一種基于圖像的金屬腐蝕高通量表征實(shí)驗(yàn)裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及金屬電化學(xué)腐蝕技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于圖像的金屬腐蝕高通量表征實(shí)驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬材料在電解質(zhì)溶液中通過(guò)電極反應(yīng)會(huì)發(fā)生電化學(xué)腐蝕，金屬的電化學(xué)腐蝕現(xiàn)象非常普遍，它會(huì)顯著降低金屬材料的強(qiáng)度、塑性、韌性等力學(xué)性能，破壞金屬構(gòu)件的幾何形狀，增加零件間的磨損，縮短設(shè)備的使用壽命，甚至造成火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難性事故。
[0003]根據(jù)金屬自身物理化學(xué)性質(zhì)的不同，腐蝕的形式也不盡相同，包括:點(diǎn)蝕、應(yīng)力腐蝕、均勻腐蝕、磨損腐蝕等。在不同的腐蝕介質(zhì)中，同一種金屬的腐蝕形式也不相同。更重要的是，在真實(shí)服役環(huán)境下，通常是多種金屬組合而成的裝置，腐蝕體系也更加復(fù)雜。因此要研究金屬的腐蝕特性，必須通過(guò)大量的、重復(fù)性極強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)來(lái)對(duì)比驗(yàn)證。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)思路就是枚舉實(shí)驗(yàn)變量、反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終掌握其腐蝕規(guī)律。這無(wú)疑會(huì)消耗較多的人力、物質(zhì)資源和時(shí)間，而且受天氣等外界環(huán)境因素影響大，帶有一定的偶然性。
[0004]高通量實(shí)驗(yàn)及表征是指在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，大量重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)同時(shí)并行地實(shí)施，并使用多種特定的檢測(cè)儀器，表征相關(guān)性質(zhì)并記錄試驗(yàn)過(guò)程的數(shù)據(jù)。目前高通量表征應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是基因測(cè)序和醫(yī)療藥物篩選，利用實(shí)驗(yàn)的并行性，并對(duì)于多來(lái)源的、多種類的反應(yīng)特性進(jìn)行高通量表征可以大幅度減少研究，提高研究效率。
[0005]將高通量的思想和方法應(yīng)用到材料腐蝕領(lǐng)域已經(jīng)成為一個(gè)廣受關(guān)注的課題，但是目前的主要問(wèn)題在于，高通量的金屬腐蝕研究缺乏通用方法和既有標(biāo)準(zhǔn)。在利用高通量思想和方法究金屬腐蝕的過(guò)程中，如果不能控制有效的環(huán)境因素干擾，則高通量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性會(huì)受到影響。為了推動(dòng)金屬腐蝕特性高效快速的研究，迫切需要一種操作簡(jiǎn)單、成本低廉、高密度、準(zhǔn)確的高通量實(shí)驗(yàn)裝置和方法，為普通實(shí)驗(yàn)室的高通量實(shí)驗(yàn)提供技術(shù)支持。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于圖像的金屬腐蝕高通量表征實(shí)驗(yàn)裝置，從而解決傳統(tǒng)金屬腐蝕實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高、信號(hào)采集手段單一等問(wèn)題。
[0007]該裝置包括高通量電解池、金屬電極、電化學(xué)信號(hào)采集裝置、圖像信號(hào)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，其中，金屬電極安裝在高通量電解池中，高通量電解池底部通過(guò)導(dǎo)線與電化學(xué)信號(hào)采集裝置相連，高通量電解池上部通過(guò)導(dǎo)線連接參比電極，參比電極再通過(guò)導(dǎo)線與電化學(xué)信號(hào)采集裝置相連，高通量電解池正上方設(shè)有圖像信號(hào)采集裝置，電化學(xué)信號(hào)采集裝置和圖像信號(hào)采集裝置采集到的數(shù)據(jù)最終都傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行處理。
[0008]其中，高通量電解池為一組凹槽液池陣列組成的反應(yīng)容器，凹槽液池為一個(gè)以上，每個(gè)凹槽液池內(nèi)部放置一個(gè)金屬電極，高通量電解池中同時(shí)放置多種金屬電極或多個(gè)同種金屬電極；每個(gè)凹槽液池尺寸相同，在凹槽液池底部開(kāi)孔，凹槽液池邊緣高度低于高通量電解池周邊高度。
[0009]金屬電極為螺栓狀，是與溶液反應(yīng)的金屬材料，螺栓狀金屬電極的螺桿部分直徑與凹槽液池底部開(kāi)孔一致，且螺桿外側(cè)有外螺紋，螺桿長(zhǎng)度大于凹槽液池底板的厚度，金屬電極穿過(guò)凹槽液池底部的開(kāi)孔并延伸至底板外，用螺母固定金屬電極，金屬電極與凹槽液池底部接觸處用封膠密封，金屬電極的螺桿末端接一條導(dǎo)線，輸出電化學(xué)信號(hào)。
[0010]電化學(xué)信號(hào)采集裝置包括電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備、一組或多組輔助電極、參比電極，所述電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備使用多通道電化學(xué)設(shè)備，或使用單通道設(shè)備配合多路選擇器。在采用多通道電化學(xué)設(shè)備時(shí)，將高通量電解池中的每個(gè)金屬電極分別接入多通道電化學(xué)設(shè)備的各個(gè)通道，同時(shí)每個(gè)金屬電極分別配備的一組參比電極和輔助電極也接入相同的電化學(xué)測(cè)試通道，即可進(jìn)行多組金屬試樣電化學(xué)信號(hào)的同步檢測(cè)；在采用單通道設(shè)備時(shí)，在金屬電極與檢測(cè)設(shè)備間需要多路選擇器進(jìn)行選擇與導(dǎo)通，其中多組金屬電極作為工作電極，產(chǎn)生多路輸出信號(hào)，這些輸出全部接入多路選擇器，多路選擇器的控制元件會(huì)按照事先設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行循環(huán)，逐次在每個(gè)金屬電極與多路選擇器的輸出端之間形成物理導(dǎo)通，以保證每一時(shí)刻都有金屬電極的電化學(xué)信號(hào)作為多路選擇器的輸出信號(hào)，多路選擇器的輸出端接入電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備的工作電極接線端，同時(shí)，采用一組或多組參比電極結(jié)合輔助電極，形成三電極體系或二電極體系，最后完成多路電極信號(hào)的電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)。
[0011]圖像信號(hào)采集裝置包括擋光罩、相機(jī)、光源，其中，光源為環(huán)形光源，位于相機(jī)正下方且不干擾取景范圍，高通量電解池、相機(jī)及光源位于擋光罩下方。通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件，控制相機(jī)的白平衡、曝光時(shí)間等參數(shù)，并且按事先設(shè)定的時(shí)間間隔定時(shí)觸發(fā)拍照，這樣就可以在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，自動(dòng)實(shí)時(shí)地完成圖像的采集，以便利用圖像處理算法對(duì)腐蝕特性作進(jìn)一步研究。
[0012]數(shù)據(jù)處理裝置主要指的是數(shù)據(jù)的前期處理，即對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化、采樣、量化、存儲(chǔ)，以便于對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖、表的形式進(jìn)行可視化分析。對(duì)于電化學(xué)信號(hào)，這部分工作由電化學(xué)信號(hào)采集裝置等采集設(shè)備配合其軟件完成。對(duì)于圖像信號(hào)，圖像信號(hào)采集裝置僅僅完成了原始圖片的存儲(chǔ)，需要進(jìn)一步進(jìn)行圖像處理。
[0013]圖像信號(hào)采集裝置獲取的圖像可以轉(zhuǎn)化為灰度圖像及二值圖像?；陂撝捣指钏惴?，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，將灰度圖像分為已腐蝕區(qū)域和為腐蝕區(qū)域。統(tǒng)計(jì)已腐蝕區(qū)域的像素點(diǎn)個(gè)數(shù)和圖像像素點(diǎn)總個(gè)數(shù)，得到受腐蝕面積占圖像總面積的比例。并對(duì)已腐蝕區(qū)域的像素灰度等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)于某個(gè)局部腐蝕區(qū)域，可以通過(guò)求平均值、加權(quán)等方式來(lái)表示腐蝕深度。最后結(jié)合腐蝕面積比例和局部區(qū)域腐蝕深度來(lái)確定整個(gè)圖像的腐蝕程度。
[0014]本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案的有益效果如下:
[0015]利用高通量電解池和螺栓型金屬電極進(jìn)行多個(gè)試樣同步進(jìn)行反應(yīng)，利用電化學(xué)信號(hào)采集裝置和圖像信號(hào)采集裝置可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)電化學(xué)信號(hào)和圖像信號(hào)的實(shí)時(shí)采集。通過(guò)所述的實(shí)驗(yàn)裝置和方法，可以減少重復(fù)性實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的相關(guān)性，最終提高金屬腐蝕實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的基于圖像的金屬腐蝕高通量表征實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型的高通量電解池的俯視圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型的高通量電解池的側(cè)面剖視圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型的金屬電極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本實(shí)用新型的高通量電解池和金屬電極配合的俯視圖；
[0021]圖6為本實(shí)用新型法高通量電解池和金屬電極配合的側(cè)面剖視圖；
[0022]圖7為本實(shí)用新型的參比電極工作示意圖。
[0023]其中:1-高通量電解池；2_金屬電極；3_多路選擇器；4_電化學(xué)信號(hào)檢測(cè)設(shè)備；5-光罩；6-相機(jī);7_光源;8_參比電極;9_計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0025]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有的金屬腐蝕實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高、信號(hào)采集手段單一等問(wèn)題，提供一種基于圖像的金屬腐蝕高通量表征實(shí)驗(yàn)裝置。
[0026]如圖1、圖7所示，該裝置包括高通量電解池1、金屬電極2、電化學(xué)信號(hào)采集裝置、圖像信號(hào)采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，其中，金屬電極2安裝在高通量電解池1中，高通量電解池1底部通過(guò)導(dǎo)線與電化學(xué)信號(hào)采集裝置相連，高通量電解池上部通過(guò)導(dǎo)線連接參比電極8，參比電極8再通過(guò)導(dǎo)線與電化學(xué)信號(hào)采集裝置相連，高通量電解池1正上方設(shè)有圖像信號(hào)采集裝置，電化學(xué)信號(hào)采集裝置和圖像信號(hào)采集裝置采集到的數(shù)據(jù)最終都傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理裝置進(jìn)行處理。
[0027]如圖2、圖3所示，高通量電解池1為一組凹槽液池陣列組成的反應(yīng)容器，凹槽液池為一個(gè)以上，每個(gè)凹槽液池內(nèi)部放置一個(gè)金屬電極2，高通量電解池1中同時(shí)放置多種金屬電極2或多個(gè)同種金屬電極2 ;每個(gè)凹槽液池尺寸相同，在凹槽液池底部開(kāi)孔，凹槽液池邊緣高度低于高通量電解池1周邊高度。
[0028]如圖4、圖5、圖6所示，金屬電極2為螺栓狀，是與溶液反應(yīng)的金屬材料，螺栓狀金屬電極