一種基于鐵基合金微米線制備磁流變液的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種磁流變液的制備方法，具體涉及一種基于鐵基合金微米線制備磁流變液的方法，屬于智能材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]磁流變液(Magnetorheological fluids即MRF)是細(xì)小的軟磁微粒分散在液體介質(zhì)中組成的穩(wěn)定的懸浮液，由磁性微粒、基液及穩(wěn)定劑組成。當(dāng)磁流變液受到磁場(chǎng)作用時(shí)，其中的磁性顆粒沿磁場(chǎng)方向排列成鏈狀，使表觀粘度增大，表現(xiàn)出類似固體的性質(zhì)，流動(dòng)性消失。一旦去掉磁場(chǎng)，流體的表觀粘度又回到原來的狀態(tài)，其響應(yīng)時(shí)間只有幾毫秒。磁流變液具有功耗少、阻尼力大、動(dòng)態(tài)范圍廣、響應(yīng)速度快等特點(diǎn)，被認(rèn)為是頗有發(fā)展前景的智能材料之一，引起了國內(nèi)外學(xué)者和工業(yè)界的廣泛興趣。
[0003]利用磁流變液的特性可以制作各種新型的阻尼器、制動(dòng)器、減振器、離合器、緩沖器、柔性夾具、傳感器等器件，在航空航天、機(jī)械工程、汽車工程、精密加工、建筑工程、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可完成智能傳動(dòng)、制動(dòng)、減振、降噪、研磨(拋光)、密封、潤滑等功能。磁流變液阻尼器可根據(jù)外部的振動(dòng)環(huán)境不同來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)強(qiáng)度，容易改變減振系統(tǒng)的阻尼和剛度，達(dá)到主動(dòng)減振的目的，并方便與微機(jī)控制相結(jié)合，已成為新一代的高性能和智能化的減振裝置，在車輛懸掛系統(tǒng)、土木工程結(jié)構(gòu)抗震、減振及大能量動(dòng)力設(shè)備的基礎(chǔ)隔振等方面，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。磁流變液可用于敏捷控制元件，在可控機(jī)械部件間傳遞力或力矩。磁流變液還可用于磁流變可控閥門，利用磁流變液在磁場(chǎng)作用下在液態(tài)固態(tài)間可逆變化的特性，控制液壓回路的開合。可控性好，反應(yīng)敏捷，可在大力矩、大行程的結(jié)構(gòu)中使用。利用磁流變液在磁場(chǎng)作用下發(fā)生固化的特征，可對(duì)形狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的工件進(jìn)行定位和夾緊，可開發(fā)柔性夾具，以保證加工精度并減少非加工工時(shí)。此外，磁流變液還可應(yīng)用于精密加工和光學(xué)加工。
[0004]目前磁流變液通常采用鐵、鈷、鎳及其合金等粒徑為微米級(jí)的多疇軟磁顆粒為懸浮相，磁流變液對(duì)磁場(chǎng)的響應(yīng)是由于在外場(chǎng)下磁流變液中的懸浮顆粒的極化造成的，這些極化的偶極子的相互作用，使顆粒形成平行于外加磁場(chǎng)的鏈狀結(jié)構(gòu)，這種鏈狀結(jié)構(gòu)阻止了流體的運(yùn)動(dòng)，從而使懸浮液的黏性增加。磁場(chǎng)越強(qiáng)，使這種鏈狀結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服需要的機(jī)械能越大。但在磁場(chǎng)作用下，粒狀磁性懸浮相形成的鏈狀結(jié)構(gòu)中會(huì)產(chǎn)生許多微孔。這種微孔的存在使鏈狀結(jié)構(gòu)容易破碎，從而降低了屈服強(qiáng)度。添加適量納米磁性粒子也只能填充部分微孔制約了鏈狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的提高。此外，在鏈化過程中，鏈外的粒狀懸浮顆粒會(huì)對(duì)鏈內(nèi)的磁性粒子產(chǎn)生擠壓作用，會(huì)擾亂磁性粒子的磁場(chǎng)取向，影響其磁化強(qiáng)度。目前國內(nèi)生產(chǎn)的磁流變液普遍存在穩(wěn)定性差及屈服強(qiáng)度低等問題。如果磁性懸浮相以線狀微粒的形態(tài)存在，在外加磁場(chǎng)的作用下，由于磁極出現(xiàn)在軟磁微米線的二端，這些極化的微米線將會(huì)形成平行于外磁場(chǎng)的、密實(shí)的鏈狀結(jié)構(gòu)，可得到較粒狀磁性相形成的鏈更高的屈服強(qiáng)度。高的穩(wěn)定性及高的屈服強(qiáng)度是影響磁流變液應(yīng)用的關(guān)鍵因素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種基于鐵基合金微米線為磁性懸浮相制備磁流變液的方法，使制備的產(chǎn)品具有較高的響應(yīng)速度、較高的屈服強(qiáng)度及較好的穩(wěn)定性，應(yīng)用范圍廣。
[0006]為了解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種基于鐵基合金微米線制備磁流變液的方法，包括如下步驟:
(1)選用線狀的鐵基合金微米線作為磁流變液的磁性懸浮相，采用熔體快淬法在1000?20000e的定向磁場(chǎng)中噴出鐵基合金微米線；
(2)鐵基合金微米線經(jīng)剪切后，浸泡于硅烷偶聯(lián)劑中，在65?75°C下加熱攪拌I?2h，對(duì)其表面進(jìn)行修飾，然后將分離出的鐵基合金微米線于真空干燥箱中烘干；
(3)經(jīng)表面修飾過的鐵基合金微米線置于球磨罐中，添加適量的硅烷偶聯(lián)劑，用淬火鋼球進(jìn)行高能球磨破碎;調(diào)整球磨工藝改變鐵基合金微米線的長徑比，球磨后在80?85°C下進(jìn)行真空干燥I?2h;
(4)以經(jīng)過球磨破碎的鐵基合金微米線為懸浮相，以甲基硅油為基液，添加1~2%的觸變劑，通過3000rpm高速攪拌0.5?Ih、活化，制備出不同配比的磁流變液。
[0007]步驟(I)所述的鐵基合金微米線是通過真空感應(yīng)加熱熔體快淬工藝在磁場(chǎng)中制備。調(diào)節(jié)加熱功率使石英管中樣品熔化，當(dāng)熔化樣品的液面提升觸及到銅輥面上甩絲刃紋時(shí)，調(diào)整進(jìn)給電機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)行甩絲。
[0008]通過調(diào)整加熱功率、進(jìn)給電機(jī)轉(zhuǎn)速、銅輥轉(zhuǎn)速，可以得到不同線徑的微米級(jí)的鐵基合金絲。
[0009]步驟(2)所述的表面修飾是在硅烷偶聯(lián)劑中進(jìn)行，修飾后在在85?95°C真空干燥0.5?I.5h0
[0010]步驟(3)所述的鐵基合金微米線的長徑比通過調(diào)整球料比、轉(zhuǎn)速和球磨時(shí)間來控制。
[0011]步驟(4)所述的觸變劑是指阿科瑪公司生產(chǎn)的CRAYVALLAC SUPER。
[0012]采用本方法制備的磁流變液可以制作各種新型的阻尼器、制動(dòng)器、減振器、離合器、緩沖器、柔性夾具、傳感器等器件，在航空航天、機(jī)械工程、汽車工程、精密加工、建筑工程、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，可完成智能傳動(dòng)、制動(dòng)、減振、降噪、研磨、拋光、密封、潤滑功會(huì)K。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:
(I)磁流變液制造過程中，鐵基合金磁性懸浮相以線狀微粒的形態(tài)存在，在外加磁場(chǎng)的作用下，由于磁極出現(xiàn)在軟磁微米線的二端，這些極化的微米線將會(huì)形成平行于外磁場(chǎng)的、密實(shí)的鏈狀結(jié)構(gòu)，可得到較粒狀磁性相形成的鏈更高的屈服強(qiáng)度。用熔體快淬法在磁場(chǎng)中甩出的磁性微米線的易軸可沿外加誘導(dǎo)磁場(chǎng)取向。這種微米線用作磁流變液的懸浮相，在鏈化過程中會(huì)有較高的初始磁導(dǎo)率及較快的響應(yīng)速度?？朔四壳俺Ｓ玫拇帕髯円核嬖诘那?qiáng)度低等問題。
[0014](2)硅烷偶聯(lián)劑分子中同時(shí)具有能和金屬化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)及與有機(jī)質(zhì)材料化學(xué)結(jié)合的反應(yīng)基團(tuán)。本發(fā)明中，在用熔體快淬法得到微米級(jí)的鐵基合金絲后，先用硅烷偶聯(lián)劑進(jìn)行表面修飾，可得到較好的修飾效果，再進(jìn)行球磨破碎。在對(duì)鐵基合金微米線進(jìn)行球磨時(shí)再次添加適量的硅烷偶聯(lián)劑，可以不斷修復(fù)球磨過程中破損的修飾層，能改善鐵基合金微米線在甲基硅油中的分散性，防止在磁流變液制備及使用過程中懸浮相發(fā)生團(tuán)聚。
[0015](3)本發(fā)明選用的阿科瑪公司生產(chǎn)的CRAYVALLAC SUPER觸變劑，對(duì)甲基硅油、鐵基合金體系十分有效，通過控制觸變劑的含量，運(yùn)用高速機(jī)械分散，可以