Origin 软件在材料分析测试中的应用

Origin软件在材料分析测试中的应用

摘要：通过几个具体的材料测试分析实验数据处理实例,介绍了如何使用Microcal Origin 来完成实验数据快速、准确的处理与分析的方法及技巧。与其他计算软件相比,该数据处理软件界面友好,使用方便,具有更高的数据处理效率。关键词：Origin；数据分析；绘图；材料分析

以下紧接英文题目、作者姓名及所在单位的英译文、摘要和关键词的英译文，全部使用Times New Roman：

An Application of Origin to Analyzing and

Measuring of Material

Abstract：In this paper , some methods and skills applied to handle and analyze data of experiments by Microcal Origin are provided by use of several detail samples in material science field1 Compare with other soft wares , Origin has much more efficiency and easier to use1.

Key words：Origin ; Data analysis ; Drawing; Material analysis

0引言

计算机作为现代化的工具对各个领域来说都有着极为重要的作用，尤其是在材料科学的研究发展中发挥着愈来愈重要的作用，材料科学属于研究材料的一种综合性学科，如，以钢铁行业为例来说，高炉内温度的测量、炉内流体运动的监控、高炉使用寿命的仿真等等都离不开对计算机的使用。随着各项产业的逐渐精细化和完整化，对计算机的使用要求也在不断地提高，计算机在材料科学中可以说是有着广阔的发展前景。本文主要试通过浅谈计算机和材料的关系来解析计算机在材料分析中的几个应用方向，目的是来进一步推进计算机在各个学科研究范畴的发展，从而也能促进我国社会经济的进一步向前发展。

Origin由美国MicrocalLab公司推出，是外国科技工作者公认的速度最快、最灵活、使用最容易的数据分析绘图软件。其突出特点是简单易学，采用直观的、图形化的、面向对象的窗口菜单和工具栏操作。Origin 软件在材料科学研究和实验中存在着广泛的应用，可以用曲线拟合等多种方法处理数据。Origin 除了可以进行绘图及非线性拟合等数值分析外，还提供了不同功能，在工作表窗口中提供了数据的排序、调整、计算、统计、相关、卷积、解卷、数字信号处理等功能，在绘图窗口中提供了数学运算、平滑滤波、图形变换、傅立叶变换、各类曲线拟合等功能[3~5]。本文则是利用Origin7.0 软件对材料科学学科中“居里点

测定”和“镁合金腐蚀”实验中的数据进行了处理，说明该软件在材料科学中的应用。

1应用实例

计算机作为一种现代工具，在当今世界的各个领域日益发挥着巨大的作用。在材料领域，计算机也正在逐渐成为极其重要的工具。计算机模拟技术在材料成形加工中的应用使材料成形工艺从定性描述走向定量预测，指导实验并验证某些理论假设，从而促进理论和实验的发展。计算机模拟是未来材料成型制备工艺的必由之路。

材料科学中的实验为材料科学研究提供了大量的含有材料基本行为特征信息的实验数据，如何快速准确地处理这些复杂的数据，发现其中的规律，从而得到真是客观的材料行为信息，对材料科学研究而言非常重要。材料科学研究中的数学模型及分析方法，作为21 世纪的重要基础学科之一的材料科学离不开数学。通过建立适当的数学模型对实际问题进行研究。它将现实问题简化，抽象为一个数学问题或数学模型。再采用适当的数学方法求解，进而对现实问题进行定量的分析和研究，最终达到解决实际问题的目的。

1.1 应用实例1

在材料的腐蚀试验中,研究腐蚀的反应速度和动力学规律对了解反应机理及整个反应的速度控制步骤都是非常有用的。同时,反应速度的测定也是定量描述材料腐蚀程度的基础,在与理论模型相结合对研究材料腐蚀行为将很有帮助的。重量法是最直接、也是最方便的测定高温腐蚀速度的方法。如果腐蚀后的腐蚀产物致密且牢固地附在试样表面且质量增加时,可以用增重法来计算。表1 中的A 和B 分别是锅炉用钢20G和喷涂有高镍铬涂层的20G在相同的高温氧化条件下的腐蚀增重的数据。为了得出不同材料在同一试验条件下腐蚀增重曲线的规律,用Origin软件中的Plot 菜单下的Scatter得出散点图,再用Analysis菜单中的Non - liner Curves Fit来得出拟合方程。其结果如图2 所示。可以得出有、无涂层20G氧化增重的动力学方程的拟合结果分别为: y = 11397 x01137 , y = 31549 x01618可见涂层具有很好的抗氧化性能。由此可以看出使用Origin软件不仅可以很容易地作出漂亮地曲线,直观地看出其变化趋势,而且能得出其曲线方程的表达式,从而能准确地进行定量分析。特别是在求解多元线性回归方程和多项式回归方程时显得非常方便快捷。比采用手工计算节省大量时间,又比采用其它专业数学分析软件好用,无需编程。

1.2实例2

用X 射线衍射仪是对材料进行物相是材料分析测试中的一种常见且很重要的方法,而不同的衍射仪得出的图的格式不同。采用普通的图像编辑软件不便于对其进行必要的编辑和处理,但是各种X 射线衍射仪在得到衍射的图外,同时不同的衍射角对应的强变都以数据表的形式示;这样就可以用导入或复制、粘贴的方法将数据导入Origin的数据表,利用Plot菜单下的Line菜单能很方便的绘出相分析的衍射图。特别是当为了便于比较,要将几个衍射图绘在同一个坐标时,可以将不同的试样衍射峰的强变统一加上一个适当的值,以便于让它们在纵坐标上分开,使各自处于不同高度。例如:为了比较进行了电弧喷涂了的高镍铬涂层的20G钢高温氧化前后的相组成的变化,将已经做过高温氧化试验的涂层试样的相分析的衍射峰强变统一加上3200 ,可以用Column菜单下的Set Column Values 输入表达式Col (C) = Col (C) + 3200来实现。Col (C) 表示C 列中的数据,即为已经做过高温氧化试验的涂层试样的相分析的衍射峰强变值。这样两个试样的X 衍射图可以绘于同一个坐标系下如图 3 所示,由此,我们可以很方便地看出:氧化前后涂层试样表面相组成的变化,即氧化试验前试样表面由于热喷涂而形成的氧化物较少,而经过氧化试验后涂层表面的氧化物有了较大的增长,而NiCr 固溶体(γ) 相的变化不大是由于氧化层较薄,部分X 射线穿过该层,反映了其内部相的结果。

1.3Origin软件在镁合金腐蚀实验中的应用

镁合金是航空业与汽车制造业中首选的替代材料，以达到减重的目的。但是，镁的标准电极电位很低，是常用金属中活泼性最高的，在空气中容易氧化，生成比较疏松的氧化膜，所以镁及镁合金的耐蚀性能较差，制约了镁合金的使用。显然，研究镁合金的腐蚀特征非常有必要[6~-9]。在实验中，我们研究了NaCl 质量浓度(ρ)和镁合金在NaCl溶液中浸泡时间对镁合金接触腐蚀质量损失的影响，测得实验数据如表3所示