相圖(Phase Diagrams)

相圖也稱為平衡圖(equilibrium diagram)或組合圖(constitution

diagram)，在合金的研究上是一種非常重要的工具。相圖提供有關溶融鑄造 結晶化和其他現象的一些有用訊息。它們定義一合金系統在定壓(大氣壓)情 況下各穩定相的區域。這些圖的座標是溫度(縱座標)和組成(橫座標)。這裡 所稱的〝合金系統〞的意思是指由一組已知成份所形成的所有可能合金。系 統這個字在此的用法不同於熱力學上的定義，熱力學上的系統是指單一隔離 的物質體。一個組成的合金是熱力學系統典型的代表，但一個合金系統是指 所有被考慮的組成。

只有在平衡的情況下合金系統之相、溫度和組成間關係才能由相圖來表 示。這些相圖不能直接應用在非平衡狀態的金屬上。一金屬由高溫淬冷(急 冷)到低溫(例如室溫)，其可能擁有好幾個相或準安定相及組成，這些相有較 多高溫的特徵。此時，由於熱活化使原子運動的結果，此淬冷的試片可能接 近其平衡的低溫態。若是如此，則在試片內相之間關係符合平衡圖。換言之，

在任何已知的溫度下，只有當時間足夠使金屬達到平衡，相圖才能給我們適 當的相間關係。[24]

2.5.1 Au-Cu 二元相圖

Au-Cu 合金相圖如圖 2-6 所示，此系統分為二部分，一為在高溫時 910

℃以上，Au、Cu 形成可完全互溶之液相，另一為在低溫 410℃以下時形成 多種(Au,Cu)金屬間化合物，此等化合物處之合金由高溫徐冷時因化合物之 生成而硬化。

圖 2-6 Au-Cu 二元相圖[25]。

2.5.2 Au-Ag 二元相圖

Au-Ag 合金相圖如圖 2-7 所示，此系統為連續之固溶體，高溫時 960℃

以上，Au、Ag 形成可完全互溶之液相。低溫時 Ag-Au 形成均之固溶體有助 於保持合金之導電性。

圖2-7 Au-Ag 二元相圖[26]。

2.5.3 Au-Ni 二元相圖

Au-Ni 合金相圖如圖 2-8 所示，此系統與 Au-Cu 相似，分為二部分，一 為在810℃以上時為全率固溶，另一為在溫 810℃以下時形成 Au+Ni 金屬間 化合物，此合金稱為white-Gold(白色黃金)。急冷時色美而軟，但徐冷時成 為混合組織，色不美但硬度高，此化合物將影響合金之導電性。

圖2-8 Au-Ni 二元相圖[28]。

2.5.4 Au-Pt 二元相圖

Au-Pt 合金相圖如圖 2-9 所示，此系統在高溫時為全率固溶，Pt 含量低 於15%時在低溫 Au-Pt 形成均之固溶體有助於保持合金之導電性，且 Pt 為 高溫相具有高度安定性，有助於抗沾粘。

圖2-9 Au-Pt 二元相圖[29]。

2.5.5 Cu-Zn 二元相圖

Cu-Zn 合金相圖如圖 2-10 所示，由圖可知含 Zn 量不同而成為 α、β、γ、

δ、ε、η 六種固溶體。Zn 含量低於 38.5%時形成均勻 α 固溶體(FCC 結構)。

有助於保持合金之導電性。

圖2-10 Cu-Zn 二元相圖[30]。

2.5.6 Ag-Cu 二元相圖

Ag-Cu 合金相圖如圖 2-11 所示，由圖可知此系統為一共晶系統，含 8%Ag 對合金可起時效硬化。

圖2-11 Cu-Ag 二元相圖[31]。