磁流变液中的磁性颗粒要求具有高矫顽力、低比重,在相当大的温度范围内保持较高的稳定性。基于以上,综述了各种磁性颗粒的特点、发展历程及其各种物理化学制备方法,阐述了各种制备方法与磁性颗粒结构及性能的关系,对比分析了各种磁性颗粒对磁流变液性能的影响,指出了目前存在的问题,展望了磁性颗粒的制备方法与结构、性能机理的发展趋势。

磁流变液的电学特性可以广泛应用于自动控制、医疗、汽车工业、飞机制造等诸多领域。推导出了磁流变电容与介电常数之间的计算公式,制作了可以盛载磁流变液的可变电容,测量了磁流变液作为电解质时电容随磁场的变化情况,以及不同浓度的磁流变液的介电常数随磁场的变化情况,得到了磁流变液电容-磁场变化的曲线和磁流变液介电常数-磁场变化的曲线,最后对实验结果作了分析,得出当磁场增大时,介电常数也变大,从而导致磁流变电容增大的结论。

磁流变液(MRF)的力学性能与其微结构密切相关,而其微结构的形成与演化受多种因素的影响。研究了静磁场和剪切作用下磁流变液微结构的形成与演化。在静磁场作用下,分析了颗粒体积分数和磁感应强度对其微结构的影响;在剪切作用下,观测了微结构的动态演化过程。实验结果表明,在相同磁感应强度下,随着颗粒体积分数的增加,通链数目逐渐增多,孤立链减少,且由相互独立的单链转变为相互聚集的束链,在相同颗粒体积分数下,随着磁感应强度的增加,颗粒链的间距增大,链的聚合度明显提高;在剪切过程中,成功地捕捉到了磁流变液颗粒链从形成→拉伸→断裂→重组的动态演化过程,当该过程达到动态平衡时,为磁流变液提供了稳定的抵抗宏观剪切的能力。

磁流变液的安全性是其应用推广的重要保障,对磁流变液导电特性(绝缘特性)的研究有着重要意义。实验的目的是测量出磁流变液的阻值随磁场变化规律,并分析其导电性能。设计制作了磁流变液电阻,该电阻是上下底面为金属的圆柱体容器,容器内装满磁流变液。在外加磁场作用下,由于两金属极板间的磁流变液的磁性颗粒连接成链,使极板间的导电性能发生变化,从而导致电阻减小。推导出了电阻表达式,表明与实验结果相符。

研究了磁流变液在大范围磁场强度下的拉伸行为,并将其分为4种类型,提出了归一化的拉伸应力和归一化的磁场强度。结果显示,通过对拉伸应力和磁场强度的归一化处理,清楚地显示了不同磁场强度下的应力-应变曲线类型,可以利用下降的磁场效应和加强的结构效应来估算和比较磁流变液在不同磁场强度下的拉伸行为。根据拉伸行为的改变,发现拉伸屈服应力与磁场强度的关系指数随着磁场强度的增加而增大。

为了保证磁流变液的可靠应用,采用实验方法,系统研究了温度对磁流变液流变性能的影响,分析了磁流变液的热沉降稳定性、热磁化强度、热表观粘度、热膨胀性以及热屈服应力,研究表明,温度对磁流变液流变特性均存在一定影响,在120℃时,其稳定沉降率较室温增加11%;在100℃以内,热磁化强度变化较小,而在300℃时热磁化强度降低16%;其表观粘度变化规律与基载液的粘温特性密切相关;在220℃时磁流变液热膨胀率达到18%,热膨胀率较高;温度升高,其剪切屈服应力变化显著,220℃时较室温剪切屈服应力降低了15%。

基液是影响磁流变液性能的重要因素。与传统基液相比,离子液体的粘度适中、具有极性,能够作为制备新型磁流变液的基液。选用1-辛基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体为基液,以羰基铁粉为分散相颗粒,制备颗粒体积分数为20%的磁流变液,并与传统硅油基磁流变液进行性能对比。流变学测试结果表明,在436 kA/m下离子液体基磁流变液的最高剪切屈服应力相较硅油基磁流变液提高了29%,离子液体基磁流变液具有更显著的磁流变效应。

磁流变液凭其灵活、可控、稳定的特点成为应用最广的智能材料,磁流变液的稳定性对磁流变液功能的实现具有非常重要的意义。对磁流变液在机械传动、精密加工、医学、土木工程等领域的应用及其原理进行综述,总结对比了多种磁流变液沉降稳定性的检测方法。重点介绍磁流变液沉降稳定性的影响因素,通过总结不同类型添加剂的作用机理,从沉降率的角度对比分析了添加剂对磁流变液沉降稳定性的影响。同时指出改变磁性颗粒的结构、形成低密度复合材料主要是通过增大磁性颗粒与基载液之间的摩擦力和减小磁性颗粒和基载液之间的密度差来改善磁流变液的沉降性能。最后对磁流变液的发展趋势进行预测。

将聚酰亚胺(PI)、石墨和铜粉按照不同比例混合填充聚四氟乙烯(PTFE)形成新的复合材料,分别在MMU-2端面摩擦磨损试验机上进行摩擦性能测试,并将磨损后的试样在JSM-5600LV扫描电子显微镜下观察摩擦表面的磨痕和复合材料的转移情况,确定出最佳配比。为了研究试验条件对材料摩擦学性能的影响,对最佳配比PTFE基复合材料通过改变试验条件再次进行试验。结果表明,聚酰亚胺可增强填充PTFE的耐磨性,Cu可增加转移膜与对偶件结合的强度,而石墨有利于转移膜的形成;当PI的质量分数为25%,石墨质量分数为5%,Cu粉质量分数为5%时,材料的摩擦学性能表现最好;当滑动速度>4.5m/s,载荷>300N时,试样表面温度均大于120℃,复合材料进入高温摩擦阶段,摩擦表面发生蠕变,转移膜出现灼烧现象。

作为一种智能材料磁流变流体已经被用于振动和冲击控制、地震衰减控制、速度和加速度控制、无动作部件液压阀的设计以及光学元件研磨和抛光等领域.本文将磁流变流体用于溢流阀的设计给出了磁流变流体溢流阀的结构及数学模型并对新型溢流阀进行了仿真和试验研究.