Новый подход машинного обучения для количественной оценки шероховатости поверхности и оптимизации отливки

Том 13 научных отчетов, номер статьи: 13369 (2023) Цитировать эту статью

383 Доступа

Подробности о метриках

Шероховатость поверхности отрицательно влияет на срок службы материалов. Он ускоряет питтинговую коррозию, увеличивает эффективную теплопередачу и увеличивает скорость эффективной потери заряда. Однако во многих случаях желательна контролируемая шероховатость поверхности. Автомобильный свинцово-кислотный аккумулятор очень чувствителен к таким воздействиям. В нашем примере наибольшее влияние на шероховатость поверхности свинцово-сурьмяного сплава оказывает литейная машина. В связи с этим статистические корреляционные функции обычно используются в качестве статистических морфологических дескрипторов гетерогенных корреляционных функций. Двухточечные корреляционные функции являются полезным инструментом для количественной оценки микроструктуры двухфазных структур материала. Здесь мы демонстрируем использование двухточечной корреляционной функции для количественной оценки шероховатости поверхности и оптимизации свинцово-сурьмяных полюсов и ремней, используемых в свинцово-кислотных батареях, в качестве решения для уменьшения их электрохимической коррозии при использовании в высококоррозионных средах. Тем не менее, мы предполагаем, что этот метод можно использовать для картирования шероховатости поверхности в широком спектре приложений, таких как трубы, погруженные в морскую воду, а также лазерная резка. Исследована возможность использования информации, полученной из двухточечной корреляционной функции, и применения процедуры моделирования отжига для оптимизации микронеровностей поверхности. Результаты показали успешное представление и оптимизацию поверхности, которые согласуются с первоначально предложенной гипотезой.

Жемчужиной материаловедения является тетраэдр материалов. Знание этих важных связей между его компонентами является ключом к разработке новых материалов с желаемыми свойствами. Характеристики поверхности могут помочь предсказать выход материалов из строя. В производстве свинцово-кислотных аккумуляторов полюса и перемычки (разъемы между каждым гальваническим элементом) важны для соединения электрического и теплового тока в аккумуляторе1. Таким образом, контроль появления поверхностных трещин в таких материалах имеет решающее значение для улучшения характеристик батареи и производственных процессов, а также для помощи в разработке компонентов свинцовой батареи с меньшей массой, что снижает потребление свинца и его токсичность. Полюсы и перемычки показаны на рис. 1. Хотя полюса являются клеммами батареи, перемычки соединяют положительные пластины друг с другом, а отрицательные пластины друг с другом в каждом отдельном аккумуляторном элементе на 2,1 В, образуя аккумуляторную стопку на 12,6 В2. В процессе приваривания пластин к каждой ленте выступы пластин оплавляются и привариваются, образуя очень шероховатую поверхность. Ремешки аккумуляторной батареи погружают в агрессивную среду (серная кислота 1,27–1,28 уп. гр)2. Шероховатые поверхности влияют на электрохимическую коррозию материалов, что приводит к плохой электропроводности, теплопроводности и возникновению усталостных трещин в процессе эксплуатации3,4,5. Мы эмпирически заметили, что многие полюса аккумуляторов взрывались при высокой скорости разряда. Шероховатость является основным параметром, влияющим на общую коррозию, которая широко исследуется в литературе на других системах материалов. Однако в нашей системе изготовление полюсов и соединителей между ячейками с шероховатой поверхностью может привести к тому же, что и в других металлических системах, увеличивая коррозию, могут образовываться полости из-за газового охрупчивания, что приводит к распространению поверхностных трещин к сердечнику. Во время работы аккумулятора в результате химической реакции постоянно поднимаются газообразные водород и кислород. Вибрации аккумулятора также могут привести к усталости, если на начальном этапе появились трещины, вызванные коррозией. В образцах с высокой прогрессирующей коррозией на полюсах обнаруживаются полости большего диаметра и пути коррозии, что также может привести к взрыву полюса под влиянием усадки поверхности, что ограничивает любые попытки повысить цикличность батареи при высокой прогрессирующей коррозии.