Hybrid Taguchi-RSM-Machine Learning Framework for Predicting and Optimizing the Tribological Performance of PVD Hard Coatings

田口方法 摩擦学 涂层 材料科学 随机森林 响应面法 支持向量机 物理气相沉积 氮化钛 沉积(地质) 钛合金 冶金 钛 机器学习 复合材料 碳化物 均方误差 铝 摩擦系数 梯度升压 刀具 接触面积 表面粗糙度 气相沉积 化学气相沉积 使用寿命
作者
Umesh Subhash Patharkar,Sunil Apparao Patil,Aniket Kailas Shahade
出处
期刊:Journal of Bio- and Tribo-Corrosion [Springer Science+Business Media]
卷期号:12 (3)
标识
DOI:10.1007/s40735-026-01196-9
摘要

The tribological properties of Physical Vapour Deposition (PVD) hard coatings depend largely on coating chemistry, deposition thickness, operating temperature, and applied contact load. Mapping this multi-dimensional parameter space through exhaustive experimentation is both time-consuming and costly. The present study has undertaken an integrated three-tiered approach, where the Taguchi signal-to-noise (S/N) ratio method, Response Surface Methodology (RSM), and three supervised machine learning regressors, viz. Random Forest (RF), Extreme Gradient Boosting (XGBoost), and Support Vector Regression (SVR) were used to predict and minimise the specific wear rate of PVD coatings. This study covers commercial coatings such as aluminium titanium nitride (AlTiN), chromium nitride (CrN), and titanium carbide (TiC). To decide the tribological properties of the aforementioned coatings, a dataset with 28 experimental observations was used. These 28 observations had temperatures of 40–50 °C, contact loads of 5–15 N, and coating thicknesses of 2–4 μm. A full second-order RSM model achieved R² = 0.901 (Adj-R² = 0.834, RMSE = 0.0076 mm³·N⁻¹·m⁻¹) and identified contact load and coating chemistry as the sole statistically significant predictors. Among the machine learning regressors evaluated under fivefold cross-validation, Random Forest delivered the highest generalization accuracy (mean CV R² = 0.719, full-data R² = 0.905, RMSE = 0.0082 mm³·N⁻¹·m⁻¹, MAE = 0.0067 mm³·N⁻¹·m⁻¹), followed by XGBoost (CV R² = 0.613) and SVR (CV R² = 0.435). A combinatorial ML optimisation identified AlTiN deposited at 3 μm under a 10 N load at 45 °C as the optimal configuration, with a predicted wear rate of 0.01264 mm³·N⁻¹·m⁻¹ converging with the RSM and Taguchi optima, thereby cross-validating all three methodologies.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
斯文凝蕊发布了新的文献求助10
1秒前
共享精神的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
自然的戾的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
自然的戾的应助被科研通管家采纳,获得10
1秒前
傑24完成签到 ,获得积分10
1秒前
1秒前
北白川anko的应助被科研通管家采纳,获得30
1秒前
我是老大的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
深情安青的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
Jasper的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
李爱国的应助被李洋采纳,获得10
2秒前
今后的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
27发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
彭于晏的应助被科研通管家采纳,获得10
2秒前
今后的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
共享精神的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
3秒前
酷波er的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
v0id的应助被科研通管家采纳,获得30
3秒前
所所的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
大模型的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
SciGPT的应助被科研通管家采纳,获得10
3秒前
共享精神的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
Lucas的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
SciGPT的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
所所的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
赘婿的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
科研通AI6.4的应助被61采纳,获得10
4秒前
慕青的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
打打的应助被科研通管家采纳,获得10
4秒前
顺为而通的应助被科研通管家采纳,获得10
5秒前
5秒前
学术雷锋的应助被科研通管家采纳,获得20
5秒前
拥你入怀发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
5秒前
8秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Energie-Contracting 1500
Spec 401: Standards for Jet Fuel Facility and Equipment Commissioning and Flushing at Airports, 2026.1 (Original Issue) 1000
Spec 103: Standard for Jet Fuel Quality Control at Airports, Revision 2026.1 1000
Klimaschutzrecht durch den Energiesektor im Mehrebenensystem – Ein Rechtsvergleich 1000
二维钙钛矿人工光电突触的可塑性及应用的研究 500
Topological Photonics: Fundamentals and Applications 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 物理 复合材料 内科学 催化作用 光电子学 人工智能 细胞生物学 无机化学 物理化学 数学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 8095138
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9506550
关于积分的说明 21455463
捐赠科研通 7668928
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3406204
关于科研通互助平台的介绍 2534235
邀请新用户注册赠送积分活动 2445611