다.
이 점은 공전선의 끝나는 부분이다.
Sn 100%에서 227˚에서 상변태를 하고 상온에서 잠열을 방출하며 응고된다. 이상적인 온도는 232˚이나 역시 오차가 발생 하였다.
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3) Pb-sn 상태도
공정 조성인 61.9wt% Sn합금, 공정반응에 관계하는 18.3wt% Sn합금, 74wt% Sn합금, 98.5wt% Sn합금 및 공정반응과 관계가 없는 10wt% Sn합금을 대표로 선택하고 이들에 관해 설명을 하겠다.
아래의 그림은 Pb-Sn상태도에서 변태점과 냉각 곡선의 변태점을 연결한 그림인데 육안으로 확인하기 편하게 상태도와 냉각 곡선을 수정 하였다.
Sn 10wt%
용액 상태에서 냉각하면서 288˚에서 액상에서 α고용체가 정출되기 시작하다가 282˚에서 다시 상변태를 하여 α고용체만이 정출되기 시작한다. 서서히 응고하여 137˚에 이르러 α고용체와 β고용체가 동시에 정출되기 시작하며 일정한 성분비로 응고한다.
Sn 18.3wt%
276˚에서 α고용체가 용액상에서 정출되기 시작하여 183˚에서 상변태 하여 β고용체와 동시에 정출되기 시작한다. 이 조성비에서 이 온도점은 공정선의 시작점이 된다.
Sn 61.9wt%
균일 용액 상태로부터 서서히 냉각하면 184˚에서 2개의 액상선과 동시에 만나므로 공정반응에 의해 융액부터 Sn 18.3wt%에 해당하는 α고용체와 Sn 98.5wt%에 해당하는 β고용체가 동시에 정출하기 시작한다.
Sn 74wt%
균일 용액 상태에서 서서히 응고하여 194˚에서 상변태 해서 용액상에서 β고용체가 정출되기 시작하고, 187˚에서 다시 상변태 해서 β고용체와 α고용체가 동시에 정출되면서 서서히 응고 한다.
Sn 98.5wt%
액상에서 228˚에서부터 액상 속에 β고용체가 정출이 되며, 184˚에 이르러 β고용체와 α고용체가 동시에 정출이 된다.
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이론 Pb-Sn 상태도
실험결과 Pb-Sn 상태도
이론 상태도와 실험결과로 작성한 상태도와는 정확한 실험 준비의 부족으로 공정선이나 Pb100%에서의 변태점이나 Sn100%에서의 변태점 등의 오차를 확인 할 수 있다. 하지만 이론 상태도와 큰 틀은 비슷하게 나왔기 때문에 아주 실패한 실험이라곤 할 수 없고 어느 정도 성공적인 실험이 된 것 같다.
4) XRD 상분석
Sn의 조성비가 작은 시편에서는 Pb에 대한 상이 많이 나오며, 면지수는 거의 비슷하게 조성돼있음을 알 수 있다.
조성비가 비슷한 시편에서 역시 면지수가 거의 동일하게 분포 돼있음을 확인 할 수 있다.
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역시 Pb의 함량이 대략 비슷한 조성의 시편에서 각 금속 상의 면지수가 동일하다 싶이 분석되었다.
Pb의 조성이 대부분을 차지하는 시편에서는 Sn의 면지수는 거의 없으며, Pb의 상에 대한 면지수가 대부분 발견 되었다.
5. 고 찰
아주 흥미로운 실험이었다. 이론적인 상태도나 냉각곡선에 대해서 대략적으로 알고 있었는데 이렇게 직접 시편을 녹이고 온도를 분석해서 냉각곡선과 상태도 눈으로 보고, 직접 그리면서 변태점을 확인을 하는 과정이 이론적인 상식을 더욱 정확하게 알게 된 계기가 되었다.
이번 실험을 하면서 사용한 프로그램인 오리진이나 엑셀 같은 프로그램도 직접 냉각곡선과 상태도를 그리고, XRD분석결과를 그래프로 도출해 내면서 아주 완벽하진 않지만 실험이나 연구에 필요한 분석 결과를 내놓을 수 있는 능력을 가지는데 한 걸음 나아간 것 같아서 기분이 좋다. 처음 오리진이란 프로그램을 사용해야 할 때는 사용법을 몰라서 막막했지만 몇일 동안 밤새면서 공부하여 실험결과를 도출해 내었을 땐 이래서 이러한 실험을 하고 공부를 하는지를 깨닫게 돼었다. 앞으로 이러한 실험을 계속 해봤으면 좋겠다.
6. 참 고 문 헌
제 목
저 자
출 판 사
페 이 지
재료 과학과 공학 4판
고진현 외 9명
사이팅 미디어
271p - 313p
금속 조직학
김문일
보문당
139p - 222p
미래 공학도를 위한 재료과학
이동희 외 4명
교보문고
258p - 282p
재료공학실험
이정일 외 4명
충주대학교
142p - 147p
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키워드

2원계 Pb-sn,   Pb-sn 상변태,   열분석,   XRD분석