数字散斑干涉技术在分析金属材料腐蚀过程的可能性和局限性外文

数字散斑干涉技术在分析金属材料腐蚀过程的可能性和局限性外文文献翻译

毕业论文Possibilities and limitations of digital speckle pattern interferometry in the analysis of corrosion processes in

metallic materials

数字散斑干涉技术在分析金属材料腐蚀过程的可能性和局限性

学生姓名：学号： 10051041

学院：信息与通信工程学院

专业：光电信息工程

指导教师：王小燕

2014年 6月

数字散斑干涉技术在分析金属材料腐蚀过程的可能性和局限

性

摘要

数字散斑干涉技术(DSPI)已经应用于评估铜电极表面的腐蚀水平在沉浸于0.1米的硫酸铜溶液里时。腐蚀过程已经被应用感应两个这样的金属铜电极之间的电流。腐蚀过程可能引起的变化不仅在电极表面而且在溶液中光的折射率。不同DSPI的实验设置已经被提出了对于评估贡献和移除折射率的贡献。电极表面的变化作为标准通过DSPI已经被比较和地形数据获得的共焦显微镜。共焦显微镜数据表明,腐蚀过程可以小规模重现。DSPI的可能性和局限性在测量不均匀腐蚀过程已经被分析。

关键词:散斑干涉法、腐蚀、金属表面

1 介绍

腐蚀是一个大问题在工业上恶化材料性能,有时造成破坏。通常情况下,腐蚀与重要的表面改变被联系在一起。这些影响的早期检测以预防为目的是非常有用。允许腐蚀检测与样品没有物理接触真的是很有趣技术。从这个意义上讲,光学技术,由于其无损性和非接触式的特点,已经被应用与获取现场测定作为一种替代传统的接触方法。

局部腐蚀一般出现在表面被动层攻击的恶劣环境，这在某些情况下是液态腐蚀性溶液把腐蚀金属样品沉浸在清澈的溶液中通过测量折射率在液体中的改变研究了金属样品的腐蚀过程。在这种背景下,全息干涉法应用监测水的腐蚀过程解决方案,和全球信息的进化数量的边缘可以检索。数字全息术已被用于测量折射率的变化在电化学反应中通过内联的记录系统。散斑干涉法,使用双光束干涉记录系统,已被应用于获得全球腐蚀速率的值。

腐蚀表面处理是局部的，不均匀的，该技术被应用于提供非常有用的在表面上的二维信息。从这个意义上讲,数字散斑摄影已经应用到表面的可视化通过记录相关系数的发展变化。数字散斑干涉技术(DSPI)已经被用于在变化的各方面的样品表面同时获取信息。

在溶有关液的腐蚀过程中折射率变化由于浓度变化。铜离子从铜杆电拉电流。由于离子移动所施加的电场和扩散，从而产生浓度梯度。梯度已观察距离为0.5mm 以上短物体的表面上。的相位差对应于的n值沿腐蚀电池的长度集成（即25毫米），那里有液体。然而，折射指数的变化只发生在一个距离，该距离稍大于暴露于腐蚀的长度。在我们的例子中，据估计，这个长度可以是约7毫米。

使用等式（5），它可以被估计的最大平均折射率变化为2.7×10-4，显示了DSPI 的高灵敏度。折射率变化为在图4（a）所述设置，估计是因为对于只有1毫米较小一体化是在表面的法线方向（图4（c）），这是两倍的厚度的长度观察到的折射率梯度层。测量检测折射率变化或确定表面变化不同时进行。这些折射指数变化的分析已经进行数次结论总是相似的，如果在实验条件允许的条件下：附近变化是一致的靠近样品的表面除在接近样品的底部区域，当折射率的变化达到一个静止情况。

5 分析表面的变化

现在让我们来分析折射率变化怎么能影响面变化的测量。图6示出与表面获得了一些典型的相位差图改变设置（图4（a））。可以看出，相位图对比度最高的两个条上每一侧的图像。他们是覆盖条，不腐蚀。这些条带已经被用来设置绝对相位差，根据需要为绝对相位的测量。此设置将完全从去除中发生的硫酸铜溶液的折射率的变化接近的表面上，当在Z-平均值的变化是恒定沿上所述表面，如上一节中所述。此外，该程序还可以使它明显，如果他们不是恒定的。

在图6中所示的映射中，零相位已经在条带的上部设置。两片提供有关非均匀折射资讯指数的变化上的相位差。在两个相同的高度条带的相位值是相同的，表示的折射率为在水平方向（X轴）恒定。然而，在垂直方向（Y轴），有一个相位差的梯度，这表明，在该实验中，平均折射率指数升幅减小Y值.可以看出，在一个固定的腐蚀时产生的梯度依赖于先前的腐蚀历史，所表现出的差异在条纹的数目。这种梯度是在开始勉强可见（图6（a）），但很明显，在稍后时间可观察到（图6（b）和（c）项）。

正如已经解释的那样，较高的折射率对应于铜离子的浓度较高。相差异条覆盖使我们能够推断该腐蚀开始在铜样品的底部，并该腐蚀速率随时间增加。越来越多腐蚀速率也可以从增加的模糊推断在那里正在发生的地区的条纹。腐蚀过程意味着在表面上的微观变化，这修改相应的散斑产生斑点去相关，从而降低了条纹可见度。

为了获得精确的腐蚀深度测量在腐蚀面积，不仅从贡献非均匀折射率的变化已被删除，但低条纹可见度的问题也必须解决。我们已经用于在任何时候测量腐蚀状态下的过程是以下几点：

（a）该滤波的相位差映射为短腐蚀倍，TC，计算

（b）所有的映射的值相加，用一个时间解包程序

（c）对指甲油的垂直相位梯度覆盖条减去

（d）该腐蚀的深度图从相得到根据等式差异（4）。

用于第一步骤分析了短腐蚀时间（一）必须保证没有大的不相关的领域出现。值的

t∆=10 s已被用于这些实验。该解包步骤（步骤（b））是由象素进行象素但c

同时只有一个每五像素。各随时间的变化像素相位是通过添加2π倍数解开时，相突然从π变为-π弧度，即从明亮到暗的灰度级，根据所使用的相灰“灰度级映射。图7（a）示出了总的相位差地图对应的60分钟总腐蚀的时间。图是加入360滤波的相位差异图的结果。

图7（b）示出了后所得到的相位差地图步骤（c），其中只有捐款（表面的变化）的相关的评估腐蚀水平仍.

6 可行性腐蚀测量与DSPI

现在让我们来分析一下可以得到有用的信息从DSPI腐蚀测量。表面形貌用共聚焦显微镜中得到已被用于比较（图8）。图8（a）示出了腐蚀深度图，，根据等式（4）得到的图7（b）所示。图样已被缩小。根据试样的原始尺寸为更好用共聚焦图像的比较。表面形貌（图8的（b）），测定腐蚀后的的变化。这里重要的是要注意，在Z的坐标的绝对值这些测量值是不相关的。它是由系统选择作为平均值。区别相