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]本發(fā)明涉及金屬電化學(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)溶液中通過電極反應(yīng)會發(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，必須通過大量的、重復(fù)性極強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)來對比驗(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。這無疑會消耗較多的人力、物質(zhì)資源和時間，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)過程中，大量重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)同時并行地實(shí)施，并使用多種特定的檢測儀器，表征相關(guān)性質(zhì)并記錄試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)。目前高通量表征應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域是基因測序和醫(yī)療藥物篩選，利用實(shí)驗(yàn)的并行性，并對于多來源的、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)成為一個廣受關(guān)注的課題，但是目前的主要問題在于，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)確性會受到影響。為了推動金屬腐蝕特性高效快速的研究，迫切需要一種操作簡單、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。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問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、信號采集手段單一等問題。
[0007]該裝置包括高通量電解池、金屬電極、電化學(xué)信號采集裝置、圖像信號采集裝置和數(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導(dǎo)線與電化學(xué)信號采集裝置相連，高通量電解池上部通過導(dǎo)線連接參比電極，參比電極再通過導(dǎo)線與電化學(xué)信號采集裝置相連，高通量電解池正上方設(shè)有圖像信號采集裝置，電化學(xué)信號采集裝置和圖像信號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，凹槽液池為一個以上，每個凹槽液池內(nèi)部放置一個金屬電極，高通量電解池中同時放置多種金屬電極或多個同種金屬電極；每個凹槽液池尺寸相同，在凹槽液池底部開孔，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孔一致，且螺桿外側(cè)有外螺紋，螺桿長度大于凹槽液池底板的厚度，金屬電極穿過凹槽液池底部的開孔并延伸至底板外，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。
[0010]電化學(xué)信號采集裝置包括電化學(xué)信號檢測設(shè)備、一組或多組輔助電極、參比電極，所述電化學(xué)信號檢測設(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，將高通量電解池中的每個金屬電極分別接入多通道電化學(xué)設(shè)備的各個通道，同時每個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)測試通道，即可進(jìn)行多組金屬試樣電化學(xué)信號的同步檢測；在采用單通道設(shè)備時，在金屬電極與檢測設(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，這些輸出全部接入多路選擇器，多路選擇器的控制元件會按照事先設(shè)定的時間間隔進(jìn)行循環(huán)，逐次在每個金屬電極與多路選擇器的輸出端之間形成物理導(dǎo)通，以保證每一時刻都有金屬電極的電化學(xué)信號作為多路選擇器的輸出信號，多路選擇器的輸出端接入電化學(xué)信號檢測設(shè)備的工作電極接線端，同時，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的電化學(xué)信號檢測。
[0011]圖像信號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。通過計(jì)算機(jī)軟件，控制相機(jī)的白平衡、曝光時間等參數(shù)，并且按事先設(shè)定的時間間隔定時觸發(fā)拍照，這樣就可以在實(shí)驗(yàn)過程中，自動實(shí)時地完成圖像的采集，以便利用圖像處理算法對腐蝕特性作進(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，即對實(shí)驗(yàn)信號進(jìn)行模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)化、采樣、量化、存儲，以便于對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖、表的形式進(jìn)行可視化分析。對于電化學(xué)信號，這部分工作由電化學(xué)信號采集裝置等采集設(shè)備配合其軟件完成。對于圖像信號，圖像信號采集裝置僅僅完成了原始圖片的存儲，需要進(jìn)一步進(jìn)行圖像處理。
[0013]圖像信號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ǎ瑢D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)個數(shù)和圖像像素點(diǎn)總個數(shù)，得到受腐蝕面積占圖像總面積的比例。并對已腐蝕區(qū)域的像素灰度等級進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對于某個局部腐蝕區(qū)域，可以通過求平均值、加權(quán)等方式來表示腐蝕深度。最后結(jié)合腐蝕面積比例和局部區(qū)域腐蝕深度來確定整個圖像的腐蝕程度。
[0014]本發(fā)明的上述技術(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)行多個試樣同步進(jìn)行反應(yīng)，利用電化學(xué)信號采集裝置和圖像信號采集裝置可以同時實(shí)現(xiàn)電化學(xué)信號和圖像信號的實(shí)時采集。通過所述的實(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。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明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為本發(fā)明的高通量電解池的俯視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明的高通量電解池的側(cè)面剖視圖；
[0019]圖4為本發(fā)明的金屬電極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖5為本發(fā)明的高通量電解池和金屬電極配合的俯視圖；
[0021]圖6為本發(fā)明法高通量電解池和金屬電極配合的側(cè)面剖視圖；
[0022]圖7為本發(fā)明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)信號檢測設(shè)備；5-光罩；6-相機(jī)-J-光源;8_參比電極;9_計(jì)算機(jī)。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、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]本發(fā)明針對現(xiàn)有的金屬腐蝕實(shí)驗(yàn)重復(fù)性高、信號采集手段單一等問題，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)信號采集裝置、圖像信號采集裝置和數(shù)據(jù)處理裝置，其中，金屬電極2安裝在高通量電解池I中，高通量電解池I底部通過導(dǎo)線與電化學(xué)信號采集裝置相連，高通量電解池上部通過導(dǎo)線連接參比電極8，參比電極8再通過導(dǎo)線與電化學(xué)信號采集裝置相連，高通量電解池I正上方設(shè)有圖像信號采集裝置，電化學(xué)信號采集裝置和圖像信號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I為一組凹槽液池陣列組成的反應(yīng)容器，凹槽液池為一個以上，每個凹槽液池內(nèi)部放置一個金屬電極2，高通量電解池I中同時放置多種金屬電極2或多個同種金屬電極2 ;每個凹槽液池尺寸相同，在凹槽液池底部開孔，凹槽液池邊緣高度低于高通量電解池I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2的螺桿部分直