CN108982344B - 电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台及方法，平台包括隔振平台，隔振平台上设有三维电动滑台，三维电动滑台的三个步进电机均连接一三通道步进电机控制器，三通道步进电机控制器与计算机电连接；三维电动滑台的顶部通过万向显微镜支架连接有显微镜，显微镜的物镜朝下，显微镜的目镜连接有相机，相机与计算机电连接。方法为利用上述的平台通过计算机控制三维电动滑台动作，带动显微镜沿X轴和/或Y轴移动，扫描金属试片上不同区域的显微腐蚀形貌。本发明通过三维电动滑台精确调节带有相机的显微镜位置，达到对实验用的金属试片在发生电化学腐蚀时的不同位置腐蚀形貌进行自动采集的目的。

Description

电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台及方法

技术领域

本发明涉及电化学腐蚀实验设备技术领域，特别是涉及一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台及方法。

背景技术

电化学腐蚀是金属构件发生腐蚀破坏的主要形式，研究金属发生电化学腐蚀时的腐蚀形貌发展规律是分析腐蚀机理一个重要途径，是制定合理的腐蚀防护措施的重要依据。杂散电流是造成埋地金属构件腐蚀的一个重要因素，通过可视化方法研究金属在杂散电流作用下的腐蚀形貌演化规律可揭示出众多的腐蚀信息，是分析腐蚀机理一个重要途径。

表观检查是一种重要的借助图像分析腐蚀形貌的方法，其中，可通过实时原位观测技术对腐蚀过程进行观察记录，确定出材料表面腐蚀产物的颜色、形态及分布随时间的变化，为研究腐蚀发生和发展情况提供基础。对金属样品进行杂散电流腐蚀形貌观察实验时，需要将样品置于透明腐蚀性介质中，并外接干扰电源施加一定强度的干扰电流，一般金属样品接电源一极，辅助电极接电源另一极，同时，为了采用显微镜观察到金属样品表面的腐蚀情况，要求金属样品表面与显微镜头相对。

目前通过腐蚀实时原位观测技术研究腐蚀的一般的步骤为：(1)手动调节显微镜位置使镜头对准腐蚀试片；(2)通过录像或手动定时拍摄腐蚀过程图像。现有的腐蚀实时原位观测技术只能定点观测某一腐蚀区域，但在一定观测倍数下，相机能够捕捉到视野范围会变窄，导致观测到腐蚀区域只为整个腐蚀试片的一小部分，只能通过手动调节相机位置后再观察其他位置的腐蚀情况，大大降低了腐蚀图像的采集效率，导致该技术的实时性变差。

发明内容

本发明的目的是提供一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台及方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过三维电动滑台精确调节带有相机的显微镜位置，达到对实验用的金属试片在发生电化学腐蚀时的不同位置腐蚀形貌进行自动采集的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台，包括隔振平台，所述隔振平台上设有三维电动滑台，所述三维电动滑台的三个步进电机均连接一三通道步进电机控制器，所述三通道步进电机控制器与计算机电连接；所述三维电动滑台的顶部通过万向显微镜支架连接有显微镜，所述显微镜的物镜朝下，所述显微镜的目镜连接有相机，所述相机与所述计算机电连接。

优选地，所述三维电动滑台包括从下至上依次设置的X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台，所述万向显微镜支架设置在所述Z轴滑台上。

优选地，所述万向显微镜支架的一侧连接有一激光定位器，所述激光定位器发射出的激光能够照射到进行电化学腐蚀实验的金属试片上，形成激光标记点。

优选地，所述三维电动滑台的顶部设有若干个光源，所述光源朝下设置。

优选地，所述三通道步进电机控制器和所述相机分别通过一USB接口与所述计算机电连接。

优选地，所述隔振平台上设有杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置，所述杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置包括容器、电极支架、样品固定架、辅助电极和杂散电流干扰电源，所述电极支架设置于所述容器中且能够从所述容器中取出，所述样品固定架与所述电极支架可拆卸连接，所述样品固定架用于固定金属试片，所述电极支架上相对于所述金属试片对称设有至少两个所述辅助电极，所述辅助电极和所述金属试片分别连接所述杂散电流干扰电源的一极，所述容器中盛装有透明腐蚀介质，所述电极支架上开设有观察孔，所述显微镜的物镜透过所述观察孔能够观察到所述金属试片。

优选地，所述电极支架包括上盖板、立柱和下盖板，所述上盖板通过所述立柱与所述下盖板连接，所述样品固定架与所述下盖板可拆卸连接，所述辅助电极与所述上盖板可拆卸连接，所述观察孔开设在所述上盖板上。

本发明还提供了一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集方法，包括以下步骤：

S1：将杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置组装好并放置在隔振平台上；

S2：调节万向显微镜支架的角度使显微镜大致对准金属试片方向；

S3：打开激光定位器，通过计算机调节三维电动滑台，借助激光标记点使显微镜的物镜正对金属试片的上的目标点，同时在计算机屏幕上清晰成像；

S4：关闭激光定位器，打开光源；

S5：通过计算机设置扫描参数、相机捕捉时间间隔、捕捉时长，并设置好电化学腐蚀实验参数，打开杂散电流干扰电源，同时开始采集图像；

S6：通过计算机控制三维电动滑台动作，带动显微镜沿X轴和/或Y轴移动，扫描金属试片上不同区域的显微腐蚀形貌。

优选地，通过计算机控制三维电动滑台动作，使显微镜进行手动扫描、坐标点扫描和/或序列扫描。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的三维电动滑台能够精确调节带有相机的显微镜位置，使得相机能够通过扫描的方式对电化学腐蚀发展过程原位图像进行采集，而显微镜通过万向显微镜支架固定到三维电动滑台上，可实现任意角度方向采集。本发明中三维电动滑台带动显微镜移动，并通过隔振平台与杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置隔离，减少了三维电动滑台移动对电化学腐蚀实验过程的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台的结构示意图；

图2为本发明中杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置的结构示意图；

其中：1-计算机，2-三通道步进电机控制器，3-隔振平台，4-X轴滑台，5-Y轴滑台，6-Z轴滑台，7-光源，8-激光定位器，9-万向显微镜支架，10-显微镜，11-相机，12-容器，13-样品固定架，14-辅助电极，15-杂散电流干扰电源，16-金属试片，17-透明腐蚀介质，18-观察孔，19-上盖板，20-立柱，21-下盖板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台及方法，以解决上述现有技术存在的问题，通过三维电动滑台精确调节带有相机的显微镜位置，达到对实验用的金属试片在发生电化学腐蚀时的不同位置腐蚀形貌进行自动采集的目的。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1-图2所示：本实施例提供了一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台，包括隔振平台3，隔振平台3上设有三维电动滑台，三维电动滑台包括从下至上依次设置的X轴滑台4、Y轴滑台5和Z轴滑台6，可以理解的是，X轴滑台4、Y轴滑台5和Z轴滑台6均包括导轨、滚珠丝杠机构和滑台，步进电机与滚珠丝杠机构连接，滑台滑动设置在导轨上且与滚珠丝杠机构的移动部件连接。Y轴滑台5整体设置在X轴滑台4的滑台上，Z轴滑台6整体设置在Y轴滑台5的滑台上。三维电动滑台的三个步进电机均连接一三通道步进电机控制器2，三通道步进电机控制器2与计算机1电连接。三维电动滑台的顶部通过万向显微镜支架9连接有显微镜10，万向显微镜支架9可实现任意角度方向腐蚀形貌的采集，配合三维电动滑台还可提高可观测的区域。具体地，万向显微镜支架9设置在Z轴滑台6的滑台上，显微镜10的物镜朝下，显微镜10的目镜连接有相机11，相机11与计算机1电连接，三通道步进电机控制器2和相机11分别通过一USB接口与计算机1电连接。计算机1通过三通道步进电机控制器2能够分别控制X轴滑台4、Y轴滑台5和Z轴滑台6的滑台移动，计算机1通过相机11能够获得并显示出显微镜10目镜中的图像。万向显微镜支架9的一侧还可连接有一激光定位器8，激光定位器8发射出的激光能够照射到进行电化学腐蚀实验的金属试片16上，形成激光标记点，用于辅助显微镜10的视野选择。三维电动滑台顶部的Z轴滑台6上还可设有若干个光源7，光源7朝下设置，用于给金属试片16补光。

隔振平台3上在进行实验时放置有杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置，利用隔振平台3以减少三维电动滑台移动对电化学腐蚀实验过程的影响。杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置包括容器12、电极支架、样品固定架13、辅助电极14和杂散电流干扰电源15，电极支架设置于容器12中且能够从容器12中取出，样品固定架13与电极支架可拆卸连接，样品固定架13用于固定金属试片16，电极支架上相对于金属试片16对称设有至少两个辅助电极14，辅助电极14和金属试片16分别连接杂散电流干扰电源15的一极，容器12中盛装有透明腐蚀介质17，电极支架上开设有观察孔18，显微镜10的物镜透过观察孔18能够观察到金属试片16。

具体地，电极支架包括上盖板19、立柱20和下盖板21，上盖板19通过立柱20与下盖板21连接，样品固定架13与下盖板21可拆卸连接，辅助电极14与上盖板19可拆卸连接，观察孔18开设在上盖板19上。

本实施例还提供了一种电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置组装好并放置在隔振平台3上；

S2：调节万向显微镜支架9的角度使显微镜10大致对准金属试片16方向；

S3：打开激光定位器8，通过计算机1调节三维电动滑台，借助激光标记点使显微镜10的物镜正对金属试片16的上的目标点，同时在计算机1屏幕上清晰成像；

S4：关闭激光定位器8，打开光源7；

S5：通过计算机1设置扫描参数、相机11捕捉时间间隔、捕捉时长，并设置好电化学腐蚀实验参数，打开杂散电流干扰电源15，同时开始采集图像；

S6：通过计算机1控制三维电动滑台动作，带动显微镜10沿X轴和/或Y轴移动，使显微镜10可进行手动扫描、坐标点扫描和序列扫描中的一种或多种的组合，以扫描金属试片16上不同区域的显微腐蚀形貌。

本实施例解决了通过显微视觉技术研究电化学腐蚀过程时只能观察到某一小视野的难题。在一次实验过程中可自动获得高放大倍数下金属试片上不同位置的显微腐蚀形貌，扩大了观察的视野范围，为电化学腐蚀机理研究提供了更多的研究数据。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台，其特征在于：包括隔振平台，所述隔振平台上设有三维电动滑台，所述三维电动滑台的三个步进电机均连接一三通道步进电机控制器，所述三通道步进电机控制器与计算机电连接；所述三维电动滑台的顶部通过万向显微镜支架连接有显微镜，所述显微镜的物镜朝下，所述显微镜的目镜连接有相机，所述相机与所述计算机电连接；

所述隔振平台上设有杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置，所述杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置包括容器、电极支架、样品固定架、辅助电极和杂散电流干扰电源，所述电极支架设置于所述容器中且能够从所述容器中取出，所述样品固定架与所述电极支架可拆卸连接，所述样品固定架用于固定金属试片，所述电极支架上相对于所述金属试片对称设有至少两个所述辅助电极，所述辅助电极和所述金属试片分别连接所述杂散电流干扰电源的一极，所述容器中盛装有透明腐蚀介质，所述电极支架上开设有观察孔，所述显微镜的物镜透过所述观察孔能够观察到所述金属试片；

所述电极支架包括上盖板、立柱和下盖板，所述上盖板通过所述立柱与所述下盖板连接，所述样品固定架与所述下盖板可拆卸连接，所述辅助电极与所述上盖板可拆卸连接，所述观察孔开设在所述上盖板上；

所述万向显微镜支架的一侧连接有一激光定位器，所述激光定位器发射出的激光能够照射到进行电化学腐蚀实验的金属试片上，形成激光标记点；

所述三维电动滑台包括从下至上依次设置的X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑台，所述万向显微镜支架设置在所述Z轴滑台上。

2.根据权利要求1所述的电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台，其特征在于：所述三维电动滑台的顶部设有若干个光源，所述光源朝下设置。

3.根据权利要求1所述的电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台，其特征在于：所述三通道步进电机控制器和所述相机分别通过一USB接口与所述计算机电连接。

4.电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集方法，其特征在于，使用权利要求1~3中任一项所述的电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集平台，包括以下步骤：

S1：将杂散电流腐蚀形貌原位观察实验装置组装好并放置在隔振平台上；

S2：调节万向显微镜支架的角度使显微镜对准金属试片方向；

S3：打开激光定位器，通过计算机调节三维电动滑台，借助激光标记点使显微镜的物镜正对金属试片的上的目标点，同时在计算机屏幕上清晰成像；

S4：关闭激光定位器，打开光源；

S5：通过计算机设置扫描参数、相机捕捉时间间隔、捕捉时长，并设置好电化学腐蚀实验参数，打开杂散电流干扰电源，同时开始采集图像；

S6：通过计算机控制三维电动滑台动作，带动显微镜沿X轴和/或Y轴移动，扫描金属试片上不同区域的显微腐蚀形貌。

5.根据权利要求4所述的电化学腐蚀发展过程原位显微图像扫描采集方法，其特征在于：通过计算机控制三维电动滑台动作，使显微镜进行坐标点扫描和/或序列扫描。

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