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1、 一1 l 发 展中 的 礴 i -* 技 术 补 二 之 7 : 闰 嘴 侯鹤岚张振厚李云奇 营口高等职业专科学校沈阳科学仪器研制中心东北大学 前言 本文所论述的磁流体技术包括两个方面， 即磁流体的制取技术和磁流体的应用技术。 磁流 体也称磁性流体、 铁磁流体或磁液。它是将掺入到载液中的铁磁性微颗( 铁 、 钻 、 镍 油酸、 丁二酸、 氟醚酸 组分材料的作用 保待磁流体的液性质依磁流体的用途及价格选 取 磁 性 微 粒 分散剂 ( 活 性 剂 ) 显示磁性材料性能， 使液体呈现磁性 防止磁性徽粒间的 聚集和沉淀 铁磁性能好， 易加工制取超 细( 1 0 . m) 徽粒为原则 依载液性质选取
2、 为了克服磁流体中磁性微粒相互间易于吸引或因重力场作用而引起的沉淀， 在制取过程 中正确的选择分散剂使其与载液 性能相匹配以及 把掺入载 液中的 磁性微 粒直 径控制在1 0 n m 以下是十分必要的。 这是因为磁性微粒很小时可使微粒间的磁作用力被分子间的热骚动， 即布 郎运动所抵消而不致相互集结。微粒间电偶极的相互作用可以被分散剂所克服使粒子间不能 靠近。至于重力场所引起的沉淀作用也会因上述措施以及微粒在载液中的浓度不会达到 1 0 0 0/ a 的 程度， 因此也就不会发生沉淀。评价磁流 体的 性能主 要取 决于它 的磁 性大小与 稳定性 的好坏。因此磁流体制取中的主要间题是磁性微粒的制取
3、。制取磁性微粒早期的方法有载液 中放入分散剂用球磨法将磁石粒子的直径研碎到 1 0 n m以下的粉碎法; 水溶液中进行的吸附 法; 解胶法等。但是这些方法所制取的磁性微粒多为 F e A ， 而且其磁流体的饱和磁化强度最 高只能达到 6 0 0 G s左右。近年来在磁性微粒取材及制取方法上日益改进， 已经开始向磁性金 属及复合材料方法发展。 据日本有关资料介绍， 在无机溶质中加入 F e , N精细微粒所制取的新 型磁流体的饱和磁化强度可达 2 7 0 0 Gs 。微粒 F e 3 N的直径为6 n m 。 这种超细微 粒是由碳化铁 在煤油中与氨气和氨起反应而制取的。 我国东北 大学研究用轧钢
4、酸洗废液为原料， 采用部分氧化 一铁氧体共沉一表面处理流程所制取的水基磁 流体不但性能良好， 稳定性强， 而且可用轧钢酸 洗废液取代化学药品， 从而使制作成本下 降了 3 5 %以上。 淮南矿院采用图1 所示的工艺流程也 成功的制取了C o - F e , O 。 磁流体。此外印度的 M e h t a 等采用含1 0 % Mn 的F e , O ; 铁氧体颗粒 在煤油载液中成功的制取了C o - F e , O , 磁流体。 近年来对磁流体复合材料的研究也有明显的进 展， 其中包括各种掺杂( 如塑料微球， 金属或非金 属非磁性微粒) 的磁流体。超导磁流体复合材料 以及磁流体液晶复合材料等。
5、上述诸多成果的出 现充分表明了磁流体制备技术的新进展已经为 磁流体应用技术的进一步开发和应用创造了条 件。 D 活性剂 C o - F e a0 , 磁流体 图1 C -F e , q的制取流程 二、 基于磁流体特性而开发的磁流体应用技术 由 于磁流体是一种即 具有磁特 性又具有液体特性的特殊材料， 在此人们 根据这种材料的 特性将其应用到不同工业领域中去是近年来在新技术开发方面的一种新的尝试。而且目前已 经在密封、 润滑等技术领域中得到了成功的应用。 基于磁流不同特性而被应用的磁流体技术概 况如表 2 所示。 表2 基于磁流体不同特性的磁流体应用技术概况 应用分类应用原理应用特点 真空密封利
6、用磁流体在外加磁场作用 产生压力差实现液环零泄漏， 长寿命， 高转数无二次 式真空动密封污染， 节能效果明显不受轴偏 心振动影响， 密封结构简单， 不 需 维 护 。 气体密封利用磁流体有外加磁场作用下产生压力差实现气体保证气体浓度， 防止贵重气体 密封或有害气体泄漏保护气体纯 度， 避免杂质浸入 液 体 密 封利用磁流体与某些液体互不相溶或采用辅助隔离手无泄漏高转速寿命长功耗小 段将密封液体与磁流体隔开的原理实现磁流体对液 体的密封 二 运 编 目 孟 磁流体血管密封 与药物血管翰送 润滑 利用磁流体在外加盛场作用下可以控制位1的原理 实现心血管手术中对血管中血液的阻封及脑血栓怡 疗过程中药
7、物的有效描送. 利用磁流体加入润滑油中有外加磁场作用下润滑油 摩擦系数下降的原理， 实现一无磨损润滑而且由于 磁场时润滑起到控制润滑油位置的作用从而可避免 无润滑摩擦而使接触件寿命得到提高 利用磁流体粘度随外加磁场变化而变化的原理实现 最佳粘度的阻尼减振 简易可行， 不易摄伤血管， 易于 轴 送 药 物 摩擦小， 寿命长， 载荷大， 速度 快 ， 噪 音 低 阻 尼 与减 振 与普通流体所起阻尼作用相比 较， 具有低频小幅以及通过电 流改变磁场达到控制粘度而实 现阻尼减振作用 矿物筛选与物料 分 离 能 量 转 换 流 量 控 制 利用磁流体受不均匀外加磁场作用时， 磁流体被高 磁场侧所吸引的
8、特性， 使置于磁流体中的非磁性物 质向低磁场侧漂浮的原理进行矿物筛选与分离 利用外加磁场对磁流体产生的作用力或压差用来推 动发电机或叶轮机发电 利用磁流体在不同磁场强度 粘度不同的特性把电 信号转变为磁流体压力差惟动滑阀产生位移实现对 介质流量的控制 简 易 可行 ， 易 于 操 作 装置简单效率高 与传统的司服阀相比较结构简 单， 信号可靠 热 传 导散 热 磨 削 与 抛 光 利用磁流体导热系数远大于空气导热系数的特性改 善导热性能， 可提高扬声器输入功率 利用磁场控制下的磁流体与磨料粒子相结合的方法 使磨料粒子上浮时对被磨削另件Mi ll 与抛光作用 利用磁场对磁流体的作用实现稳定供毋
9、利用含Mg - Z n 或M n - z . 铁氧化的磁流体中加入染 料实现着色印刷 利用磁流体自悬浮变化由传感器探测浮在容器中的 磁流体位移达到测量的目的 利用外加磁场对磁流体的控制使磁流体喷射流偏转 而达到比例放大作用 置于不导电容器中的不导电磁流体在没有外加磁场 作用时可漂浮在水银上面， 而在外场作月时因磁流 体比重增加使其下沉， 而水银开始上浮、 土浮水银接 触到导电极后使电路接通起到开关作用 导 热 性 能 好 ， 节 能 打印与印刷 印刷着色 磨削效率高 工件表面不易沉 积磨削微粒 记录功能高， 印刷速度快 简 易 可 行 倾角仪灵敏度较高， 操作平稳 磁 控 比例 放 大 器 水
10、 银 开 关 易于控制， 结构简单， 可实现连 续 控 制 开启过程快， 寿命长， 大电流下 开 关 不 放 电 三、 磁流体技术的应用领域 磁流体在密封技术中的应用 应用磁流体技术最早最多最成功的设备是真空应用设备中转轴和摆动杆的真空动密封 因为将运动部件导入真空室时采用这种液环式动密封不但可以克服固体密封中易磨损、 功耗 一2 5 3 一 大、 寿命低、 易污染等弊病而且由于液态的磁流 体可以充 满整 个被密封的空间从而堵塞了 一切 可以漏气的通道、 实现了运转和停车两个过程中的零泄漏。 磁 流体做为真空设备抽空后充人气体或防止容器内有毒气 休的泄汾时还可以用于密封气 体， 从而可 有效的
11、防止贵重气体或有害气体的泄 漏， 保护被密封气体的 纯度， 而且也不存在磁 流体对密封介质的侵蚀等间题。 磁流体用于密封液体， 目前虽然尚未实用化， 但是由于这种液体密封即能够充满密封空 间， 填平所有徽小的构槽及不平表面， 可堵塞一切泄漏通道实现零泄漏， 又可消除固体磨擦所 造成的密封件磨损失效和颖粒污染以及噪音发热等缺点。尤其是液体密封可极大的减小摩擦 阻力与摩撩功耗， 因此非常适合于高转数， 低转矩设备上的应用。磁流体密封的应用实例如表 3 所示。 表 3 磁滚休密封技术的应用实例 设备名称密封部位密封目的 密封的压强范围 ( P a ) 密封性质 sL一 2型提式 罗茨真 空泵 X射线
12、衍射仪 转 子 轴1 0 . S X 1 0 一 万真 空 阳 极 祀 旋 转 轴 1 0 1 0 一 真 空 磁控滋射艘膜设备 工件架旋转轴1 0 一1 0 一 J真 空 子 空空空空空 真真真真真 真 空 卷 挠 健 膜 机 寸 N炎黄子孙2 04 旦离 子 注 入 机 徽晶饮铁翻真空快淬 设备 真 空 钎 焊 机 收放卷级工件 架旋转轴 档 板 摆 动 轴 转 轴 旋 转 轴 工件架旋转轴 硅 单 晶炉 柑祸与粒晶旋 转轴 离心风窗旋转轴 转动阳极 高 速 转 轴 1 0 1 0 一 月 1 0 5 一1 0 一 1 0 1 0 一 3 1 0 一1 0 一 J 1 0 一 1 0 一
13、C O : 激光器 X 一 射线管 飞行 时 间质 谱 仪 防止大气从转轴导入真空 室处漏入 防止大气从转轴导入真空 室 处 漏 入 防止大气从转轴导入真空 室处漏入 防止大气从转轴导入真空 室处漏入 防止大气从转轴导入真空 室处漏入 防止大气从转轴导入真空 室 处 漏 入 防止大气从转轴导入真空 室处漏入 防止大气从转轴导入真空 室处漏入 保护气体纯度 保持气体纯度 防止大气侵入保持超高真 空 环 境 隔绝密封防止物及灰尘污 染 轴 承 . 防止机器人机体内油脂及 微粒进入超净间污染环境 降低功耗提高使用寿命 1 0 一 ( 5 0 一 4 0 0 ) 1 0 5 1 0 一 ? 1 0 一
14、1 0 一 了 真空 真空 真 空 纺 织 机 城隔 绝 密 封 屏 障压差小于9 . 8 x5 0 0真 空 机 器 人机 器 人 旋 转 关 节 ( S XS X I O 一 J 防生 深 水 泵内 部 电 机 轴液 体 密 封 2 5 4 、 : 示 业 菇 云 舰船 降低主轴功率损耗提高航 行 速 度 1 . 6 Mp a防水密封 环氧耐晶脱气炉 化学反应 机 床 螺旋推进器全 轴密封 搅拌器主轴 搅拌轴 机 床 主 轴 防止切削液污染润滑油提压差小于9 . 8 X5 0 0 高机床使用寿命 2磁流体在润滑技术中的应用 在各种机械设备特别是巨型高速等机械设备中， 以磁流体作为润滑剂对轴
15、颈轴承、 推力轴 承、 滚动轴承以及各种 滑座 和表面 接触的复杂运动表面进行润滑具有 特殊的意义， 因为这种润 滑与常规润滑相比较 ， 在外加磁场作用下不但能准确的充满润滑表面、 实现连续润滑， 而且在 润滑过程中即可抵消重力和向心力， 又可达到不易泄漏和防止外界污染等目的。 此外由于磁流 体润滑剂可在外场作用下集中在齿轮的齿接触区部位， 这样不但降低了轮箱润滑油的数量， 而 且还可以起到冷却作用。因此近年来在滚动轴承、 滑动轴承、 巨型压缩机、 高速磨床、 高速纱绽 机、 天文观测装置等设备中均得到了成功的应用。其应用实例如表 4所示。 表 4 磁流休润滑技术的应用实例 润借件名称使用部位
16、润 滑 目的 滚动轴承 巨型压缩机 高速 磨 床 大型设备转动轴 加速转子用轴承 高速转子磨削轴的轴承 高速纱绽机 计算机磁盘驱动器 天文观测仪 齿 轮 箱 纱绽机轴承 驱 动 器 轴 转 轴 隔 绝 密 封 与 润 泄 提高转数与寿命 提高转数与寿命 提高转数与寿命、 节省功耗、 减少康攘与嗓 音， 易于维修 保持清洁环填提高转数与寿命 保持清沾环境提高转数与寿命 绞片不受污染 提高转数与使用寿命冷却与润滑 3 . 磁流体的其他应用领域 磁流体除了作为密 封、 润滑两大 应用领域外， 近年来利用磁流体的诸多 特性. 在生物、 医 疗、 能源、 航天、 选矿、 化工、 冶金、 仪表、 环保、 卫生等领域中获得了较快的发展和应用。这些应 用的实例巳经在前面进行了简要的介绍， 这里不再重述 四、 进一步发展我国磁流体技术的几点意见 1 . 根
