Uma nova abordagem de aprendizado de máquina para quantificação de rugosidade superficial e otimização de peças fundidas

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 13369 (2023) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

A rugosidade superficial tem um impacto negativo na vida útil dos materiais. Acelera a corrosão por pites, aumenta a transferência efetiva de calor e aumenta a taxa de perda efetiva de carga. Contudo, a rugosidade superficial controlada é desejável em muitas aplicações. A bateria automotiva de chumbo-ácido é muito sensível a tais efeitos. Em nosso estudo de caso, a máquina fundida na cinta tem o maior efeito na rugosidade superficial da liga de chumbo-antimônio. A este respeito, as funções de correlação estatística são comumente usadas como descritores morfológicos estatísticos para funções de correlação heterogêneas. Funções de correlação de dois pontos são ferramentas frutíferas para quantificar a microestrutura de estruturas materiais bifásicas. Aqui, demonstramos o uso da função de correlação de dois pontos para quantificar a rugosidade da superfície e otimizar postes e tiras de chumbo-antimônio usados ​​na bateria de chumbo-ácido como uma solução para reduzir sua corrosão eletroquímica quando usados ​​em meios altamente corrosivos. No entanto, inferimos que este método pode ser utilizado no mapeamento de rugosidade superficial em uma ampla gama de aplicações, como tubos submersos em água do mar, bem como corte a laser. É investigada a possibilidade de utilizar informações obtidas a partir da função de correlação de dois pontos e aplicar o procedimento de recozimento simulado para otimizar as microirregularidades superficiais. Os resultados mostraram representação e otimização de superfície bem-sucedidas que concordam com a hipótese inicialmente proposta.

A joia da coroa da ciência dos materiais é o tetraedro dos materiais. Conhecer essas importantes relações entre seus componentes é a chave para projetar novos materiais com as propriedades desejadas. As características da superfície podem ajudar a prever a falha dos materiais. Na indústria de baterias de chumbo-ácido, postes e cintas (conectores entre cada célula eletroquímica) são importantes para conexão de corrente elétrica e térmica na bateria1. Portanto, controlar o aparecimento de fissuras superficiais em tais materiais é crucial para melhorar o desempenho da bateria e os processos de fabricação, bem como ajudar no projeto de componentes de bateria de chumbo de menor massa, reduzindo assim o consumo e a toxicidade do chumbo. Pólos e tiras são mostrados na Fig. 1. Embora os postes sejam os terminais da bateria, as tiras conectam as placas positivas entre si e as placas negativas entre si em cada célula de bateria de 2,1 V para formar uma pilha de bateria de 12,6 V2. Durante o processo de soldagem das placas em cada tira, as saliências das placas são fundidas e soldadas, produzindo uma superfície altamente rugosa. As pulseiras da bateria são imersas em um meio corrosivo (ácido sulfúrico de 1,27–1,28 sp. gr)2. Superfícies ásperas influenciam a corrosão eletroquímica dos materiais, resultando em baixa condutividade elétrica, condutividade térmica e início de trincas por fadiga durante a operação3,4,5. Observamos empiricamente que muitos pólos de baterias explodiram sob altas taxas de descarga. A rugosidade é o principal parâmetro de influência para a corrosão geral que é amplamente investigada em outros sistemas de materiais na literatura. No entanto, em nosso sistema, a produção de pólos e conectores entre células com superfície rugosa pode fazer o mesmo que outros sistemas metálicos, aumentando a corrosão, caminhos de cavidades podem ser produzidos devido à fragilização gasosa, levando à propagação de trincas superficiais em direção ao núcleo. Enquanto a bateria está operando, os gases contínuos de hidrogênio e oxigênio são elevados pela reação química. As vibrações da bateria também podem levar à fadiga se houver rachaduras iniciais influenciadas pela corrosão. Em amostras de corrosão altamente progressiva, cavidades de diâmetro maior e caminhos de corrosão encontrados nos pólos também podem levar à explosão do pólo, influenciada pelas contrações da superfície, limitando qualquer tentativa de melhorar a ciclabilidade da bateria em corrosão altamente progressiva.