为了改善羰基铁粉与硅油的相容性,提高磁流变液的沉降稳定性,选用硅烷偶联剂为表面改性剂,采用分散聚合法对羰基铁粉进行表面改性。通过傅立叶红外光谱、扫描电子显微镜、激光粒度分析仪等手段对改性前后羰基铁粉的结构、形貌和粒径进行了表征。同时还以改性前后的羰基铁粉为悬浮相,以硅油为分散相制备磁流变液。研究结果表明,改性后的羰基铁粉表面吸附有偶联剂,其粒径增大了2.4倍,与硅油有良好的亲和性,采用改性后的羰基铁粉可以显著改善磁流变液的沉降稳定性,同时偶联剂的添加会增大磁流变液的粘度,但是对流变性能影响较小。

以羰基铁粉为分散相,以硅油为连续相,采用高速球磨分散的方法制备磁流变液,考察了磁流变液制备过程中转速对其粘度、沉降稳定性、流变性能的影响。研究发现,球磨机的转速对磁流变液的粘度和沉降稳定性影响很大。随着球磨机转速的不断提高,其粘度呈现出先减小后增大的趋势,当转速为300r/min时,所获的零场粘度最低。其沉降稳定性与粘度有很好的对应关系,即粘度大的沉降速率慢,粘度小的则沉降速率快,在转速为400r/min,所获得的沉降稳定性最好,同时获得的剪切应力也最高。因此,在磁流变液组成成分不变的情况下,制备磁流变液的过程中可以通过改变球磨机的转速来改变磁流变液的零场粘度、沉降稳定性和流变性能。

选用7种羰基铁粉通过机械球磨法制备磁流变液,利用四球摩擦实验机测试不同荷载和转速条件下磁流变液的摩擦系数,观察并计算磨斑直径,用电子显微镜(SEM)观察磨斑形貌,分析羰基铁粉表面类型、包覆和粒径对磁流变液摩擦磨损性能的影响。结果表明,磷化型羰基铁粉制备的磁流变液摩擦磨损性能优于还原型,羰基型最差;纳米Si O2包覆羰基铁粉能够有效降低磁流变液的摩擦磨损;低荷载条件下,磁流变液摩擦磨损性能受羰基铁粉粒径影响较大,在一定范围内减小粒径能够改善润滑性能,而随着荷载升高,这种影响逐渐减小。

通过计算机模拟及实验研究了磁流变液颗粒在渐变磁场作用下的成链过程。首先从理论上建立了磁流变液成链过程的物理模型,采用蒙特卡罗方法模拟了其在渐变磁场作用下成链的详细过程。其次,采用光学显微镜观察了磁流变液在渐变磁场作用下的成链过程。数值模拟和实验结果表明,在平行磁场中,当外部磁场为零时,磁流变液的磁性颗粒处于随机分布状态。随着磁场强度的增加,磁性颗粒产生磁团聚形成链状絮凝体,进而由二连体或三连体发展到多连体,甚至网状及柱状结构;在倾斜磁场中,磁流变液中的聚合链也同时旋转,磁性颗粒沿着磁场方向从小链逐渐增大到大链,最后全部沿着磁场方向呈链状或柱状排列。研究结果对优化磁流变液材料的配置和设计高性能磁流变液装置具有重要意义。

杆形颗粒磁流变液是新近出现的新型磁流变液,它比传统磁流变液具有更好的性能。基于磁力学理论,通过分析磁化链中杆形颗粒的受力,包括磁力、压力、摩擦力及磁场对颗粒的力矩等,建立了磁流变液的剪切屈服应力模型,并和球形颗粒磁流变液加以对比,发现杆形颗粒磁流变液具有更高的屈服应力。计算结果和实验数据的比较表明,该模型能描述不同磁场强度下杆形颗粒磁流变液的屈服应力,并通过分析摩擦和颗粒尺寸的影响,发现增大颗粒摩擦系数和颗粒细长比能有效提高该磁流变材料的剪切屈服应力。

对一种新型磁流变液传动器件——磁流变液联轴器的磁场进行了有限元分析,研究了工作区的间隙对磁流变液联轴器磁感应强度和剪切应力的大小及分布的影响。通过分析表明,当工作区间隙由0.2mm增加到2.0mm时,工作区的磁感应强度逐渐减小,而磁感应强度和剪切应力沿长度方向的分布却逐渐趋于均匀,磁感应强度最大值与最小值之差由0.65T减小到0.35T;无论是当工作区磁流变液的磁场达到饱和时,还是当磁感应强度使剪切应力达到屈服值时,剪切应力都不会再随磁感应强度升高而增大。通过计算可知,对于所研究的直径与长度之比为5/7的磁流变液联轴器,当工作区间隙由0.2mm增加到2.0mm时,它所能传递的工作扭矩仅降低25%。因此在设计其磁场时应综合计及加工、安装精度及生产成本等因素合理选择工作区的间隙,推荐选用1.2mm左右的工作间隙。

为研究磁流变液的静置沉降特性,实现磁流变液沉降特性局部嵌入式实时动态监测,提出了一种基于电容率测量的磁流变液沉降特性测量方法。依据不同固体质量含量的磁流变液电容率的差异,通过检测以磁流变液为介质的圆柱形电容器的电容值,并计算出电容率比率与磁流变液固体质量含量的关系,表征磁流变液沉降特性。设计了磁流变液静置沉降测量装置,并对15个不同固体质量含量的SG-MRF2035型磁流变液进行了固体质量含量与电容率测量试验。试验结果表明电容率比率与磁流变液固体质量含量呈现正相关特性,基于电容率测量的磁流变液沉降特性测量方法能够有效地用于磁流变液沉降特性测量,并可嵌入到磁流变液应用产品内部实现磁流变液沉降特性的局部、实时动态监测。

设计研发了一种新型的固液两相混合物沉降浓度测量系统,并将该系统应用于硅油基羰基铁粉磁流变液的沉降浓度测量。该系统首先用热针法对被测样品进行加热并获得样品温度与时间变化关系,计算样品导热系数,再根据所建立的沉降浓度与导热系数的对应关系,间接得到样品的沉降浓度。对硅油基羰基铁粉磁流变液沉降浓度的一系列实时在线测量实验,表明了该系统具有硬件成本低、测试速度快、测量结果可靠、可长期实时在线检测等优点,具有较大的应用前景。

磁流变液是一种高效可控的新型材料,研究其磁流变机理有着广阔的应用前景.目前学者对磁流变剪切特性的多因素分析研究较少.采用LAMMPS分子动力学的方法建立了磁流变液微观模型,分析了磁性颗粒间的相互作用,对磁流变液的剪切过程进行了二维状态下的微观数值模拟,并综合分析了影响剪切屈服应力的主要因素.模拟结果表明,磁性颗粒会沿着磁场方向形成若干条长链状结构,颗粒链受到剪切作用发生变形、倾斜甚至断裂;剪切速率较低时,剪切屈服应力保持稳定;随着颗粒体积百分率的增加,剪切屈服应力呈线性增加的趋势;低磁场强度时,剪切屈服应力随磁场强度增加而增长较快,较高磁场强度时,剪切屈服应力随磁场强度增加的增速放缓;在一定范围内颗粒半径越大,粒径分布越集中,剪切屈服应力越大;随着模拟温度的增加,剪切屈服强度先保持稳定,后下降逐...

探讨二烷基二硫代氨基硼酸酯的抗磨减摩性能。合成了一种新型含硫含氮硼酸酯挤压抗磨添加剂(CNSB)。将合成的有机含硫含氮硼酸酯按比例加入到基础油T100中,制成润滑油样。利用四球摩擦磨损试验机考察各油样的抗磨减摩性能,利用扫描电子显微镜观察磨斑表面形貌。对多组样品的磨斑直径、摩擦系数、最大无卡咬负荷、磨斑表面形貌进行对比,探究二烷基二硫代氨基硼酸酯的抗磨减摩性能和机理。伴随着添加剂CNSB质量分数增加,磨斑直径、摩擦系数迅速减小,最大无卡咬负荷明显增加。添加1.5%CNSB的油样磨斑直径下降了28.95%;添加2.0%CNSB的油样摩擦系数下降了34.48%;添加2.0%CNSB的油样的最大无卡咬负荷增加了539N。在摩擦过程中,合成的CNSB发生分解反应,出现的活性S元素和少量的N、B元素,形成润滑保护薄膜,从而起到了抗磨减摩作用。