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。

采用四球摩擦磨损试验机考察了羰基铁-矿物油体系磁流变液和基础油摩擦系数随时间的变化曲线、磨斑直径，用扫描电镜观察了磨痕表面形貌。结果表明，与基础油相比，磁流变液的摩擦加剧，润滑性能降低，磁性颗粒是导致其润滑性能下降的首要原因；摩擦磨损机理主要是磨粒磨损，表现为犁沟效应。

本文综述了近年来在高性能磁流变液的合成制备、性能表征和工程应用等方面国内外开展的研究工作,并对高性能磁流变液在可靠性方面的发展趋势进行了阐述。

为考察基础油对磁流变液的影响,以羰基铁粉为悬浮介质,4种不同种类的基础油为分散相制备了磁流变液。采用MCR302流变仪进行旋转和振荡2种剪切模式测试,考察了基础油对磁流变液流变性能的影响。通过自然沉降法对不同种类基础油磁流变液的沉降稳定性进行评估。结果表明:磁流变液样品黏度及黏弹性与基础油的黏度和类型均有关,其中以聚α-烯烃为基础油的磁流变液具有较高的储能模量,在低剪切速率下表现出高零场黏度,而以乙基硅油为基础油的磁流变液储能模量较低且损耗因子随剪切频率波动较大,沉降稳定性较差。

以羰基铁粉作为悬浮介质,硅油为分散相,二聚酸为表面活性剂制备了磁流变液,使用MCR 302流变仪对磁流变液进行稳态剪切,考察了二聚酸种类及含量对磁流变液流变性能的影响,并通过自然沉降法对体系沉降稳定性进行测试。结果表明,二聚酸组分内的二聚体、三聚体可有效在磁流变液内部,与羰基铁粉颗粒建立吸附连接,形成空间结构,从而影响磁流变液的流变性能及沉降性能。

采用磁化顶球法为四球机点摩擦副加场,测试不同种类羰基铁粉制备的磁流变液在有场状态下的摩擦特性,分析羰基铁粉表面类型和粒径对磁流变液摩擦特性的影响。结果表明,在外磁场作用下,摩擦副间的摩擦程度减轻,磁流变液的润滑性能提升。还原型羰基铁粉制备的磁流变液在有场作用下表现出良好的润滑性能,羰基型磁流变液较差,而经过Si O2表面包覆的羰基铁粉能够有效减轻有场条件下磁流变液的摩擦。有场条件下,磁流变液的摩擦因数随羰基铁粉粒径的增大而增大。

磁流变液是一种流变特性可控的新型智能材料,具有响应快(毫秒级)、连续可调、能耗低等优良特点,在机械工程、汽车工业、精密加工、主动控制等领域具有广阔的应用前景。本文在总结近年来国内外有关磁流变液材料研究成果的基础上,分别从复杂流体、智能流体、结构流体三方面对磁流变液进行了概念界定,着重阐述了磁流变液的磁性能、流变特性、稳定性、再分散性以及摩擦学性能,分析了其中需重点解决的问题,并对磁流变液在工程中的应用进行了总结,最后从材料物理状态、结构流变学的角度对磁流变材料体系的进一步发展进行了展望。

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。