使用硬碳涂层发动机部件可将摩擦力降至几乎为零

科学家们已经知道如何用类金刚石碳涂覆组件以减少摩擦。但现在，弗劳恩霍夫研究人员开发出一种激光电弧法，在这种方法中，几乎与金刚石一样硬的碳层可以在高涂布率和高厚度下以工业规模应用。通过将碳涂层应用于诸如活塞环和销的发动机部件，可以降低燃料消耗。“系统应用我们的新方法可以在未来十年内每年节省超过1000亿升的燃料，”德累斯顿弗劳恩霍夫物质与光束技术研究所的AndreasLeson教授说，该研究报告发表于2012年摩擦学国际期刊。

碳基涂料已经用于批量生产。但现在由Leson教授，Hans-JoachimScheibe博士和VolkerWeihnacht博士领导的IWS研究团队已经成功地以一致的质量水平在工业规模上生产无氢ta-C涂层。与传统的类金刚石涂层相比，这些四面体无定形碳涂层明显更硬，因此更耐磨损。“不幸的是，你不能只刮除钻石粉尘并将其压在元件上。所以我们不得不寻找不同的方法，”Scheibe博士说，他已经花了30多年的时间研究碳的减摩性能。

脉冲激光控制光弧与老式胶片投影仪类似，激光电弧法在真空中在阳极和阴极(碳)之间产生电弧。电弧由碳靶上的激光脉冲引发。这产生由碳离子组成的等离子体，其在真空中作为涂层沉积在工件上。为了在工业规模上运行该过程，脉冲激光在旋转的石墨圆筒上垂直扫描，作为控制电弧的手段。由于扫描运动和旋转，圆柱体均匀地转换成等离子体。为了确保始终如一的光滑涂层，磁场引导等离子体并过滤掉任何污垢颗粒。

激光电弧法可用于在高涂布率下沉积厚达20微米的非常厚的ta-C涂层。“高涂层厚度对于某些应用至关重要-特别是在汽车行业，其中元件长时间承受巨大负荷，”Weihnacht博士说。

汽车和摩托车制造商宝马正致力于在各种车型中实现ta-C发动机部件的工业规模实施，以降低其燃油消耗。Leson教授认为这是使用激光电弧法节省资源的第一个重要步骤。作为一名摩托车爱好者，他也看到了这一发展带来的另一个积极影响：“我们的研究有助于使摩托车更加环保，这一事实使我每次去旅行都能减轻我的良心，”他说，无法抑制一个微笑。

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