藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法与流程

本发明涉及藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，属于材料工程技术领域。

背景技术：

藕状多孔金属的物理、机械性能主要是由其内部气孔形状决定，所以研究藕状多孔金属更多的是研究气孔的形状。由于金属的不透明性，以往的研究方法主要有：

（1）采用线切割的方法将藕状多孔铸锭沿纵向，横向切开，酒精清洗后采用扫描的方法呈现出气孔形貌，并采用image-pro等软件统计气孔的直径，面积等。但是这种方法所观察到的只是气孔的部分形貌，并不是完整的。并且对于气孔几何参数的统计误差较大，效率低。

（2）采用同步辐射技术观察气孔的生长形貌，但是由于同步辐射技术的分辨率低，图片质量模糊，仍无法清晰观察到气孔的形貌。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中的问题，提供藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，本发明采用x射线断层扫描技术提取藕状多孔金属内部的气孔，本发明方法可完整的保留藕状多孔金属样品，并且测量速度快，气孔形貌清晰，几何参数精确。

藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，具体步骤如下：

（1）对藕状多孔金属进行扫描得到藕状多孔金属的三维结构图像；

（2）对步骤（1）藕状多孔金属的三维结构图像进行定向连续二维切割得到藕状多孔金属的连续二维虚拟切片，并对二维虚拟切片编号；

（3）将步骤（2）编号的藕状多孔金属的连续二维虚拟切片导入三维图像重构软件中重构藕状多孔金属的三维结构图像，并提取气孔；

（4）测量出步骤（3）气孔的长度、半径和气孔间的圆心距；

（5）计算出气孔横截面周长与面积，并画出气孔横截面周长随气孔长度的变化曲线和气孔横截面面积随气孔长度的变化曲线。

所述步骤（1）扫描方法为x射线断层扫描法。

进一步地，所述扫描设备为ct机。

本发明的有益效果是：

（1）现有技术中采用线切割观察金属内部气泡或气孔形貌，但是观察到的气孔或者气泡形貌是不完整，而本发明方法可观察到完整、精确的气孔或者气泡；

（2）本发明方法可完整的保留藕状多孔金属样品，并且测量速度快，气孔形貌清晰，几何参数精确。

附图说明

图1是本发明工艺流程图；

图2为实施例1单个气孔直径随气孔长度的变化；

图3为实施例1单个气孔横截面周长随气孔长度的变化曲线；

图4为实施例1单个气孔横截面面积随气孔长度的变化曲线；

图5为实施例2合并气孔直径随气孔长度的变化；

图6为实施例2合并气孔圆心距随气孔长度的变化。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。

实施例1：一种藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法（见图1），具体步骤如下：

（1）采用phoenixv|tome|xsct机对长度为40mm、直径约为5mm的藕状多孔金属镁进行x射线断层扫描得到藕状多孔金属的三维结构图像；

（2）对步骤（1）藕状多孔镁的三维结构图像进行定向连续二维切割得到藕状多孔镁的连续二维虚拟切片，并对二维虚拟切片编号；其中每张切片的厚度约为11μm；

（3）将步骤（2）编号的藕状多孔镁的连续二维虚拟切片导入三维图像重构软件（mimics17.0软件）中重构藕状多孔镁的三维结构图像，并提取气孔；

（4）利用mimics15.0自带测量工具测量出步骤（3）气孔的长度、半径和气孔间的圆心距；

（5）计算出气孔横截面周长与面积，并画出气孔横截面周长随气孔长度的变化曲线和气孔横截面面积随气孔长度的变化曲线；气孔横截面周长公式l=2πr，气孔横截面面积s=πr²；

本实施例单个气孔的结构见图2（a），单个气孔直径、周长、面积随气孔长度的变化见图2（b）、3和4，从图2、3和4中可知，气孔生长初始阶段，气孔直径突然增加，直径变化速率快；随着气孔的生长，其长大速度变慢直至气孔直径以较稳定直径生长；在气孔生长后期，气孔逐渐停止生长，其直径突然减小直至停止生长；气孔周长和面积的变化规律和直径的变化规律相似。

实施例2：一种藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法（见图1），具体步骤如下：

（1）采用phoenixv|tome|xsct机对长度为40mm、直径约为5cm的藕状多孔镁进行x射线断层扫描得到藕状多孔镁的三维结构图像；

（2）对步骤（1）藕状多孔镁的三维结构图像进行定向连续二维切割得到藕状多孔镁的连续二维虚拟切片，并对二维虚拟切片编号；其中每张切片的厚度约为11μm；

（3）将步骤（2）编号的藕状多孔镁的连续二维虚拟切片导入三维图像重构软件（mimics15.0软件）中重构藕状多孔镁的三维结构图像，并提取气孔；

（4）利用mimics15.0自带测量工具测量出步骤（3）气孔的长度、半径r和气孔间的圆心距；

本实施例合并气孔的结构见图5（a），合并气孔直径、圆心距随气孔长度的变化见图5（b）和图6，从图5和图6中可知，两个单独生长的气孔在6.5mm高度左右发生接触，接触前气孔1直径稳定生长，气孔2直径先快速生长，后稳定生长；当两个气孔接触后迅速融合成一个直径较大气孔，以较大直径生长了一段距离后，直径突然减小，直至停止生长；气孔间圆心距在气孔壁接触前缓慢减小，当两个气孔接触后快速融合成一个气孔，所以气孔间圆心距快速减小，直至为0。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述实施案例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

技术特征：

1.一种藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）对藕状多孔金属进行扫描得到藕状多孔金属的三维结构图像；

（2）对步骤（1）藕状多孔金属的三维结构图像进行定向连续二维切割得到藕状多孔金属的连续二维虚拟切片，并对二维虚拟切片编号；

（3）将步骤（2）编号的藕状多孔金属的连续二维虚拟切片导入三维图像重构软件中重构藕状多孔金属的三维结构图像，并提取气孔；

（4）测量出步骤（3）气孔的长度、半径和气孔间的圆心距；

（5）计算出气孔横截面周长与面积，并画出气孔横截面周长随气孔长度的变化曲线和气孔横截面面积随气孔长度的变化曲线。

2.根据权利要求1所述藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，其特征在于：步骤（1）扫描方法为x射线断层扫描法。

3.根据权利要求2所述藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，其特征在于：扫描设备为ct机。

技术总结
本发明涉及藕状多孔金属内部气孔的提取与几何参数的测量方法，属于材料工程技术领域。本发明对藕状多孔金属进行扫描得到藕状多孔金属的三维结构图像；对藕状多孔金属的三维结构图像进行定向连续二维切割得到藕状多孔金属的连续二维虚拟切片，并对二维虚拟切片编号；将编号的藕状多孔金属的连续二维虚拟切片依次导入三维图像重构软件中重构藕状多孔金属的三维结构图像，并提取气孔；测量出气孔的长度、半径和气孔间的圆心距；计算出气孔横截面周长与面积，并画出气孔横截面周长随气孔长度的变化曲线和气孔横截面面积随气孔长度的变化曲线。本发明方法可完整的保留藕状多孔金属样品，并且测量速度快，气孔形貌清晰，几何参数精确。

技术研发人员：王栋栋
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：2019.12.10
技术公布日：2020.04.10