1、中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)羥基鐵粉基懸浮液的磁流變特性摘要目的：本文的主要目的是陳述磁流變液由?；F粉粒組成這一調(diào)查結(jié)果， 并分析通過(guò)一個(gè)控制的應(yīng)用外磁場(chǎng)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)形成的條件下它們的流動(dòng)行為，以及研究它們的形態(tài)，磁特性，沉降穩(wěn)定性和所檢驗(yàn)的磁流變液的磁 流變性能。設(shè)計(jì)/方式/方法：新型磁流變液由硅油1050 OK出口談基鐵粉相混合。此 外，為了減少沉淀二氧化硅氣凝膠200被用來(lái)當(dāng)做穩(wěn)定劑來(lái)添加。為了達(dá)到確定被分析的流液的性質(zhì)這一目的，對(duì)流體的沉積度和其動(dòng)力粘度進(jìn)行 了調(diào)查。調(diào)查結(jié)果：調(diào)查磁流變液的動(dòng)力粘度變化急劇并且可逆來(lái)響應(yīng)外部施加 磁場(chǎng)。而且氣相二氧化硅所添加的粒子抑制了玻基鐵顆粒的

2、沉淀。研究限制/問(wèn)題：磁流變液具有優(yōu)異的性能并且可以應(yīng)用于土木工程， 工程安全，交通和生活科學(xué)的各種領(lǐng)域。他們提供了機(jī)械性能的主動(dòng)控制 這一優(yōu)秀的性能，但是對(duì)于磁流變液的耐久性的影響因素和裝置現(xiàn)在還沒(méi) 有一個(gè)系統(tǒng)出版的研究。很少有信息是關(guān)于揭示不同的磁流變液體的溫度 的影響。正是因?yàn)檫@個(gè)原因還需要進(jìn)一步努力，以取得更好的成績(jī)。獨(dú)創(chuàng)性/價(jià)值：這個(gè)調(diào)查結(jié)果是可靠的，并且對(duì)設(shè)計(jì)者和許多工業(yè)部門(mén) 的從業(yè)人員是非常有用。關(guān)鍵詞：磁流變智能材料；磁流變材料；?；F粉；磁流變性能1 .序言磁場(chǎng)響應(yīng)流體包 括磁流變液，磁流體和電流變液。在大多數(shù)情況下，這些材料的共同的財(cái)產(chǎn)是他們都是粒子在載體液體中的分散化并且

3、流變學(xué) 的某些方面是由外部電場(chǎng)或磁場(chǎng)控制的。典型的磁流變液是微米大小的， 帶有磁化粒子（鐵，鐵氧化物，氮化鐵，鐵合金，降低?；F，?；F粉 減數(shù)，二氧化銘，碳鋼，硅，銀，鉆，以及它們的組合）的懸浮物體。這 些磁化粒子懸浮在一個(gè)合適的液體載體上，如礦物油，合成油，水或乙二 醇。這種液體載體起著分散介質(zhì)和確保顆粒在流體中分布均勻。通常情況 下，磁化的粒子的直徑的范圍是從3微米到5微米之間。磁流變液的磁流 響應(yīng)的關(guān)鍵在于 通過(guò)應(yīng)用外部磁場(chǎng)來(lái)極化誘導(dǎo)的懸浮顆粒。在這個(gè)結(jié)果之 間的相互作用產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極使粒子形成的柱狀結(jié)構(gòu)，與應(yīng)用領(lǐng)域相互平行，如圖1所展示。這些類(lèi)似鏈狀的結(jié)構(gòu)限制了流體的運(yùn)動(dòng)，因此增加懸浮

4、物 的粘性。圖1.磁流變?具有/不具有的微觀結(jié)構(gòu)外部 磁場(chǎng)。從本質(zhì)上說(shuō)，當(dāng)外部磁場(chǎng)被應(yīng)用，磁流變液行為從一種液體狀態(tài)轉(zhuǎn)變 到一種類(lèi)似固體 凝膠。急劇轉(zhuǎn)變的磁流變液的速度可以相當(dāng)快速，一般為 10 - 3和10 - 4秒。因此，磁流變液可用于執(zhí)行各種阻尼方案。根據(jù)磁 場(chǎng)改變磁流變液的屈服強(qiáng)度的能力，使磁流變液改變結(jié)構(gòu)剛度和阻尼系數(shù)， 從而使結(jié)構(gòu)“聰明”或“智能”。該磁流變液的性 能流體允許其在許多商 用產(chǎn)品方面使用。例子包括小型的、實(shí)時(shí)線性阻尼器。半主動(dòng)振動(dòng)車(chē)輛和旋轉(zhuǎn)剎車(chē)控制。地震運(yùn)動(dòng)在建筑和橋梁、磁性磨料流加工、磁性浮動(dòng)拋光的應(yīng)用的大型半主動(dòng)控制線性阻尼器。并且支持康復(fù)過(guò)程的特殊用途的設(shè) 備。

5、2 .實(shí)驗(yàn)?；F粉被選定（減少羥基鐵，氧化硅涂層，巴斯夫，德國(guó)）作為一 個(gè)模型粒子懸浮系統(tǒng)。這是因?yàn)椴；F粉是軟磁材料并具有高飽和磁化強(qiáng) 度的特點(diǎn)。平均顆粒大小和密度分別是6.0-8.0微米和4.3克/立方厘米。 濃度固定在質(zhì)量分?jǐn)?shù)20方口 40%為了減少沉降的顆粒附加組件（1對(duì)詞量）被添加到液體中間。氣相二氧化硅的硅油（氣相二氧化硅 200,德固賽， 德國(guó)）被選擇。載體液體的功能主要是提供了一種液體，在這種液體中磁性的有源相 顆粒懸浮其中。載體液體應(yīng)該也在很大程度上對(duì)磁性粒子沒(méi)有反應(yīng)。同樣 的情況，載體液體應(yīng)該對(duì)在設(shè)備中使用的組成或材料沒(méi)有反應(yīng)。當(dāng)選擇了 一種載體液體，要考慮的沸騰溫度、高溫

6、下的蒸氣壓和冰點(diǎn)是非常重要的。 由于這些原因這樣的磁顆粒分散在無(wú)色硅油（一氧化硫，OKS德國(guó)）。磁流變特征的研究利用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)，它可以作為粘度也可以作為實(shí)驗(yàn)室離 合器的功能（圖2）。圖2.磁共振效應(yīng)測(cè)量裝置1軸（驅(qū)動(dòng)）和內(nèi)筒，外筒2-, 3 - , 4 -針和角位移規(guī)模第3頁(yè)共11頁(yè)中北大學(xué)2012屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(a b)100%鼓。 被沉浸在磁流液中并且通過(guò)驅(qū)動(dòng)器旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)。電流在線圈（3） 中流動(dòng)，產(chǎn)生了磁場(chǎng)。這個(gè)磁場(chǎng)你能夠增加磁流體的粘度。通過(guò)增加提供 給線圈的電壓，在磁流體粘度的變化是可以觀察到的。適用的扭矩轉(zhuǎn)移到 內(nèi)筒（1）來(lái)移動(dòng)外圓柱形容器（2）。幅停止了外筒的運(yùn)動(dòng)并且轉(zhuǎn)變角 位

7、移量表的適當(dāng)?shù)奈恢蒙系尼槪?）。隹壓逐1ft從1.25伏以上變化到了 6伏， 并以0.5伏的步法增長(zhǎng)。每次測(cè)量都會(huì)重復(fù)三次，然后取平均值。通過(guò)在 室溫下載體油在 清澈和混濁部分邊界的位置變化的視覺(jué)觀察來(lái)測(cè)量沉降 4制備的樣品被放置在圓柱形玻璃測(cè)試管（長(zhǎng)1米，直徑30毫米）內(nèi)幾天 沉降率的計(jì)算公式為（1）:b(a b)10%在公式中：a代表透明液體的長(zhǎng)度b代表渾濁液體的長(zhǎng)度線圈電流和磁場(chǎng)強(qiáng)度是可控的并且使用一個(gè)單獨(dú)的控制單元材料結(jié)構(gòu)的金相 檢查和其化學(xué)構(gòu)成是由飛利浦xl - 30掃描電鏡和在20 千伏加速電壓下的能量色散X射線光譜儀譜。3 .結(jié)果與分析觀察玻基鐵鑄鐵 及應(yīng)用穩(wěn)定劑后的磁流變液體-

8、在使用掃描電子顯微鏡進(jìn)行二氧化硅（Aerosil 200）的微觀觀察。圖3顯示的是掃描電子顯微鏡下鑄鐵的形態(tài) 及特征。?；F粒子的大小分布一般呈球形。當(dāng)處于外加磁場(chǎng)條件下，通 過(guò)鏈的斷裂和轉(zhuǎn)化，剪切變形會(huì)促使初步構(gòu)建的這些粒子 的鏈結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為個(gè)別鏈的組合式結(jié)構(gòu)。止匕外，為了確定用于制備磁流變液 的?；F高純度，進(jìn)行了化學(xué)成分的調(diào)查（見(jiàn)圖4）。劃避免?；F粒子 發(fā)生附聚，鑄鐵 表面涂有二氧化硅涂。圖3掃描電子顯微鏡觀察到的用于產(chǎn)生磁流變液體的厥基鐵粒 子。放大倍率為10 000x and 75000x在進(jìn)行觀察的基 礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)離子硅呈現(xiàn)不規(guī)則形狀（見(jiàn)圖 5）。二氧化 硅包裹著球形鐵 粒子，防

9、止處于懸浮狀的類(lèi)似鐵粒子發(fā)生凝聚。圖4掃描電子顯微鏡下?；F的化學(xué)成分的形態(tài)和特殊逐點(diǎn)式微量分析為了確定應(yīng)用硅 的化學(xué)組成，進(jìn)行了 X射線微量分析，并且使用了 20 千伏加速電壓下的能譜分析儀的能量分散和X射線光譜儀。圖6展示的是 離子硅化學(xué)組成的分析結(jié)果。通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到添加劑對(duì)于磁流變流體的穩(wěn) 定性的影響。填充的磁流變液體成分各不相同，均處于靜止?fàn)顟B(tài)，直到它 達(dá)到漸近值。分析粘度約為50毫帕秒和?；F濃度為40%左右的液態(tài) 磁流變液體，觀 察顯示不論流體中是否含有硅，沉降系數(shù)均在緩慢下降（見(jiàn)圖7）。我們還發(fā)現(xiàn)，觀察液加入穩(wěn)定劑后， 穩(wěn)定性有所提高。硅膠提 供的網(wǎng)罩，防止玻基鐵粒子的集聚和水庫(kù)

10、底部類(lèi)似因子的團(tuán)聚。粘度約為 500毫帕秒和鑄鐵濃度約為40%的磁流變液體，在研究流體中穩(wěn)定性最 高。經(jīng)過(guò)30小時(shí)的下降后，沉降系數(shù)值范圍約為 93-95% （見(jiàn)圖8）。圖6掃描電子顯微鏡下氣相二氧化硅化學(xué)組成的形態(tài) 及特殊逐點(diǎn)式微量分析(Aerosil200 ) 為了描述穩(wěn)定劑 的作用，沉淀過(guò)程應(yīng)被延長(zhǎng)至60小時(shí)。觀察的主要目的是研究外部磁場(chǎng)條件對(duì)原型磁形變流體動(dòng)態(tài)粘度的影響。出于這個(gè)原因， 考慮到下列因素：(?；F)磁性微粒的濃度，載體液體的粘度和應(yīng)用穩(wěn) 定劑的影響(Aerosil200 )。在S行調(diào)查基礎(chǔ)上，擴(kuò)大磁性微粒(鑄鐵) 的濃度加大了分析液的動(dòng)態(tài)粘度和外部磁場(chǎng)的強(qiáng)度，這是肯定的。

11、鑄鐵液 的高濃度同樣加 大了研究流體的穩(wěn)定性。在磁形變流體(OKS 1050,50mPa s)的情況下，動(dòng)力粘度值升至21kg/m-s2,而磁形變流體的動(dòng)力粘度(OKS 1050, 500 mPa s)處于26kg/m s2。圖9和圖10所示為磁流 變流體的動(dòng)力粘度和外部磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系。第12頁(yè)共11頁(yè)Vimc, l |h|圖7.磁流變液的沉降 率(OKS 1050, 50 mPa- s)B g jo uQ-l5enE.p>§+ 0 80510-r 5I tv Cl 2IM Acvwl 2m. Cl 期nIr *T!r T1 TT FT"51015 X 25XTi

12、me. I 制圖8.磁流變液的沉 降率(OKS 1050,500 mPa- s)依賴磁流體(OKS 1050, 50 mPa s)動(dòng)力粘度的磁場(chǎng)強(qiáng)度圖10.依賴磁流體Ik Id iNcns*, H |(OKS 1050, 500 mPa s)動(dòng)態(tài)粘度的磁場(chǎng)強(qiáng)度25. no Mdbilucr, 1 新產(chǎn).圖11.影響穩(wěn)定的動(dòng) 態(tài)粘度磁流體（OKS 1050,20-LX Cl 40%50 mPa。s)30-g Mabilli/CrX l 1 Acmtil 2(IP. 1%, Cl 4ii.M號(hào)乩版 uddiuiubih. H |.nt)圖12.影響穩(wěn)定的動(dòng) 態(tài)粘度磁流體(OKS 1050, 500

13、 mPa- s)izw 曾一寫(xiě)多二。一胃£15»15 2D 253035Ik Id irnmih. HIA ill I圖13.承載液體粘度 動(dòng)力粘度磁流體的影響(CI 40%)AeraIT*. 50 mPa,1l心心w MMJ 闌%，葡2S加1S106-irEj一K 二 Nuleui'圖14.承載液體粘度 動(dòng)力粘度磁流體的影響 （CI 40%）對(duì)于磁流變性能 最重要的是存在的的穩(wěn)定添加劑，這可以進(jìn)一步提高磁 流變效應(yīng)。此外，穩(wěn)定的磁流變液更均勻并且能在低磁場(chǎng)強(qiáng)度下能更快的 響應(yīng)外部磁場(chǎng)。在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上可以加以肯定的是，研究液體的動(dòng)態(tài) 粘度隨著外部磁場(chǎng)強(qiáng)度的擴(kuò)大而增加與擴(kuò)大后的二氧化硅相當(dāng)（圖11和 12）。讀因?yàn)樘砑佣趸璺乐菇Y(jié)果粒子的集中以形成凝膠網(wǎng)格。正是 因?yàn)檫@個(gè)原因，鐵的粒子慢慢地落在鼓的底部，更多的磁性粒子一直受到 外部應(yīng)用磁場(chǎng)的力量。如圖13和圖14所示，一般磁流變液的動(dòng)態(tài)粘度隨著油的密度的增加而增大，這都是因?yàn)榉欠€(wěn)定懸浮的物體和氣相法白炭黑的 添加。4.結(jié)論在調(diào)查的基礎(chǔ)上 得出以下結(jié)論：1隨