張小丹　邢閃閃　郭慶

摘 要：磁流變液是一種重要的智能材料。介紹了磁流變液的組成和特性，綜述了目前磁流變液的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，說(shuō)明了磁流變液在阻尼器、離合器和拋光方便的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，最后對(duì)磁流變液未來(lái)的前景作了展望。

關(guān)鍵詞：磁流變液；磁流變阻尼器；磁流變離合器；磁流變拋光

磁流變液（MAgnestorheologicalFluids）是一種主要由載液、高導(dǎo)磁低磁滯的磁性顆粒和添加劑等構(gòu)成的新型可控流體，是當(dāng)前智能材料研究的一個(gè)重要分支。

1.磁流變液組成及特性

磁流變液由3部分組成：載液（如礦物油、硅油等），可磁化分散懸浮相顆粒，添加劑等懸浮相顆粒具有高飽和磁化強(qiáng)度、低矯頑力，通常由具有確定粒度分布的單質(zhì)Fe、Fe3O4粉體構(gòu)成，其表面一般經(jīng)過(guò)化學(xué)方法處理，以提高工作時(shí)的耐久性。載液一般選用礦物油、硅油、聚α烯烴、水等非極性或極性介質(zhì)。分散劑包括不同類型表面活性劑、偶聯(lián)劑及觸變劑等，能對(duì)懸浮相、載液進(jìn)行兩親性和結(jié)構(gòu)化處理，主要解決懸浮相在載液中的分散穩(wěn)定性問(wèn)題。磁流變液一般采用機(jī)械球磨法制備。

目前對(duì)于磁流變效應(yīng)工作機(jī)理的解釋是：在無(wú)磁場(chǎng)作用時(shí)，懸浮相粒子懸浮于母液中呈隨機(jī)分布，表現(xiàn)為線黏性牛頓流體。當(dāng)施加外磁場(chǎng)作用后，粒子表面出現(xiàn)極化現(xiàn)象，形成磁偶極子，磁偶極子沿外磁場(chǎng)方向結(jié)成鏈狀、簇狀結(jié)構(gòu)，具有一定的抗剪切屈服應(yīng)力。同一條極化鏈中各相鄰粒子之間的抗剪切屈服應(yīng)力會(huì)隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加。當(dāng)磁場(chǎng)增大至一定程度時(shí)，磁偶極子相互作用增強(qiáng)，此時(shí)磁流變液便呈現(xiàn)類固體特性。磁流變液的屈服應(yīng)力值隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增加，但當(dāng)達(dá)到某一飽和值后，磁流變液的力學(xué)性質(zhì)基本不變，即達(dá)到了飽和磁場(chǎng)下的動(dòng)態(tài)屈服應(yīng)力，對(duì)外呈現(xiàn)出非牛頓流體的特性。

2.磁流變液研究現(xiàn)狀

磁流變液憑借自身的可控特性，成為世界各國(guó)學(xué)者研究的熱點(diǎn)。國(guó)外目前研究較多的國(guó)家主要有美國(guó)、德國(guó)、日本、白俄羅斯和韓國(guó)等，其中美國(guó)處于技術(shù)領(lǐng)先水平，特別在工程化應(yīng)用發(fā)面。美國(guó)lord公司在研制磁流變液及相關(guān)產(chǎn)品方面一直為世界所矚目，其磁流變液年產(chǎn)量達(dá)到數(shù)百噸，并且與其他公司合作開(kāi)發(fā)了大量磁流變減隔振器件，由其制造的減隔振器、離合器等器件的數(shù)量超過(guò)10萬(wàn)件，預(yù)計(jì)今后每年都會(huì)以成倍的速度遞增。該公司產(chǎn)品已在Cadillac系列轎車磁流變懸架控制系統(tǒng)、磁流變風(fēng)扇離合器、火神系列火炮、土木工程、飛行器、直升機(jī)、微機(jī)械、智能拋光技術(shù)等民用和軍用領(lǐng)域得到成功應(yīng)用。美國(guó)Delphi公司利用磁流變液研制了汽車動(dòng)力系統(tǒng)橡膠磁流變復(fù)合隔振器，該器件阻尼大，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)阻尼比和動(dòng)態(tài)剛度，在整個(gè)相關(guān)頻率范圍內(nèi)保持對(duì)懸置系統(tǒng)上的動(dòng)力總成的控制，從而避免系統(tǒng)出現(xiàn)共振堆積。除顯著降低動(dòng)力總成噪音及振動(dòng)外，這種新懸置系統(tǒng)還能提高車輛性能及穩(wěn)定性，幫助減小由停車—起步等操作中產(chǎn)生的扭矩突變問(wèn)題對(duì)乘客的影響。法國(guó)的P.jean等將磁流變（MR）技術(shù)加入到STEWART平臺(tái)內(nèi)用于隔振，取得了一定效果。

與國(guó)外的研究相比，國(guó)內(nèi)對(duì)磁流變材料及產(chǎn)品的研究與應(yīng)用起步相對(duì)較晚。我國(guó)自然科學(xué)基金委員會(huì)曾先后資助部分研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)開(kāi)展磁流變材料及其相關(guān)技術(shù)的研究。目前我國(guó)在磁流變流變機(jī)理、裝置開(kāi)發(fā)、動(dòng)力建模、控制策略及工程應(yīng)用方面取得了一定的進(jìn)展，已有數(shù)十家科研機(jī)構(gòu)從事磁流變技術(shù)研究，有些已經(jīng)應(yīng)用于實(shí)際工程中，具有良好的工程應(yīng)用前景，重慶材料研究院是國(guó)內(nèi)少數(shù)研制磁流變液的機(jī)構(gòu)之一，其研制的磁流變液主要技術(shù)指標(biāo)已接近國(guó)外產(chǎn)品水平，并提供給國(guó)內(nèi)數(shù)十家機(jī)構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品研究開(kāi)發(fā)。同時(shí)該院也涉足磁流變產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，研制的橋梁拉索抗風(fēng)振阻尼器已成功用于重慶外環(huán)觀音巖大橋，效果良好。

3.磁流變液的應(yīng)用

3.1磁流變阻尼器

機(jī)械、建筑某些結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，特別是來(lái)自于各種擾動(dòng)過(guò)程中的載荷，嚴(yán)重地影響了結(jié)構(gòu)的可靠性和精確度，也導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的損傷與斷裂，嚴(yán)重地威脅設(shè)備的正常運(yùn)行，縮短設(shè)備使用壽命，造成安全隱患。因此，結(jié)構(gòu)自適應(yīng)控制成為設(shè)計(jì)制造的關(guān)鍵問(wèn)題。磁流變液在結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制方面的應(yīng)用主要是利用磁流變液的黏度和剪切屈服應(yīng)力能隨磁場(chǎng)迅速、可逆變化這一力學(xué)特性，制成一種易于控制、連續(xù)可調(diào)的阻尼介質(zhì)，為結(jié)構(gòu)振動(dòng)抑制研究提供了一種新的途徑。

3.2磁流變離合器

普通離合器接合時(shí)嚙合主、從動(dòng)元件之間一般會(huì)不可避免地會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的沖擊載荷，從而引起沖擊和噪聲，對(duì)整個(gè)器件的精密性和穩(wěn)定性有著不良得影響，會(huì)造成了一系列損失。而根據(jù)磁流變效應(yīng)設(shè)計(jì)的磁流變離合器，依靠主、被動(dòng)元件之間工作介質(zhì)磁流變液來(lái)傳遞動(dòng)力。工作時(shí)通過(guò)調(diào)整施加的外磁場(chǎng)可改變磁流變液的黏度和剪切屈服應(yīng)力，從而調(diào)整了主、被動(dòng)元件之間傳遞的力或力矩，是一種新型實(shí)用的離合器。磁流變離合器很好利用了磁流變液的“液——固”間的瞬時(shí)可逆變化特性，巧妙避免了普通離合器的缺點(diǎn)。同時(shí)磁流變離合器還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、無(wú)磨損、噪聲低、響應(yīng)快、無(wú)級(jí)可調(diào)和工作可靠等許多優(yōu)點(diǎn)，是一種較為理想的離合器件。

4.結(jié)束語(yǔ)

目前磁流變液研究報(bào)道較多，磁流變技術(shù)的研究也取得了深入的進(jìn)展，其工程應(yīng)用已經(jīng)引起了各國(guó)專家學(xué)者的興趣，但國(guó)內(nèi)迄今為止仍未實(shí)現(xiàn)磁流變產(chǎn)品的大規(guī)模商品化。磁流變技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向?qū)嶋H工程應(yīng)用時(shí)面臨很多苛刻、復(fù)雜的環(huán)境，特別是需要解決長(zhǎng)期服役可靠性問(wèn)題。磁流變技術(shù)研究涉及到材料、測(cè)試評(píng)價(jià)技術(shù)、工程科學(xué)等眾多學(xué)科和領(lǐng)域的交叉，需要更多相關(guān)單位以及從事相關(guān)領(lǐng)域的專家聯(lián)合研究，由工程應(yīng)用的專家提出材料性能要求，材料專家按照其要求研制磁流變液材料，并對(duì)使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提出改進(jìn)意見(jiàn)，再由材料專家對(duì)磁流變液材料進(jìn)行改進(jìn)，提高綜合性能。如此多次循環(huán)，形成良性互動(dòng)，才能研制出滿足工程應(yīng)用的高性能材料和器件。隨著磁流變技術(shù)研究的進(jìn)一步深入以及磁流變液穩(wěn)定性、耐久性研究的突破進(jìn)展，磁流變技術(shù)必將在眾多領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。

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