对近年来发展的高性能磁流变液的磁学特性、流变学特性、抗沉降团聚稳定性、温度稳定性、摩擦学特性、应用性能、耐久性做了简要介绍和讨论。

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。

采用球磨机球磨分散的方法制备磁流变液,着重考察了球磨分散时间对其性能的影响。利用旋转粘度计和自然沉降法对磁流变液的粘度、流变性能和沉降稳定性进行了测试。用扫描电子显微镜观察了磁性颗粒的表面形貌,分析了球磨时间影响磁流变液性能的机理。研究发现,随着球磨时间的延长,磁流变液的粘度表现出先减小后增大的趋势,其沉降稳定性与其粘度呈反比关系,即粘度大的则沉降速率慢,粘度小的则沉降速率快。在有场条件下,磁流变液所获得的剪切应力与其球磨时间有一定的对应关系,球磨时间较短的则获得的剪切应力较大,球磨时间较长的所获得的剪切应力较小。

以羰基铁粉为悬浮相、硅油为分散相,分别加入石墨、硼酸三丙酯、四硼酸钠和四硼酸钾作为润滑添加剂,采用球磨分散的方法制备磁流变液。用四球摩擦磨损试验机考察4种润滑添加剂在磁流变液中的摩擦磨损性能。采用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌,并进行机制分析。结果表明,磁流变液抗磨性能非常差,主要是以三体磨粒磨损为主,加入4种润滑添加剂后均能提高磁流变液的抗磨性能,其中以四硼酸钠的减摩抗磨效果最好,抗磨性能相比提高了57%。

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。