基于性能评价的预埋槽道防腐涂层寿命预测研究

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涂层的寿命预测与可靠性评价作为评估涂层服役状况的一种手段,围绕其开展的研究工作远远落后于铸造、锻造、焊接、热处理等材料成型与改性技术。目前对于涂层寿命预测和可靠性评价的研究文献不多,材料表面涂层寿命评价方法和寿命预测模型的研究对于表面工程技术的发展与应用具有重大意义,而对表面涂层体系进行合理地分类是进行涂层寿命预测的重要基础。轨道交通隧道内预埋槽道防腐涂层体系种类较多,但对于不同防腐体系的耐腐蚀性能对比研究很少,有关预埋槽道防腐涂层寿命预测研究内容更是空白。本论文对材料表面涂层体系的特性和分类方式进行了分析归纳,对材料表面涂层寿命评价方法进行了初步探讨,并结合轨道交通隧道内预埋槽道表面涂层耐腐蚀性能研究,基于BP神经网络理论建立了防腐涂层预测寿命模型。研究结果表明:(1)以涂层失效形式与机理为分类依据,可以根据涂层防护机理找到相应的内容,并寻找不同涂层间的相连关系;以服役环境为分类依据,可以根据服役环境级别选择不同涂层工艺,并找到影响涂层寿命因素并作为寿命预测模型参数。(2)从整体思路、发展路径、边界条件、关键因素、结论表达方式等角度初步探究了涂层寿命预测模型建立思路,并从热喷涂层、热障涂层、有机涂层、热浸镀层等单一涂层到复合涂层对该思路进行验证,通过已有数据证明了经验公式的可行性,初步提出复合涂层寿命预测经验公式。(3)从中性盐雾试验研究来看,复合涂层体系基本满足预埋槽道的防腐要求,耐腐蚀性能的优劣与复合涂层材料性能和制备工艺密切相关。单一热镀锌工艺耐盐雾试验性能较差,可通过严格控制热镀锌工艺的质量、提高锌层致密性、增加表面封闭层(如适当钝化)等方式,大幅提升其耐腐蚀性能。(4)预埋槽道表面涂层厚度越大耐腐蚀性能越高,复合涂层相较于单涂层耐腐蚀性能提升明显。单一热镀锌层厚度70μm-170μm的CASS时间为80h-110h,单一有机涂层厚度80μm-180μm的CASS时间为80h-130h,复合涂层总厚度160μm-320μm的CASS时间为280h-600h。涂层厚度较小时满足复合涂层经验公式,涂层厚度较大时不满足复合涂层经验公式。(5)本论文的BP神经网络模型选用30组试验数据,其中25组作为训练数据,5组作为验证数据,网络结构是一个输入层(包括二个节点,分别是锌层厚度和有机涂层厚度,神经元个数选用500个)、三个隐含层(神经元个数依次选用100、80、20个)、一个输出层(即铜盐加速酸性试验终点时间),模型迭代次数是5000次,预定误差是0.0001,5000次结束后误差值为6.2511e-4,5组验证数据的预测值与真实值误差分别是0.04%、0.53%、0.93%、0.59%、0.18%,由结果可知,所建立的预埋槽道涂层BP神经网络寿命预测模型是真实可靠的,在满足一定条件下可以预测预埋槽道任意厚度样品的耐腐蚀性能。
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