·96 工程科学学报，第38卷，第1期 测双光束波前之间的相位变化，利用取像系统和计算 有涂层状态等信息的物光与平行的参考光在分束棱镜 机系统实现光学信息的记录和处理，并能实时显示相 处发生干涉之后被图像采集系统电荷耦合元件 关条纹和相位图.在变形场测量时，电子散斑干涉技 (CCD)图像传感器接受并由计算机进行显示和处理. 术具有无损、精度高、非接触和实时显示的特点，适应 电子散斑干涉技术试验装置实物图见图2 生产检测的高精度、快速和自动化要求，因此在无损检 试样 测中得以应用.利用电子散斑干涉技术观测图像微 试样浸泡系统 小的变化，可以研究物体内部缺陷及其位置 打扩束镜 近年来，人们对电子散斑干涉技术在金属腐蚀过 滋光器 程的动态原位在线观测方面的应用进行了探讨，王梅 反光镜 丰等4研究了1Cr18Ni9Ti不锈钢、304不锈钢和TC4 钛合金早期点蚀过程，观测到腐蚀产物的扩散行为，验 分光镜 证了电子散斑干涉技术图像的变化与点蚀发生、发展 计算机 的对应性，这也为涂层界面失效过程的动态检测提供 CCD 了可行性.对于浸泡过程中的涂层，在腐蚀介质的作 用下会发生局部微区失黏、腐蚀产物的萌生和扩展，原 位观测这些涂层/金属界面微观失效的发生发展对涂 图1电子散斑干涉实验装置的光路图 层失效行为的研究非常重要.但是，涂层失效初期界 Fig.I Light path diagram of the experimental device of electronic 面微观失效对涂层表面状态影响很小，很难被观测到， speckle pattem interferometry 更难以对其发展过程进行原位跟踪：并且涂层膜下失 黏及膜下金属腐蚀微观状态一般需要将涂层剥离后进 分光棱镜 图像采集系统 行微观观察，无法在不损伤涂层的前提下得到涂层膜 反光镜 下失黏及膜下金属腐蚀状态.电子散斑干涉技术方法 的实时、无损且高精度特点为这一问题的解决提供可 能.本文尝试将电子散斑干涉技术应用到涂层失效行 氨氛激光器 试样浸泡系筑 为研究中，针对3.5%NaCl溶液浸泡下的环氧色漆/ 碳钢涂装体系，在不破坏涂层的前提下，实时、动态且 原位地提取涂层失效全过程的干涉条纹，利用激光电 图2电子散斑干涉实验装置的实物图 子散斑干涉技术成功实现涂层失效过程实时、动态和 Fig.2 Real figure of the experimental device of electronie speckle 原位的无损观测 pattern interferometry 1 试样制备与实验方法 动态原位观测浸泡涂层的界面失效过程要求涂层 1.1色漆涂层试样的制备 全程浸在氯化钠溶液中.考虑到研究中对涂层失效过 程进行电化学实时联测的需要，本研究自行设计了包 实验研究对象为环氧涂层/碳钢体系，其中基材采 用Q235钢，环氧树脂为北京航材百慕新材料技术工 含参比电极、辅助电极等在内的试样浸泡系统，如图3 程股份有限公司生产的双组份环氧树脂色漆，漆膜厚 所示 为25μm左右. 1.3涂层失效过程电子散斑干涉技术检测方法 1.2涂层失效过程电子散斑干涉技术检测装置的设 将所制涂层全程浸于3.5%氯化钠溶液中（图3）， 计和搭建 调整好涂层位置后打开光路，设置激光器波长等参数： 电子散斑干涉技术检测采用对离面位移较为敏感 利用电子散斑干涉技术原位、实时和动态地提取图像， 的迈克耳逊干涉光路.如图1所示，检测装置包括干 并利用图像采集系统和计算机系统将携带有涂层失效 涉光路系统、试样浸泡系统、图像采集系统和数据处理 信息的相关条纹图像原位、实时地显示出来.在此基 系统.所有元器件都通过磁力支架固定在光学隔振平 础上，利用电子散斑干涉技术视频化和数字化存储、计 台上，并用有机玻璃罩罩住，以防止外界对其的干扰. 算机实时图像记录等特点回，采用图像相减技术，利用 氢氖激光器（波长为632.8nm,功率为5mW)发出的激 BMP Edit软件，把在浸泡过程中动态实时采集的试样 光首先通过20倍扩束镜扩束，然后经过分束器分为一 散斑条纹图像与在浸泡零时刻采集的反映初始试样状 束平行的物光和一束平行的参考光.试样浸泡系统放 态的散斑条纹图像相减，所得到的图像变化信息即为 在物光侧成像透镜之前，试样表面与物光垂直.携带 这一时间涂层/基材界面的破坏信息，以实现对涂层失工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 测双光束波前之间的相位变化，利用取像系统和计算 机系统实现光学信息的记录和处理，并能实时显示相 关条纹和相位图． 在变形场测量时，电子散斑干涉技 术具有无损、精度高、非接触和实时显示的特点，适应 生产检测的高精度、快速和自动化要求，因此在无损检 测中得以应用［3］． 利用电子散斑干涉技术观测图像微 小的变化，可以研究物体内部缺陷及其位置． 近年来，人们对电子散斑干涉技术在金属腐蚀过 程的动态原位在线观测方面的应用进行了探讨，王梅 丰等［4--5］研究了 1Cr18Ni9Ti 不锈钢、304 不锈钢和 TC4 钛合金早期点蚀过程，观测到腐蚀产物的扩散行为，验 证了电子散斑干涉技术图像的变化与点蚀发生、发展 的对应性，这也为涂层界面失效过程的动态检测提供 了可行性． 对于浸泡过程中的涂层，在腐蚀介质的作 用下会发生局部微区失黏、腐蚀产物的萌生和扩展，原 位观测这些涂层/金属界面微观失效的发生发展对涂 层失效行为的研究非常重要． 但是，涂层失效初期界 面微观失效对涂层表面状态影响很小，很难被观测到， 更难以对其发展过程进行原位跟踪; 并且涂层膜下失 黏及膜下金属腐蚀微观状态一般需要将涂层剥离后进 行微观观察，无法在不损伤涂层的前提下得到涂层膜 下失黏及膜下金属腐蚀状态． 电子散斑干涉技术方法 的实时、无损且高精度特点为这一问题的解决提供可 能． 本文尝试将电子散斑干涉技术应用到涂层失效行 为研究中，针对 3. 5% NaCl 溶液浸泡下的环氧色漆/ 碳钢涂装体系，在不破坏涂层的前提下，实时、动态且 原位地提取涂层失效全过程的干涉条纹，利用激光电 子散斑干涉技术成功实现涂层失效过程实时、动态和 原位的无损观测． 1 试样制备与实验方法 1. 1 色漆涂层试样的制备 实验研究对象为环氧涂层/碳钢体系，其中基材采 用 Q235 钢，环氧树脂为北京航材百慕新材料技术工 程股份有限公司生产的双组份环氧树脂色漆，漆膜厚 为 25 μm 左右． 1. 2 涂层失效过程电子散斑干涉技术检测装置的设 计和搭建 电子散斑干涉技术检测采用对离面位移较为敏感 的迈克耳逊干涉光路． 如图 1 所示，检测装置包括干 涉光路系统、试样浸泡系统、图像采集系统和数据处理 系统． 所有元器件都通过磁力支架固定在光学隔振平 台上，并用有机玻璃罩罩住，以防止外界对其的干扰． 氦氖激光器( 波长为 632. 8 nm，功率为 5 mW) 发出的激 光首先通过 20 倍扩束镜扩束，然后经过分束器分为一 束平行的物光和一束平行的参考光． 试样浸泡系统放 在物光侧成像透镜之前，试样表面与物光垂直． 携带 有涂层状态等信息的物光与平行的参考光在分束棱镜 处发 生 干 涉 之 后 被 图 像 采 集 系 统 电 荷 耦 合 元 件 ( CCD) 图像传感器接受并由计算机进行显示和处理． 电子散斑干涉技术试验装置实物图见图 2． 图 1 电子散斑干涉实验装置的光路图 Fig． 1 Light path diagram of the experimental device of electronic speckle pattern interferometry 图 2 电子散斑干涉实验装置的实物图 Fig． 2 Ｒeal figure of the experimental device of electronic speckle pattern interferometry 动态原位观测浸泡涂层的界面失效过程要求涂层 全程浸在氯化钠溶液中． 考虑到研究中对涂层失效过 程进行电化学实时联测的需要，本研究自行设计了包 含参比电极、辅助电极等在内的试样浸泡系统，如图 3 所示． 1. 3 涂层失效过程电子散斑干涉技术检测方法 将所制涂层全程浸于3. 5% 氯化钠溶液中( 图3) ， 调整好涂层位置后打开光路，设置激光器波长等参数; 利用电子散斑干涉技术原位、实时和动态地提取图像， 并利用图像采集系统和计算机系统将携带有涂层失效 信息的相关条纹图像原位、实时地显示出来． 在此基 础上，利用电子散斑干涉技术视频化和数字化存储、计 算机实时图像记录等特点［6］，采用图像相减技术，利用 BMP Edit 软件，把在浸泡过程中动态实时采集的试样 散斑条纹图像与在浸泡零时刻采集的反映初始试样状 态的散斑条纹图像相减，所得到的图像变化信息即为 这一时间涂层/基材界面的破坏信息，以实现对涂层失 · 69 ·