Un nuovo approccio di apprendimento automatico per la quantificazione della rugosità superficiale e l'ottimizzazione del getto

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 13369 (2023) Citare questo articolo

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La rugosità superficiale ha un impatto negativo sulla durata dei materiali. Accelera la corrosione per vaiolatura, aumenta il trasferimento di calore effettivo e aumenta il tasso di perdita di carica effettiva. Tuttavia, in molte applicazioni è auspicabile una rugosità superficiale controllata. La batteria al piombo per autoveicoli è molto sensibile a tali effetti. Nel nostro caso di studio, la macchina per la fusione delle cinghie ha l’effetto maggiore sulla ruvidità superficiale della lega piombo-antimonio. A questo proposito, le funzioni di correlazione statistica sono comunemente utilizzate come descrittori morfologici statistici per funzioni di correlazione eterogenee. Le funzioni di correlazione a due punti sono strumenti fruttuosi per quantificare la microstruttura delle strutture materiali a due fasi. Qui, dimostriamo l'uso della funzione di correlazione a due punti per quantificare la rugosità superficiale e ottimizzare i poli e le cinghie di piombo-antimonio utilizzati nella batteria al piombo come soluzione per ridurre la corrosione elettrochimica quando utilizzati in mezzi altamente corrosivi. Tuttavia, deduciamo che questo metodo può essere utilizzato nella mappatura della rugosità superficiale in un’ampia gamma di applicazioni, come tubi immersi nell’acqua di mare e taglio laser. Viene studiata la possibilità di utilizzare le informazioni ottenute dalla funzione di correlazione a due punti e di applicare la procedura di ricottura simulata per ottimizzare le microirregolarità superficiali. I risultati hanno mostrato una rappresentazione e un'ottimizzazione della superficie di successo che concorda con l'ipotesi inizialmente proposta.

Il gioiello della corona della scienza dei materiali è il tetraedro dei materiali. Conoscere queste importanti relazioni tra i suoi componenti è la chiave per progettare nuovi materiali con le proprietà desiderate. Le caratteristiche della superficie possono aiutare a prevedere il cedimento dei materiali. Nell'industria delle batterie al piombo, i poli e le fascette (connettori tra ciascuna cella elettrochimica) sono importanti per il collegamento della corrente elettrica e termica nella batteria1. Pertanto, controllare l’insorgenza di crepe superficiali in tali materiali è fondamentale per migliorare le prestazioni delle batterie e i processi di produzione, nonché per aiutare nella progettazione di componenti delle batterie al piombo di massa inferiore, riducendo così il consumo e la tossicità del piombo. Poli e cinghie sono mostrati in Fig. 1. Mentre i poli sono i terminali della batteria, le cinghie collegano le piastre positive tra loro e le piastre negative tra loro in ogni singola cella della batteria da 2,1 V per formare una pila di batterie da 12,6 V2. Durante il processo di saldatura delle piastre su ciascuna cinghia, le alette delle piastre vengono flussate e saldate producendo una superficie altamente ruvida. Le cinghie della batteria sono immerse in un mezzo corrosivo (acido solforico di 1,27–1,28 sp. gr)2. Le superfici ruvide influenzano la corrosione elettrochimica dei materiali, determinando una scarsa conduttività elettrica e termica e l'insorgenza di cricche da fatica durante il funzionamento3,4,5. Abbiamo osservato empiricamente che molti poli delle batterie sono esplosi sotto elevati tassi di scarica. La rugosità è il principale parametro di influenza per la corrosione generale che è ampiamente studiato in letteratura in altri sistemi di materiali. Tuttavia, nel nostro sistema, produrre poli e connettori tra celle con la superficie ruvida può fare lo stesso di altri sistemi metallici aumentando la corrosione, si possono produrre percorsi di cavità a causa dell'infragilimento gassoso che porta alla propagazione di cricche superficiali verso il nucleo. Mentre la batteria è in funzione, i gas continui di idrogeno e ossigeno si sollevano a causa della reazione chimica, le vibrazioni della batteria possono anche causare affaticamento se si verificano crepe iniziali influenzate dalla corrosione. Nei campioni ad elevata corrosione progressiva, cavità di diametro maggiore e percorsi di corrosione sui poli possono anche portare all'esplosione dei poli influenzata dai ritiri superficiali che limitano qualsiasi tentativo di migliorare la ciclabilità della batteria in caso di corrosione altamente progressiva.