磁流变液的性能与应用M. Kciuk a,* R. Turczyn ba Division of Nanocrystalline and Functional Materials and SustainablePro-ecological Technologies, Institute of Engineering Materials and Biomaterials,Silesian University of Technology, ul. Konarskiego 18a, 44-100 Gliwice, Polandb Department of Physical Chemistry and Technology of Polymers,Silesian University of Technology ul. Marcina Strzody 9, 44-100 Gliwice, Poland* Corresponding author: E-mail address: monika.kciuk@polsl.plReceived 15.03.2006; accepted in revised form 30.04.2006目的 ：本文介绍了近年来磁流变流体（MR）的基本属性及其发展，以及在各种 机械设备的实际应用中的作用提高了。
设计/方法/方式 ：理论研究成果中获得的性能和应用在过去的几十年和近几年所取得的进步调查结果： 它是非常清楚的介绍传统的设备更换与应用，这种智能系统能更好地适应环境的刺激是必要的他们中的许多应用将包括磁流变液为活性成分研究限制/影响 ：MR流体性能优异的可以应用在各个领域的民用工程，安全工程，交通运输和生命科学他们提供了一个具有优秀的活动能力控制的机械性能实践意义： 从事刹车的设计工程师非常有用的材料，阻尼器，合器和减震器系统创新/价值 ：本文介绍了一个跟上时代的MR材料的开发和应用在土木工程超过时下解决方案的智能系统的优点将成为的方向21世纪器件的研究和设计关键词： 智能材料，磁材料，磁学性质，剪应力1. 1 介绍 目前使用标准的电子和机械设计的材料在科学技术已经取得了惊人的发展，这些材料不具有某些金属材料特别特殊的特性（即 钢，铝，金） 试想一下各种可能性，存在的特殊材料具有的属性，并且科学家可以操作，一些材料有能力改变形状或大小，只需加入一点点的热量，或从液体到固体在磁铁附近时发生改变，这些材料就是所谓的智能材料 智能材料具有一个或多个属性，可以显着地改变材料的属性最日常的材料具有的物理性质，这是不能随便改变的：例如，如果油被加热会变得更薄一点，而智能材料加于变量可能会变成易流动的液体状态到固体。
每个单独的智能材料有不同的属性，它可以显着地改变，如粘度、体积或着导电性这些可以可以改变的属性， 确定是什么类型的应用程序的智能材料可以应用于下表[1]智能材料的品种已经存在，并正在广泛的研究这些包括压电材料和形状记忆合金，一些日常用品（如咖啡壶，汽车，眼镜）将智能材料和为他们的应用程序数量已经在稳步增长了磁材料（流体）（MR）是一类智能材料的流变性能（例如粘度）通过施加磁场，可以迅速改变其特性在磁场下的影响，悬浮的磁性粒子相互作用形成的结构，即抵抗剪切变形或拉伸形变 在材料中出现的这种变化作为一种快速增加表观粘度或半固体状态的发展在磁流变材料中的应用进展是处于新的，使更复杂的磁流变材料的具有发展更好的性能和稳定性 许多智能系统和的粘度的变化或其他结构将受益于材料性能的MR 如今，这些应用程序包括制动器，减震器，离合器，避震系统2. 2 流体的磁特性 典型的磁流变流体的悬浮液微米级的，可磁化颗粒（主要是铁颗粒）悬浮于适当的载体液体，如矿物油、合成油、水或乙二醇载体液作为分散的介质中，并确保流体中的颗粒的均匀性各种各样的添加剂（稳定剂和表面活性剂）是用来防止重力沉降和促进稳定的颗粒悬浮液，提高润滑性和改变初始粘度的磁流变液。
稳定剂将有助于保持颗粒悬浮在流体中，从而被吸附的表面活性剂的表面上的磁性颗粒，以提高流体中感生的极化的磁场的应用程序后的悬浮颗粒表1概括的MR流体的属性 ：表[1]：特性 典型值初始粘度 0,2 – 0,3 [Pa·s] (at 25oC)密度 3 – 4 [g/cm3]磁场强度 150 – 250 [kA/m]屈服点 50 – 100 [kPa]反应时间 几毫秒典型的电源电压和电流强度 2 – 25 V, 1–2 A工作温度 -50 do 150 [oC] 通常情况下，可磁化粒子的直径范围从3到5微米，可以用于功能性磁共振液体中但是较大的颗粒，让悬浮液中颗粒的稳定的会变得越来越困难，因为增加颗粒的大小使它要更大的浮力使其悬浮相对便宜的羰基铁的数量通常是限于尺寸大于1或2微米。
更小的颗粒容易暂停并且更好的运用，但制造这样的颗粒是困难的较小的显著铁磁颗粒，颗粒通常是仅可作为氧化物，如材料通常在磁记录介质中找到从这些颗粒材料的磁流变液是相当稳定， 因为颗粒通常直径只有30纳米 然而，由于其较低的饱和度磁化强度，由这些颗粒制成的流体通有常约5千帕的压强，并有一个比表面积大的大的塑料来限制其粘度这些主要参数被列于上表1 在外加磁场的情况下，MR流体是近似于牛顿流体对于大多数工程应用一个简单的宾汉塑性模型对其有效的描述必不可少的，实际情况取决于流体的特性一宾汉型塑料是一种非牛顿流体，其屈服应力必须超过前的流量可以开始此后，将剪切速率与剪切应力的关系曲线曲线是程线性的在此模型中，总屈服应力由下式给出（1）： 其中：-屈服应力引起的磁场，[Pa] H -磁场强度，[A / M] - 剪切速率，[S] -塑性粘度，[[Pa]许多现代的复杂模型，如磁流体[5，6]，通常情况下，磁流变液是自由流动的液体，和润滑油（图1）相类似 图1. 1 无外磁场MR流体模型（1 -载体液体，2 -悬浮磁化颗粒）然而，在所施加的磁场的存在下，在铁粒子获得与外部对齐的偶极矩的时候，这会导致颗粒形成对准到磁场的直链。
这种现象可以稳定暂停的铁颗粒和限制的流体运动因此，在屈服强度与流体内的开发的变化程度所施加的磁场的大小有关，并且这种改变可以发生在几个毫秒之内 磁流变液的性能及应用典型的磁流变材料可以实现产量强度和磁场强度分别为约50-100千帕，150–250 kA/m测试结果发现，壁面粗糙度对接触与流体的屈服强度是很重要的，特别是在低磁场之中在MR材料中，最终达成饱和点时增加的磁场强度的做不增加的MR材料的屈服强度这现象通常在大约300千安/米的磁饱和时的MR材料的强度是可以的 使用有限元分析研究： 图2. 2流体模型外磁场 MR流体模型外的磁场作用是立即恢复，如果磁场强度是减少或取消，将会记录6.5毫秒的反应时间MR材料是已经可以是稳定的从-50℃至150℃的温度范围内有轻微的变化的体积分数，因此在这些温度下的强度轻微减少它的吸收率，但它们的变化是很小的 另外的悬浮颗粒的粒度的影响分布是在一个变化中的MR流体的属性磁场之中磁性材料表现出了一定的优势，是典型的随电流变化的材料相对的那些材料，磁流变液是有用的，因为流变性质的改变是大，ER流体，所以增加的屈服应力的20-50倍。
与ER的材料不同的是，他们也不太对湿度和污染物敏感，因此，磁流变材料的候选中的使用不洁或受污染的环境中 它们也不作为ER材料的表面活性剂的表面化学 功率（50 W），电压（12-24V）的条件下MR与ER是相对比较小的材料被激活的材料3. 3 应用磁流体 磁流变材料的在液体状态，因为可以由控制所施加的磁场的强度，在应用程序中变量的性能是必需的而且它是有用的微处理器，传感器技术和提高电子信息内容和处理速度已经创建了实时智能控制的可能性系统的MR设备 MR技术的商业化开始1995年在使用的旋转制动器的有氧运动设备中，从这一刻开始应用磁流变材料技术并在在现实应用中的实现稳步增长在过去的几年中，一些商用提供的产品（或接近商业化）发展，例如：﹒线性磁流变阻尼器的实时主动振动控制﹒系统在重型卡车 ﹒线性和旋转制动器的低成本的，准确的位置，气动执行器系统的速度控制 ﹒旋转制动器，转向提供触觉力反馈线系统，在先进的实时步态控制的线性阻尼器﹒假肢装置﹒可调节的实时控制减震器﹒汽车﹒MR洗衣机海绵阻尼器，﹒磁流体抛光工具，﹒为减轻地震破坏非常大的磁流变液阻尼器﹒在土木结构，大型磁流变液阻尼器风致振动控制斜拉桥。
MR制动器在直接剪切模式中，剪切 MR流体灌装在两个表面之间的间隙（轴瓦和转子）与相对于彼此移动转子被固定到轴，它被放置在轴承和可以旋转有关轴瓦 MR中制动阻力转矩取决于液体的粘度，可以通过磁场变化的MR流体MR制动可用于连续控制的扭矩当有没有磁场的转矩引起的载体的粘度液体变化时，轴承处于密封MR制动特别适合在各种应用场所，包括气动致动器控制，精密张力控制和触觉力反馈的应用，转向离合器 MR离合器类似MR制动的操作在直接剪切模式和传输输入和输出轴之间的扭矩那里主要有两种类型的MR离合器的结构：圆柱和平面的在圆柱模型MR流体两圆柱面和正面的MR流体填补差距大概两张光盘的距离在工作期间由线圈产生的磁场让流体的粘度增加，造成的转矩形式转移输入到输出轴有用的扭矩是经过从刺激2-3毫秒磁流变阻尼器的半有源器件包含磁流变液磁场应用后从液态到半固态的流体的变化是几毫秒，这样的结果是无级变速，可控大阻尼力的阻尼能力磁流变阻尼器提供了一个机械系统中的能量吸收吸引力的解决方案和结构，并可以被认为是“故障-安全”的设备4. 4 结论 科学和技术在21世纪将依赖新材料的发展以及在预期回应环境的变化和体现自己的功能根据最佳的条件。
智能材料的发展无疑将是在许多领域的科学和技术，比如基本任务信息科学，微电子技术，计算机科学，医学治疗，生命科学，能源，交通运输，安全工程和军事技术 因此在未来的材料的开发中，应使导演朝着创建功能亢进材料在某些方面甚至超过生物器官目前的材料研究开发各种途径，这将导致现代技术向智能系统这些液体能可逆地从一个瞬间改变自由流动的液体，半固体状的，可控的屈服强度下暴露于磁场之中在外加磁场的情况下，MR流体是合理近似牛顿流体对于大多数工程应用程序，一个简单的宾汉塑性模型是有效的描述必不可少的，现场取决于流体的特性 MR技术已经走出实验室，进入可行的商业应用程序为不同的频谱的产品应用范围包括汽车主要悬浮液，卡车座椅系统，的设备， 气动控制，减震和人类假肢MR 相反，常规的电气-机械-解决方案，MR技术提供了：﹒实时，连续可变控制 ﹒阻尼 ﹒运动和位置控制 ﹒锁定 ﹒触觉反馈 ﹒高耗散力的速度 ﹒更大的能量密度 ﹒简单的设计（很少。