超短激光脈沖可用于在車輛發(fā)動機中的活塞環(huán)上產(chǎn)生微圖案，以減少它們的摩擦并最終減少車輛的燃料消耗。（圖片F(xiàn)raunhofer IWS）
位于德國德累斯頓的弗勞恩霍夫材料與光束技術(shù)研究所的工程師們正致力于使用超快激光器在車輛內(nèi)燃機的部件上生成微結(jié)構(gòu)，以減少其摩擦，從而降低車輛的整體燃料消耗超過10％。
當汽車發(fā)動機中的活塞每分鐘上下移動幾千次時，它們會摩擦汽缸的內(nèi)壁。這種摩擦會減慢它們的速度，浪費動能并最終加速燃料。此外，隨著時間的推移，小的材料損失和變形會損壞發(fā)動機。
因此，IWS工程師使用500飛秒超快激光脈沖在發(fā)動機的活塞環(huán)上產(chǎn)生精細結(jié)構(gòu) - 跨越幾微米的小孔，以減少它們的摩擦。這種環(huán)將活塞封裝成密封件，以使?jié)櫥瓦h離燃燒室。雖然看不見，但在顯微鏡下，結(jié)構(gòu)化的孔看起來像排水通道或魚骨。
根據(jù)Fraunhofer IWS的Udo Klotzbach博士的說法，這些骨骼模式有兩個功能：“一方面，它們減少了可以摩擦氣缸壁的區(qū)域。另一方面，通道將發(fā)動機油引導到通常發(fā)生最大摩擦損失的區(qū)域。從某種意義上說，如果我們堅持魚骨[類比]，它的脊柱就是新油在需要時流過的通道。
當發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，微結(jié)構(gòu)使得保護油膜始終在環(huán)和氣缸內(nèi)壁之間浮動，因此減少了系統(tǒng)內(nèi)的摩擦。
Klotzbach估計，如果內(nèi)燃機中選定的單個零件采用這種工藝處理，汽車可以減少汽油或柴油的百分之幾。他補充說：“如果我們也用它來加工滑動軸承，滾動軸承和其他移動車輛部件，并計算整個汽車，我們甚至可以節(jié)省兩位數(shù)的百分比。”
在許多其他機械系統(tǒng)中出現(xiàn)類似的摩擦問題，例如在機車或銑床中。 即使是現(xiàn)代電動汽車也會因電動機和其他運動部件的摩擦而浪費部分電池電量。根據(jù)Fraunhofer IWS的預測，預測顯示這種摩擦和相關(guān)磨損每年消耗德國經(jīng)濟產(chǎn)出的2-7％左右。根據(jù)Klotzbach的說法，微結(jié)構(gòu)因此可以顯著減少這些摩擦損失 - 以及相關(guān)的支出 - 同時使系統(tǒng)的組件平均延長約30％。
弗勞恩霍夫工程師開發(fā)了新工藝，使其可用于大規(guī)模生產(chǎn)，現(xiàn)在正與汽車行業(yè)的合作伙伴一起進行測試。IWS科學家們還在探索其微型魚骨的其他應用，例如機械工程和運動器材。
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