CN113188989B - 一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料腐蚀研究技术领域，特别是涉及一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法，包括密封壳体、与所述密封壳体内部连接的电磁组件、与所述密封壳体内部连通的循环盐雾组件、与所述密封壳体内部连通的空气预制组件、与所述密封壳体相通连接的冷凝水循环器，所述密封壳体固定连接有监控组件；所述密封壳体固定连接有电加热板，所述密封壳体内壁固定连接有电极，所述密封壳体内壁固定连接有检测组件，所述密封壳体一侧固定连接有控制器，所述电磁组件、所述循环盐雾组件、所述空气预制组件、所述冷凝水循环器、所述电极、所述检测组件与所述控制器电性连接。本发明可以达到为实验装置提供精确的磁场以及微生物生长环境的效果。

Description

一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法

技术领域

本发明涉及材料腐蚀研究技术领域，特别是涉及一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法。

背景技术

目前微电子元器件已经成为人工智能，机器人技术和5G等高科技系统的不可替代的基础。微电子元器件经过不断开发，以实现高度集成，高精度和多层次的特性。但是，由于它们对腐蚀的敏感性，即使是很小的损坏也可能导致故障。磁场的存在对金属腐蚀过程有重要影响，通常会在此过程中加速离子迁移并促进金属腐蚀溶解过程。磁场的影响主要体现在对离子具有洛伦兹力，导致其运动发生偏转而引起电极表面的扰动，影响金属的溶解行为。而电子组件常在电磁场环境中工作，因此电子元件将受到多种环境因素的协同影响。

盐雾试验是模拟实际环境研究金属腐蚀行为的有力手段，通过对温度、湿度、盐浓度和pH值的明确设定研究材料的抗腐蚀性能，因此开展磁场载荷下金属在模拟大气环境下的腐蚀行为对于研究磁场载荷下的电子材料及其他工程材料的腐蚀规律具有重要意义。申请号为201910688064.8的发明专利公开了一种电磁盐雾腐蚀装置及金属试样腐蚀方法，具体公开了包括箱体，以及位于箱体内的盐水雾化装置、管道、温度传感器、电极、线圈及铜板，位于箱体外的溶液箱、电流发生装置、磁场发生装置、空气压缩机及智能控制系统。所述电流发生装置通过电极与试样相连，电流可以为直流、交流或者脉冲电流。所述磁场发生装置通过线圈作用于实验试样，磁场可以为静磁场或者时变磁场。虽然该方案在盐雾腐蚀装置的基础上加入了可变磁场，但是缺少对样品表面磁通量检测的装置，无法判断施加在样品表面磁场强度的大小，影响了实验的准确性。

除了环境对材料的腐蚀作用外，微生物对材料的腐蚀影响同样不容忽视。由微生物生命活动引起或促进材料的腐蚀破坏统称为微生物腐蚀。处于潮湿气氛中的电子设备是微生物滋生的温床。当细菌或真菌生长在电子元器件上时，会使电子元器件中的高分子材料发生降解，同时其繁殖代谢过程中产生的酶和有机酸将造成元器件中金属材料的腐蚀破坏。此外，一些真菌的菌丝体和细菌的生物膜可导电，极易造成电子元器件之间发生电流泄漏和短路，进而损坏设备，造成严重损失。因此，微生物在电子元器件上生长会直接或间接地损害电子设备。现有技术中缺少将微生物腐蚀、电磁、温湿度等影响因素相结合的实验装置，来研究电子材料及其他工程材料的腐蚀规律。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法，以解决上述问题，达到为实验装置提供精确的磁场以及微生物生长环境的效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法，包括密封壳体、与所述密封壳体内部底面可拆卸连接的电磁组件、与所述密封壳体内部连通的循环盐雾组件、与所述密封壳体内部连通的空气预制组件、与所述密封壳体相通连接的冷凝水循环器，所述密封壳体上方固定连接有监控组件；所述密封壳体下方固定连接有电加热板，所述密封壳体内壁固定连接有电极，所述密封壳体内壁固定连接有检测组件，所述密封壳体一侧固定连接有控制器，所述电磁组件、所述循环盐雾组件、所述空气预制组件、所述冷凝水循环器、所述电加热板、所述电极、所述检测组件与所述控制器电性连接；所述电磁组件、所述循环盐雾组件、所述空气预制组件、所述冷凝水循环器、所述电加热板、所述电极、所述检测组件电性连接有电源，电源为现有技术，再此不做赘述。

所述电磁组件包括与所述密封壳体可拆卸连接的底座，所述底座上方固定连接有电木，所述电木内部开设有竖向盲孔，所述盲孔内壁设有螺线管，所述螺线管外径与所述盲孔直径相匹配，所述盲孔内壁固定连接有载物台，所述载物台内部固定连接有高斯计，所述载物台位于所述监控组件正下方。

优选的，所述空气预制组件包括设置在所述密封壳体内部的第二风机，所述第二风机连通有管道，所述管道穿过所述密封壳体，所述管道远离所述第二风机一端连通有空气净化装置，所述管道位于所述密封壳体外侧部分设有气阀，所述空气净化装置远离所述管道一端连通有第一风机。

优选的，所述密封壳体内部设有冷却水通道，所述冷却水通道与所述冷凝水循环器相连通。

优选的，所述监控组件包括长焦镜头，所述长焦镜头固定连接在所述密封壳体内壁顶部，所述长焦镜头下方正对所述载物台，所述长焦镜头电性连接有计算机。

优选的，所述检测组件包括温度传感器和湿度传感器，所述温度传感器和所述湿度传感器位于所述密封壳体内部，所述湿度传感器与所述控制器电性连接。

优选的，所述电木外形为立方体结构，所述载物台为圆饼状结构。

一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置的使用方法，包括以下步骤，

步骤一，试验样品的准备，将样品制备成要求尺寸、形状的试样，根据试验需要确定是否在样品表面接种待腐蚀研究的微生物；

步骤二，开启检测组件，将试样固定在所述载物台上，对于需要通电的试样，通过所述电极为试样通电，并施加磁场；

步骤三，通过所述控制器控制所述循环盐雾组件、所述空气预制组件、所述电加热板和所述冷凝水循环器在所述密封壳体中模拟试验所需的腐蚀环境；

步骤四，根据试验条件，切换所述密封壳体内的腐蚀环境；

步骤五，根据试验条件，改变所述电磁组件内的磁场；

步骤六，连续运行试验240-480小时，期间记录试验数据；

步骤七，关闭检测组件，观察试验后所述电木是否破损或产生裂纹，若所述电木破损或产生裂纹，将受损所述电木卸下，更换上完好所述电木。

优选的，所述步骤二中通过所述控制器控制所述电磁组件施加不同大小、方向的直流电或者脉冲电流，用于磁场的发生。

优选的，所述步骤四中通过所述控制器控制所述电磁组件、所述循环盐雾组件、所述空气预制组件、所述冷凝水循环器、所述电加热板、所述电极的调节，以此来切换所述密封壳体内的腐蚀环境。

优选的，所述步骤五中通过所述控制器控制通入所述螺线管内部直流源或脉冲电流的大小，来改变所述电磁组件内的磁场。

本发明具有如下技术效果：密封壳体为本实验装置提供密闭的环境，防止密封壳体内部的气体泄露。电磁组件可以提供实验所需的磁场。循环盐雾组件向密封壳体内部稳定输送盐雾。空气预制组件用于密封壳体内部的空气循环，并净化空气中的污染物。冷凝水循环器用于整个实验装置的降温。监控组件用于观测样品表面腐蚀状态的变化。电加热板可以为整个实验装置提供具有一定温度适应不同微生物生长的环境。电极用于给需要通电试样提供电流。检测组件用于检测密封壳体内部的温度和湿度。控制器用于协调控制电磁组件、循环盐雾组件、空气预制组件、冷凝水循环器、电极、检测组件，根据实验需要控制整体腐蚀环境模拟工况试验研究。向螺线管内部通入不同大小的直流源或脉冲电流，使螺线管产生不同大小、方向的磁场，载物台内部的高斯计用于检测磁场强度的大小，配合控制器的调节作用，实现磁场的精确控制。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明结构示意图。

其中，1、密封壳体；2、循环盐雾组件；3、空气预制组件；4、冷凝水循环器；5、计算机；6、长焦镜头；7、电木；8、载物台；9、高斯计；10、底座；11、电加热板；12、温度传感器；13、湿度传感器；14、第一风机；15、气阀；16、电极；17、第二风机；18、控制器；20、空气净化装置；21、激光发射器。

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做出创造性劳动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。

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。

实施例一：参照图1，本实施例提供一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置及方法，包括密封壳体1、与密封壳体1内部底面可拆卸连接的电磁组件、与密封壳体1内部连通的循环盐雾组件2、与密封壳体1内部连通的空气预制组件3、与密封壳体1相通连接的冷凝水循环器4，密封壳体1上方固定连接有监控组件；密封壳体1下方固定连接有电加热板11，密封壳体1内壁固定连接有电极16，密封壳体1内壁固定连接有检测组件，密封壳体1一侧固定连接有控制器18，电磁组件、循环盐雾组件2、空气预制组件3、冷凝水循环器4、电加热板11、电极16、检测组件与控制器18电性连接；

电磁组件包括与密封壳体1可拆卸连接的底座10，底座10上方固定连接有电木7，电木7内部开设有竖向盲孔，盲孔内壁设有螺线管，螺线管外径与盲孔直径相匹配，盲孔内壁固定连接有载物台8，载物台8内部固定连接有高斯计9，载物台8位于监控组件正下方。密封壳体1为本实验装置提供密闭的环境，防止密封壳体1内部的气体泄露。电磁组件可以提供实验所需的磁场。循环盐雾组件2向密封壳体1内部稳定输送盐雾。空气预制组件3用于密封壳体1内部的空气循环，并净化空气中的污染物。冷凝水循环器4用于整个实验装置的降温。监控组件用于观测样品表面腐蚀状态的变化。电加热板11可以为整个实验装置提供具有一定温度适应不同微生物生长的环境。电极16用于给需要通电试样提供电流。检测组件用于检测密封壳体1内部的温度和湿度。控制器18用于协调控制电磁组件、循环盐雾组件2、空气预制组件3、冷凝水循环器4、电极16、检测组件，根据实验需要控制整体腐蚀环境模拟工况试验研究。向螺线管内部通入不同大小的直流源或脉冲电流，使螺线管产生不同大小、方向的磁场，载物台8内部的高斯计9用于检测磁场强度的大小，配合控制器18的调节作用，实现磁场的精确控制，螺线管型号可以选用DZSQ-300型。

进一步优化方案，空气预制组件3包括设置在密封壳体1内部的第二风机17，第二风机17连通有管道，管道穿过密封壳体1，管道远离第二风机17一端连通有空气净化装置20，管道位于密封壳体1外侧部分设有气阀15，空气净化装置20远离管道一端连通有第一风机14。空气预制组件3可以在实验开始之前为密封壳体1内部提供净化后的环境空气，在实验完毕后将密封壳体1内部的废气抽出并净化，控制器18控制气阀15开启，同时第一风机14和第二风机17正转使实验装置外部经由空气净化装置20的空气通入实验装置内；相反的控制器18控制第一风机14和第二风机17反转将实验装置内的废气经过空气净化装置20排出至室外。

进一步优化方案，密封壳体1内部设有冷却水通道，冷却水通道与冷凝水循环器4相连通。当实验温度需要低于环境温度时，开启冷凝水循环器为整体实验装置降温，同时冷却装置可以在实验装置温度过高时为整体实验装置降温，避免实验装置内部温度过高造成零部件的损坏。

进一步优化方案，监控组件包括长焦镜头6，长焦镜头6固定连接在密封壳体1内壁顶部，长焦镜头6下方正对载物台8，长焦镜头6电性连接有计算机5。通过长焦镜头6原位观测样品表面腐蚀状态的变化，并将图像储存至计算机5中。

进一步优化方案，检测组件包括温度传感器12和湿度传感器13，温度传感器12和湿度传感器13位于密封壳体1内部，湿度传感器13与控制器18电性连接。温度传感器12和湿度传感器13用于检测密封壳体1内部温度和湿度的变化，将温度和湿度信号传递至控制器18并显示。

进一步优化方案，电木7外形为立方体结构，载物台8为圆饼状结构。

一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置的使用方法，包括以下步骤，

步骤一，将3片尺寸为10×10×5mm的PCB-Cu板焊接电线；

步骤二，开启检测组件，将试样固定在载物台8上，将电线与电极16相连并施加12V偏置电压，通过控制器18控制通入螺线管内部的直流源产生垂直于样品表面，方向向下的10mT静磁场；

步骤三，使用控制器18控制空气预制组件3开启，向密封壳体1中通入洁净空气后关闭、向循环盐雾组件2中加入一定量浓度为0.01％的NaCl溶液和浓度为0.01％的Na₂SO₄溶液并开启循环盐雾组件2，调节盐水连续喷雾的速率，控制盐水在密闭环境容器中的空间沉降量，持续喷雾1小时，停止喷雾2小时，依次周期循环360小时、开启电加热板11控制环境箱内的温度为30℃，关闭冷凝水循环器；

步骤四，实验运行至第72小时时，通过控制器18控制电加热板11温度升高至40℃并保持，通过控制器18控制电磁组件、循环盐雾组件2保持不变，通过控制器18控制空气预制组件3、冷凝水循环器4保持关闭状态，通过控制器18控制电极16保持开启状态；

步骤五，实验运行至第72小时时，通过控制器18控制通入螺线管内部的直流源增大，使静磁场的磁场强度增大至12.5mT并保持；

步骤六，连续运行试验360小时，通过长焦镜头6在计算机5内显示的图像对样品腐蚀状态进行拍照和实时监测；

步骤七，关闭检测组件，观察试验后电木7是否破损或产生裂纹，若电木7破损或产生裂纹，将受损电木7卸下，更换上完好电木7。

实施例二

参照图1，本实施例与实施例一的区别仅在于，密封壳体1内部顶面设有激光发射器21，激光发射器21与控制器18电性连接。激光发射器21可以对试样表面的微生物进行烧蚀和清洗去除，模拟激光除菌后的样品状态，同时使用长焦镜头6对试样表面进行观测。

一种用于微生物腐蚀研究的实验应用本装置的使用方法，包括以下步骤，

步骤一，在3个6061铝合金上接种浓度为10⁷个/L的杂色曲霉孢子悬液，并将试样置于培养皿内；

步骤二，开启检测组件，将培养皿置于载物台8上，通过控制器18控制通入螺线管内部的直流源产生垂直于样品表面，方向向下的10mT静磁场；

步骤三，使用控制器18控制空气预制组件3开启，向密封壳体1中通入洁净空气后关闭、向循环盐雾组件2中加入一定量浓度为0.01％的NaCl溶液和浓度为0.01％的Na₂SO₄溶液并开启循环盐雾组件2，调节盐水连续喷雾的速率，控制盐水在密闭环境容器中的空间沉降量，持续喷雾1小时，停止喷雾2小时，依次周期循环360小时、开启电加热板11控制环境箱内的温度为20℃，关闭冷凝水循环器；

步骤四，实验运行至第120小时时，通过控制器18控制电加热板11温度升高至40℃并保持，通过控制器18控制电磁组件、循环盐雾组件2保持不变，通过控制器18控制空气预制组件3、冷凝水循环器4保持关闭状态；

步骤五，通过控制器18保持10mT静磁场不变；

步骤六，连续运行试验360小时，当杂色曲霉发育至影响观测到试样表面时，启动激光发射器21，对部分杂色曲霉进行烧蚀，通过长焦镜头6在计算机5内显示的图像对样品腐蚀状态进行拍照和实时监测；

步骤七，关闭检测组件，观察试验后电木7是否破损或产生裂纹，若电木7破损或产生裂纹，将受损电木7卸下，更换上完好电木7。

实施例三

参照图1，本实施例与实施例二的区别仅在于，步骤三中循环盐雾组件2持续喷雾1小时，停止喷雾2小时，依次周期循环240小时；步骤六中，连续运行试验240小时。

实施例四

参照图1，本实施例与实施例二的区别仅在于，步骤三中循环盐雾组件2持续喷雾1小时，停止喷雾2小时，依次周期循环480小时；步骤六中，连续运行试验480小时。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置，其特征在于：包括密封壳体(1)、与所述密封壳体(1)内部底面可拆卸连接的电磁组件、与所述密封壳体(1)内部连通的循环盐雾组件(2)、与所述密封壳体(1)内部连通的空气预制组件(3)、与所述密封壳体(1)相通连接的冷凝水循环器(4)，所述密封壳体(1)上方固定连接有监控组件；所述密封壳体(1)下方固定连接有电加热板(11)，所述密封壳体(1)内壁固定连接有电极(16)，所述密封壳体(1)内壁固定连接有检测组件，所述密封壳体(1)一侧固定连接有控制器(18)，所述电磁组件、所述循环盐雾组件(2)、所述空气预制组件(3)、所述冷凝水循环器(4)、所述电加热板(11)、所述电极(16)、所述检测组件与所述控制器(18)电性连接；

所述电磁组件包括与所述密封壳体(1)可拆卸连接的底座(10)，所述底座(10)上方固定连接有电木(7)，所述电木(7)内部开设有竖向盲孔，所述盲孔内壁设有螺线管，所述螺线管外径与所述盲孔直径相匹配，所述盲孔内壁固定连接有载物台(8)，所述载物台(8)内部固定连接有高斯计(9)，所述载物台(8)位于所述监控组件正下方；所述空气预制组件(3)包括设置在所述密封壳体(1)内部的第二风机(17)，所述第二风机(17)连通有管道，所述管道穿过所述密封壳体(1)，所述管道远离所述第二风机(17)一端连通有空气净化装置(20)，所述管道位于所述密封壳体(1)外侧部分设有气阀(15)，所述空气净化装置(20)远离所述管道一端连通有第一风机(14)，所述第二风机(17)、所述气阀(15)、所述第一风机(14)与所述控制器(18)电性连接；

所述密封壳体(1)内部顶面设有激光发射器(21)，所述激光发射器(21)与所述控制器(18)电性连接。

2.根据权利要求1所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置，其特征在于：所述密封壳体(1)内部设有冷却水通道，所述冷却水通道与所述冷凝水循环器(4)相连通。

3.根据权利要求1所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置，其特征在于：所述监控组件包括长焦镜头(6)，所述长焦镜头(6)固定连接在所述密封壳体(1)内壁顶部，所述长焦镜头(6)下方正对所述载物台(8)，所述长焦镜头(6)电性连接有计算机(5)。

4.根据权利要求1所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置，其特征在于：所述检测组件包括温度传感器(12)和湿度传感器(13)，所述温度传感器(12)和所述湿度传感器(13)位于所述密封壳体(1)内部，所述温度传感器(12)、所述湿度传感器(13)与所述控制器(18)电性连接。

5.根据权利要求1所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置，其特征在于：所述电木(7)外形为立方体结构，所述载物台(8)为圆饼状结构。

6.根据权利要求1-5任一项所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤一，试验样品的准备，将样品制备成要求尺寸、形状的试样，根据试验需要确定是否在样品表面接种待腐蚀研究的微生物；

步骤二，开启检测组件，将试样固定在所述载物台(8)上，对于需要通电的试样，通过所述电极(16)为试样通电，并施加磁场；

步骤三，通过所述控制器(18)控制所述循环盐雾组件(2)、所述空气预制组件(3)、所述电加热板(11)和所述冷凝水循环器(4)在所述密封壳体(1)中模拟试验所需的腐蚀环境；

步骤四，根据试验条件，切换所述密封壳体(1)内的腐蚀环境；

步骤五，根据试验条件，改变所述电磁组件内的磁场；

步骤六，连续运行试验240-480小时，期间记录试验数据；

步骤七，关闭检测组件，观察试验后所述电木(7)是否破损或产生裂纹，若所述电木(7)破损或产生裂纹，将受损所述电木(7)卸下，更换上完好所述电木(7)。

7.根据权利要求6所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤二中通过所述控制器(18)控制所述电磁组件施加不同大小、方向的直流电或者脉冲电流，用于磁场的发生。

8.根据权利要求6所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤四中通过所述控制器(18)控制所述电磁组件、所述循环盐雾组件(2)、所述空气预制组件(3)、所述冷凝水循环器(4)、所述电加热板(11)、所述电极(16)的调节，以此来切换所述密封壳体(1)内的腐蚀环境。

9.根据权利要求6所述一种电磁场协同作用下的循环盐雾试验装置的使用方法，其特征在于：所述步骤五中通过所述控制器(18)控制通入所述螺线管内部直流源或脉冲电流的大小，来改变所述电磁组件内的磁场。

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