选择高岭土和纳米二氧化硅为触变剂,考察了触变剂类型及含量对硅油基磁流变液的摩擦磨损性能的影响,记录了摩擦系数随时间的变化曲线,测量了磨斑直径,采用SEM观察了磨斑的表面形貌,分析了磨损机理。结果表明,纳米二氧化硅在磁流变液中的抗磨性能优于高岭土。随着二氧化硅含量的增加,磁流变液的润滑性能变差,而磁流变液的抗磨性能在二氧化硅含量为1%时出现最佳值。硅油基磁流变液的磨损机理为三体磨粒磨损,触变剂的加入对磁流变液的磨损形式没有影响,但改善了磨损环境。

分别以羰基型、还原型、磷化型3种类型的羰基铁粉配制不同的磁流变液,采用四球摩擦磨损试验机研究不同类型及含量的羰基铁粉对磁流变液摩擦性能的影响,并考察不同基础油磁流变液体系对羰基铁粉的感受性。结果表明:在硅油体系和矿物油体系中,磷化型羰基铁粉均表现出好于其他2种羰基铁粉的摩擦性能;磁流变液的摩擦因数随着羰基铁粉含量的增加呈现先增大后减小的趋势,当羰基铁粉的质量分数为70%时,磁流变液表现出较好的摩擦性能;矿物油对羰基铁粉的感受性好于硅油。

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。

以羰基铁粉为磁性颗粒,SiO2为触变剂,油酸、硬脂酸、月桂酸、二聚酸、聚丙烯酸分别作为表面活性剂,制备硅油基磁流变液;采用MMW-1P型多功能摩擦磨损试验机考察表面活性剂对磁流变液摩擦磨损性能的影响,采用扫描电子显微镜观察钢球磨痕表面形貌,分析硅油基磁流变液的摩擦机制。实验结果表明,羧酸基类表面活性剂的加入增加磁流变液的黏度,影响其摩擦学性能,但磁流变液的磨损机制仍为典型的三体磨粒磨损。研究的5种表面活性剂中,硬脂酸、月桂酸减摩抗磨效果较好。

磁流变液的摩擦学性能对磁流变液的服役性能和耐久性能以及磁流变器件的设计和主动控制有着重要影响,在评价其性能时,应结合实际工况,将磁流变液的摩擦学性能作为一项重要指标进行考察。本文将磁流变液与电流变液和磁流体的摩擦学性能进行了对比,提出可以通过选择合适的摩擦改进剂来改善磁流变液边界润滑条件下的摩擦学性能。从两个角度综述了磁流变液的摩擦学研究现状,并指出发生在其中的边界润滑和颗粒自磨损问题严重影响磁流变液的服役性和耐久性。最后针对磁流变液摩擦学研究的不足,从设计摩擦磨损检测装置、建立流变与摩擦的联系和摩擦主动控制等角度对磁流变液的摩擦学研究在未来的进一步发展进行了展望。

通过外场作用改变摩擦来实现对摩擦的主动控制一直受到人们的关注。介绍了外场作用下的摩擦学研究现状,综述了在外场作用下以液晶、铁磁流体和有机盐水溶液等特殊润滑材料为介质对实现摩擦主动控制进行的研究,指出了存在的问题及展望磁流变液在实现摩擦主动控制的发展前景。

从磁流变液的配方设计入手,采用四球摩擦磨损实验机研究了不同类型的固体润滑剂对磁流变液摩擦性能的影响,并考察了固体润滑剂在不同触变剂体系和不同基础油体系磁流变液中的配伍性,记录了摩擦系数随时间的变化曲线。结果表明,无机层状结构类固体润滑剂和高分子化合物类固体润滑剂的加入均能有效地改善磁流变液的润滑性能,其中MoS2在无机层状结构类固体润滑剂中的润滑效果最佳,氮化硼的润滑效果最差。固体润滑剂在以SiO2为触变剂的磁流变液体系中的减摩效果优于以高岭土为触变剂的磁流变液体系。与硅油磁流变液体系相比,在矿物油磁流变液体系中聚四氟乙烯和氮化硼能能起到明显的润滑效果,MoS2和石墨的润滑效果变弱。

分别以不同粒径的SiO2粒子作为触变剂,以羰基铁粉为磁性颗粒,制备了矿物油基磁流变液。通过测量零场粘度、流变曲线、沉降率,以及摩擦系数等,考察了SiO2的粒径对磁流变液流变特性、稳定性以及摩擦学性能的影响。实验结果表明,(1)中等粒径的SiO2作为触变剂会明显增加磁流变液的零场粘度;(2)小粒径SiO2粒子的填补空隙作用,使得磁流变液在强磁场下磁致剪切应力明显增强;(3)磁流变液的沉降稳定性随着粒径的增大而明显改善,再分散性能下降;(4)较大粒径(100 nm)的SiO2粒子的磁流变液表现出良好的减摩性能。

主要研究了拥有相同极性基团不同长度的非极性基团的表面活性剂对磁流变液流变行为的影响。分别以油酸、聚甲基丙烯酸甲酯修饰后的羰基铁粉为可磁化颗粒,硅油为载液,经过超声分散制备磁流变液。黏度测试表明,低速剪切时,颗粒表面表面活性剂层的空间位阻作用(熵斥力)起主导作用,黏度降低;高速剪切时,表面活性剂层又会增大颗粒的内摩擦,使黏度增加。通过流变模型的定量分析也印证了上述结论。磁流变测试表明,油酸为表面活性剂的磁流变液对磁场有更强烈的响应,形成更强的链束结构,屈服应力增大,而聚甲基丙烯酸甲酯的作用相反。两种表面活性剂都明显改善磁流变液的沉降稳定性能,降低了沉降速率与最终沉降量。本研究为磁流变液表面活性剂的选用提供了参考。

本工作利用黄原胶包覆改性纳米气相SiO_2颗粒，制备了纳米SiO_2/黄原胶复合触变剂，研究了复合触变剂对磁流变液流变性能、黏弹性和悬浮稳定性的影响。结果表明:黄原胶大分子在纳米SiO_2颗粒表面形成了稳定的有机包覆层，含有复合触变剂的磁流变液在磁场下表现出了较高的剪切应力和屈服应力。黏弹性测试结果表明，无场条件下磁流变液具有较宽的线性黏弹区，而在外磁场作用下，加入复合触变剂的磁流变液内部形成了更加牢固的磁致链束结构，流动点变大，变形耗能增加。通过自然沉降法对磁流变液的悬浮稳定性进行测试，结果发现添加复合触变剂的磁流变液悬浮稳定性得到了进一步提升。