基于数字图像处理多孔金属材料浸润性能测量装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及金属材料浸润性能的测量，尤其涉及基于数字图像处理多孔金属材料浸润性能测量装置及方法。
【背景技术】
[0002]多孔金属材料即内部弥散分布着大量的有方向的或随机的孔洞的金属材料，由于其具有高比表面积、良好的导热能力及导电能力，所以被广泛应用于航空航天交通运输建筑工程机械工程电化学工程环境保护工程等众多领域。浸润性是多孔金属材料的关键性指标之一，对多孔金属材料中流体运动的规律及有关的生产过程有重要影响。
[0003]通常，浸润性能是通过测量液体工质在多孔介质材料上液滴扩散情况来判断。目前，针对多孔介质材料浸润性能测量主要有滴液观察法和吸液称重法。滴液观察法是采用高速摄像仪对液滴在多孔介质材料中的扩散过程进行拍摄，但由于液体工质大多是无色液体，用肉眼难以精确判断液滴在多孔介质中的扩散边缘。为突显液体工质在多孔介质中的扩散过程，有些研究者尝试在液体工质内加入荧光染料等感光元素，但是此时液体工质的物理性质(如表面张力、粘度等)也发生了改变，由此导致的测量失真无法剔除，影响了测量结果的准确性。吸液称重法是将多孔介质材料放入液体工质中一段时间，通过测量实验前后其质量的变化量来衡量多孔介质材料浸润性能优劣。此方法可以在一定程度上反映多孔介质材料的浸润性，但不能对其浸润均匀性作出定量的评价，因此不能全面的反映多孔介质材料的浸润质量。由上可以看出，现有的测试方法均难以实现对多孔介质材料浸润性能的全面、准确、定量研究。因此，需采用新颖的方法来准确判断液体工质在多孔介质扩散边缘，定量测量。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供了可准确识别液滴扩散边缘、定量获得扩散区域直径以及扩散速度的基于数字图像处理多孔金属材料浸润性能测量装置及方法。
[0005]本发明通过下述技术方案实现:
[0006]基于数字图像处理的多孔金属材料浸润性能测量装置，包括用于放置样品I的测试平台6、置于平台6上方的超景深显微镜3、与超景深显微镜3连接的计算机4、置于平台6—侧的用于注射去离子水5的注射器2 ;所述计算机4内包括一个Matlab数字图像处理模块。
[0007]所述注射器5通过活动支架设置在平台6的一侧。
[0008]所述注射器5的倾斜安装在活动支架上，倾斜角度为水平面夹角30°至50°。
[0009]上述测量装置对多孔金属材料浸润性能的测量方法，包括如下步骤:
[0010](I)取待测试多孔金属材料的样品I置于超景深测试平台并固定；
[0011](2)调节超景深显微镜3使待测试样本呈现清晰的图像，拍摄放大图片并记录放大倍数S ;
[0012](3)开启超景深显微镜3的录像功能，用注射器2在样品I上滴2 μ I去离子水5，记录去离子水5在样品I中的扩散过程，并将监测记录传送至计算机4储存；
[0013](4)处理监测记录以确定液滴扩散边缘，获得去离子水5液滴的扩散区域直径以及扩散速率。
[0014]所述步骤(4)中，处理监测记录的方法如下:
[0015](1-1)连续捕获监测记录每一帧图片选取未滴去离子水时的图片，将其作为背景图片；
[0016](1-2)选取液滴刚开始扩散时的图片作为O时刻的图片，根据录像采样频率，计算选取不同时刻的图片作为扩散图片；
[0017](1-3)通过Matlab数字图像处理模块读取背景图片及扩散图片的像素值，将两幅图片像素值做减法运算得到差值图像，即得到去离子水5液滴的扩散区域边缘；
[0018](1-4)测量液滴扩散区域大小并乘以图像放大比例s获得扩散区域直径，进而通过扩散时间获得扩散速率。
[0019]所述样品I为电沉积金属多孔铜薄膜。
[0020]本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果:
[0021]本发明利用液滴在多孔金属材料中扩散导致扩散区域图像与背景图像相比图像像素发生变化的特点，运用数字图像处理方法准确获得液滴扩散过程及液滴扩散区域边缘，进而定量计算液滴扩散直径和液滴扩散速率，解决了滴液观察法中液滴扩散区域边缘模糊不易定位的问题。
[0022]本发明不仅适用于多孔金属材料浸润性测量，也可以用于其它多孔介质材料浸润性测量。特别的次测量方法尤其适用于对无色透明的工质在多孔金属材料浸润性测量，且无需添加荧光染料等添加剂，不会引起工质物性发生改变，从而能够准确地获得多孔金属材料浸润性能。
[0023]本发明可直接获得液滴扩散过程及扩散区域，通过扩散区域形状进而评价多孔金属材料扩散性能的均匀性优劣，有效地解决了吸液称重法中测量结果不全面的缺陷。
【附图说明】
[0024]图1为本发明测试装置示意图；图中:样品I ;注射器2 ;超景深显微镜3 ;计算机4 ;去离子水5 ;平台6。
[0025]图2为A样品的表面显微形貌。
[0026]图3为B样品的表面显微形貌。
[0027]图4为运用数字图像方法所得到的A样品不同时刻的第一种差值电镜图像。
[0028]图5为运用数字图像方法所得到的A样品不同时刻的第二种差值电镜图像。
[0029]图6为运用数字图像方法所得到的A样品不同时刻的第三种差值电镜图像。
[0030]图7为运用数字图像方法所得到的B样品不同时刻的第一种差值电镜图像。
[0031]图8为运用数字图像方法所得到的B样品不同时刻的第二种差值电镜图像。
[0032]图9为运用数字图像方法所得到的B样品不同时刻的第三种差值电镜图像。
[0033]图10为两种不同工艺参数制备的多孔金属材料的扩散区域半径随时间变化测量结果。
[0034]图11为两种不同工艺参数制备的多孔金属材料的扩散速率随时间变化测量结果O
【具体实施方式】
[0035]下面结合图1至11具体实施例，对本发明作进一步具体详细描述。
[0036](I)制备两种不同工艺参数的电沉积多孔铜薄膜，它们工艺参数分别是:
[0037]图2中，A样品:电流密度0.1 A/cm2,沉积时间150s ；
[0038]图3中，B样品:电流密度I A/cm2，沉积时间15 s ;
[0039](2)分别选取图2和图3中的A样品、B样