磁流体技术的应用与发展

磁流体技术的应用与发展

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＭａｇｎｅｔｉｃ—ｆｌｕｉｄｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

杭州应用工程技术学院（３１００１３）王瑞金

【摘要】简要介绍７目前国内外磁性流体的类型、性能、组成和制作方法，并对各种磁流体应用技术的原理和特点作１较为具体的论述，最后介绍７磁流体及其应用技术的研究状况和发展

动向。

关键词磁流体制作

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

组成应用发展动向

ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｆｌｕｉｄ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄ

磁流体（或称磁性流体，Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄ，另外还有一个专用名：ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ）是由０．１～５００ｎｍ的导磁材料、分散剂和载体融合而成的胶体（图ｌ是磁流体的结构模型），具有许多特殊的功能，是目前国内外尖端的纳米技术之一。

１．磁流体的分类

到目前为止，磁流体还没有系统的分类方法，不过按业内区分的方法，可有４种：

何磁滞现象，磁场对磁流体的作用力表现为体积力。可开发的应用产品有：磁流体陀螺、磁流体打印机、加速度表、通信纤维、人工肌肉、磁带磁迹显示、移位寄存器、磁性显影剂、软磁路、磁流体水平仪、磁墨水和磁印刷，医药上的药物导航载体、外科用磁刀，磁流体密封、磁流体定位润滑、磁流体研磨等。

２）磁流体在外磁场的作用下，具有磁感应悬浮力。开发的产品有：选矿装置、无摩擦开关、比重计、

｝奉∞如见的■”铁的就Ｒ

镍磁流体、稀有金属磁流体（如最新的钆磁流体）、台金磁流体（如钴铁磁流体和锰一铁磁流体等）和掺杂磁流体（如塑料微球掺杂磁流体、金属或非金属掺杂

磁流体）。

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磁热转换器、磁流体制冷机、热交换器、音响装置等。

５）磁流体具有双折射性能、双向色性及法拉第旋转等特点。可开发的应用产品有：光传感器、电流计、光快门、激光稳定器、光增幅器、光计算机等。

６）有很好的润滑性能，可开发的应用产品有：磁性润滑、磁流体轴承、拉拔加工装置等。

此外，磁流体还有与纳米粒子相同的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

３．磁流体的性能指标

１）饱和磁化强度（单位：Ｇｓ）表示磁流体在外加磁场的作用下可产生的最强的磁性，一般在５００～

３０００

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２）按载液分有水基、烃基、煤油基、汞基、酯基、合金基和有机化合物基磁流体（当然也可按分散剂种类分，如油酸磁流体、丁二酸磁流体和氟醚酸磁流体等，但要说明的是这种分类方法很少见）。

３）按应用领域分有密封用磁流体、润滑用磁流体、医用磁流体、扬声器磁流体、印刷打印用磁流体、能量转换用磁流体等。

４）按性能指标分有低粘度和高粘度磁流体、低挥发损失和高挥发损失磁流体、高饱和磁化强度和低饱和磁化强度磁流体、重磁流体和轻磁流体等。

２．磁流体的性能和可开发的应用产品磁流体有许多特殊的性能和相应的应用产品，总结起来主要有以下几个方面：

１）磁流体在磁场的作用下，磁化强度随外加磁场的增加而增加，直至饱和，而外磁场去除后又无任

Ｇｓ范围。但据有关资料，现在已经可以达到近Ｇｓ的磁流体，是磁流体应用技术中最为重要

ｉ００００

的一个技术指标。

２）粘度（单位：ｃＰ）表示磁流体的流动性能，是流体力学和流变学的重要参数，会对磁流体应用技术产生一定的影响。

３）磁性颗粒直径（ｇａ位：ｎｍ或０．１ｎｍ）表示磁流体的磁性颗粒的粗细程度，是影响四大效应的根

．１Ｅ．

《新技术新工艺》・机械加工与自动化２００１年第１０期

本因素（小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应），也是影响磁流体稳定性、饱和磁化强度、热力学性能等的最重要的因素。

４）挥发损失量［单位：ｇ／（ｃｍ２・ｈ），一般在８０℃下测量］是磁流体挥发性的指标，与磁流体的寿命、蒸气压有密切关系，主要由载体的性能决定。

除此以外，还有许多性能指标，如比重、表面张力、导热系数、温度特性、磁化率、复合磁化率、频率特性、超导性能、耐蚀性、沸腾二相管流特性、各向异性、磁共振性能、磁性弛豫时间、流体动力学性能、流变学性能等。

４．磁流体的制作方法

１）碾磨法即把磁性材料和活性剂、载液一起碾磨成极细的颗粒，然后用离心法或磁分离法将大颗粒分离出来，从而得到所需的磁流体。这种方法是最直接的方法，但很难得到３００ｎｍ以下颗粒直径的磁流体。

２）解胶法是铁盐或亚铁盐在化学作用下产生Ｆｅ。ｏ。或７一Ｆｅ。Ｏ。，然后加分散剂和载体，并加以搅拌，使其磁性颗粒吸附其中，最后加热后将胶体和溶液分开，得到磁流体。这种方法可得到较小颗粒的磁流体，且成本不高，但只使用于非水系载体的磁流体的制作。

３）热分解法

是将磁性材料的原料［如

Ｆｅ３０４和Ｆｅ３０４

图３

ＣＶＤ法原理图

磁流体、日本有人用电化学的方法制得以汞为载液的铁磁流体、用紫外线分解法制得Ｎｉ磁流体等等，这里不再详细叙述。

磁流体应用技术

磁流体应用技术是指利用磁流体的某个或某些特性，解决特殊技术问题而进行相应的产品设计。在前述的磁流体性能和相应可开发的产品中已经可以了解到，磁流体的应用范围是相当广泛的。下面就目前应用较为广泛和成熟的磁流体应用技术作简要的

介绍。

１．磁流体密封技术磁流体密封在我国是应用最为广泛和最早的技术。磁流体密封装置由无磁性座、轴承、磁极、永久磁铁、轴

Ｃｏ：（ＣＯｌ。或Ｆｅ（ｃｏ）。等］溶入有机溶剂，然后加热分解出游离金属，再在溶液中加入分散剂后分离，溶入载体就得到磁流体。

粒运动到下地液中，混合均匀就得到磁流体。这种

纳米粒Ｆ与分散剂

图２放电法原理图

和，从而产生密封效果。

一般磁流体密封只适合于低压（大干８１０．６～

１０１３．２，５

方法得到的磁流体微粒很细，一般在２～１０ｎｍ的粒子居多。

５）放电法（见图２）

其原理与电火花加工相

ｋＰａ时就比较困难，需用如压力平衡等方

法进行处理），对于旋转运动、移动和摆动等磁流体密封都可以使用。磁流体密封的特点主要是密封可靠、无泄漏、无机械磨损、寿命长、工作效率高等。

磁流体密封目前在单晶硅炉、离子溅射、化学气相沉积、离子镀膜、液晶显示等真空设备，计算机硬盘、机器人及军工产品等环境要求较高的设备上均已采用磁流体密封装置，产品质量和经济效益得到明显提高。

２．磁流体润滑技术

仿，是在装满工作液（经常与载体相同）的容器中将磁性材料粗大颗粒放在２个电极之间，然后加上脉冲电压进行电火花放电腐蚀，在工作液中凝固成微小颗粒，把大颗粒滤去后加分散齐，Ｊｏｐ可得到磁流体。

６）ＣＶＤ（或ＰＶＤ法）

其原理与ＣＶＤ（或

ＰＶＤ）相仿（见图３），由Ｎｚ、Ａｒ和原料［如Ｆｅ（ｃｏ）。］组成的混合体从正电极吹向接地电极，而２

．，。．

《新技术新工艺》・机械加工与自动化２００１年第１０期

磁流体润滑是将有效磁粒子加入到润滑油中来实现的，这里润滑油作为磁流体的载液（常用的载液有双酯类和烷基萘类）。当磁流体加入到摩擦副中时，由于内含的纳米粒子的尺寸比表面粗糙度小得多。不会引起摩擦副的磨损；而载液在摩擦副中可以起到与普通润滑油相同的润滑效果。除此以外．作为纳米粒子的表面改性功能可以显著

体，利用磁流体的良好的导热功能和减振减磨功能，增大扬声器的功率、改善频率特性、减少材料消耗和延长使用寿命。扬声器磁流体在使用中要注意磁流体的选择、磁流体的注入量、磁流体飞溅、音圈材质等问题，一般地，以音圈传热为日的的磁流体应选择粘度高、饱和磁化强度高的磁流体；而注入量可根据磁隙的大小来确定，以充满的８０％～９０％为佳；磁流体在振动大的情况Ｆ产生飞溅现象，需进行特殊的密封设计；音圈材质须适合磁流体的性能，尤其是要适合磁流体的毛细管现象。

５．磁流体阻尼器

改善润滑油的悬浮稳墓犟

定性，提高抗磨减磨性能；作为磁性纳米粒子还可以在磁场的作用

图５滑动轴承２种润

磁流体阻尼器是用以加大振动阻尼、减小共振、改善频率特性等，其原理是当外面的非磁性壳体旋转速度有变化时，引起内部的磁极（包括磁铁）和外部壳体的转动速度差，在外磁场的作用下，一定粘度和饱和磁化值的磁流体产生剪切力，这剪切力带动磁极转动，直到消除与外壳的转动速度差为止，从而减小了转动速度变化时的输出速度的振荡。其特点是无机械磨损，低频小幅，外加磁场的大小可以控制阻尼的大小等，目前已在步进电机、伺服电机等领域中广泛使用。影响磁流体阻尼器特性的因素或者说在设计磁流体阻尼器时要考虑的，主要有转动惯量和帕匹库常数，而转动惯量，一ｐＴｒｌＤ４／３２，帕匹库常数Ｂ一栖Ｄ２／ｔ，其中Ｐ为磁极密度，７为磁流体的粘度，Ｓ为磁流体与磁极的接触面积。

６．磁流体传感器技术

磁流体传感器是指利用磁流体的某个或某些特性设计的传感器，目前主要用于流量控制仪、矿物筛选器、倾角仪、比例放大仪等。流量控制仪是利用磁流体在不同磁场强度下粘度不同的特性把电信号转变为磁流体压力差，推动滑阀产生位移，从而实现对流体流量的控制。矿物筛选器是利用磁流体受不均

滑的压力分布情况

下控制润滑位置，完全消除润剂的泄漏，使摩擦区的状态稳定；通过合理的磁场梯度设计，还可咀增加磁悬浮力，提高轴承等的承载能力，如图５所示即为磁流体润滑与普通油润滑时滑动轴承在承受相同载荷时的压力分布情况；磁流体具有很好的热传导性，在孽擦副产生的热量可以很快传出，从而降低摩擦副的温度，改善润滑条件。

近年来磁流体润滑已有了许多应用，如大型设备和高精度高转速的转动轴的轴承的润滑、计算机硬盘驱动器轴的润滑、机器人和精密仪器关节的润滑、齿轮箱的传动齿轮的润滑等，大大提高了设备或部件的使用寿命。

３．磁流体研磨技术磁流体研磨的方式较多，其中典型的是磁浮置研磨，其原理如图６所示：使用３个以上的永久磁铁（不同于电磁，其不需消耗电能），且相邻的磁铁的

图６磁流体浮置研磨原理

匀外加磁场作用时，磁流体被高磁场处所吸引，使置于磁流体中的非磁性物质向低磁场处漂浮，从而达到筛选的目的。倾角仪是利用磁流体自悬浮变化，探测浮在容器中的磁流体位移而达到测量目的。比例放大器是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。

极性不同，由此产生的等磁力线在中心磁铁上方呈凹形，添加的磨粒就悬浮在此处。在工件的旋转作用下，磨粒与工件间就产生磨削作用，当要增加磨粒浮置力时，可增大垂直方向的磁场梯度，当要增大保持力时，可增加水平方向的磁场梯度。影响磁流体研磨质量和效率的因素有粘度、温度、磨粒大小、磨粒添加率、外加磁场强度和磁流体的磁感应强度。目前已在航空、航天、车辆、电子、仪表等的精密零件的研蹭中得到应用，还可用于光学透镜、弯管内孔等复杂形状的的研磨。

４．扬声器磁流体

扬声器磁流体指的是在扬声器音圈处注入磁流

磁流体技术的研究现状和发展

磁流体应用产品的开发最先源于美国，首先在２０世纪６０年代，为了解决航天器上（如航天飞机）的密封问题而进行研究的，以后才逐步扩大另外的研究方向和领域。目前日本、美国以及西欧一些国家，在磁流体性能及磁流体应用产品领域进行了一

．１７．

《新技术新工艺》・机械加工与自动化２００１年第１０期

定程度的研究和开发，但从最近的第７届和第８届磁流体国际会议学术交流情况看，研究主要集中在磁流体的制作和保存、磁流体的物理化学性能、磁流体的流体力学和动力学、热力学以及热力学性能，磁光效应、流变学、浑沌和奇异现象、磁流体实验技术等。而磁流体的应用方面相对较少，原因主要有：磁流体性能和微观机理掌握不够，应用起来难度大；有关数据较少，定量计算困难；磁流体相关性能测试及标准问题还不完善；可能出于商业保密而没有透露研究情况等。

目前较为成熟的应用是磁流体研磨、磁流体闸、阻尼器、比重计、音响装置及一些传感器等，但对于压力＞０．５ＭＰａ、速度＞３５ｍ／ｓ、温度＞８０℃时的磁流体密封，磁流体制冷装置、印刷与制版、磁光计算机等很少研究与应用，只是在如日本、美国等磁流体发展较早的国家有初步的研究和开发。从最近的一些资料显示，目前磁流体的发展有２个方向：一是磁流体的基础研究，主要有磁流体各组成成分对磁流体性能的影响，磁流体各种现象与性能的微观机理；二是磁流体的应用研究，主要有研磨、润滑、密封、热传导、振动、控制、医疗、传感器、印刷、光学仪器、光计算机等。

在我国，笔者认为要在以下几方面进行努力：１．根据不同应用领域对磁流体的要求，进一步

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开发不同性能的磁流体；方式上主要有拓宽磁性微

粒材料、分散剂和载液或复合载液的选择面、优化制作工艺等。

２．研制和推广磁流体应用产品和应用领域，特别是要推广原理上已经成熟的应用产品，如磁流体密封、磁流体润滑等。在新产品开发方面，要对国民经济、社会、环境等产生重要影响的产品加大开发投入，如磁流体制冷剂、磁光计算机等。

３．加强磁流体基础研究，特别是磁流体的物理化学性能、流体力学和流体动力学性能、频率特性、磁光效应和性能、磁热效应和性能等。

４．加强磁流体研究队伍的建设，使更多的大专院校、科研机构甚至工业企业投入到磁流体的研究和相关产品的开发与销售中。

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责任编辑周守清

．１８．

《新技术新工艺》’机械加工与自动化２００１年第１０期

磁流体技术的应用与发展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

王瑞金

杭州应用工程技术学院新技术新工艺

NEW TECHNOLOGY & NEW PROCESS2001(10)30次

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磁流体技术的应用与发展

ＴｈｅＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｔｈｅＭａｇｎｅｔｉｃ—ｆｌｕｉｄｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

杭州应用工程技术学院（３１００１３）王瑞金

【摘要】简要介绍７目前国内外磁性流体的类型、性能、组成和制作方法，并对各种磁流体应用技术的原理和特点作１较为具体的论述，最后介绍７磁流体及其应用技术的研究状况和发展

动向。

关键词磁流体制作

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ

组成应用发展动向

ｍａｇｎｅｔｉｃ—ｆｌｕｉｄ，ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ，ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄ

磁流体（或称磁性流体，Ｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄ，另外还有一个专用名：ｆｅｒｒｏｆｌｕｉｄ）是由０．１～５００ｎｍ的导磁材料、分散剂和载体融合而成的胶体（图ｌ是磁流体的结构模型），具有许多特殊的功能，是目前国内外尖端的纳米技术之一。

１．磁流体的分类

到目前为止，磁流体还没有系统的分类方法，不过按业内区分的方法，可有４种：

何磁滞现象，磁场对磁流体的作用力表现为体积力。可开发的应用产品有：磁流体陀螺、磁流体打印机、加速度表、通信纤维、人工肌肉、磁带磁迹显示、移位寄存器、磁性显影剂、软磁路、磁流体水平仪、磁墨水和磁印刷，医药上的药物导航载体、外科用磁刀，磁流体密封、磁流体定位润滑、磁流体研磨等。

２）磁流体在外磁场的作用下，具有磁感应悬浮力。开发的产品有：选矿装置、无摩擦开关、比重计、

｝奉∞如见的■”铁的就Ｒ

镍磁流体、稀有金属磁流体（如最新的钆磁流体）、台金磁流体（如钴铁磁流体和锰一铁磁流体等）和掺杂磁流体（如塑料微球掺杂磁流体、金属或非金属掺杂

磁流体）。

一一一一一

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熏

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磁热转换器、磁流体制冷机、热交换器、音响装置等。

５）磁流体具有双折射性能、双向色性及法拉第旋转等特点。可开发的应用产品有：光传感器、电流计、光快门、激光稳定器、光增幅器、光计算机等。

６）有很好的润滑性能，可开发的应用产品有：磁性润滑、磁流体轴承、拉拔加工装置等。

此外，磁流体还有与纳米粒子相同的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。

３．磁流体的性能指标

１）饱和磁化强度（单位：Ｇｓ）表示磁流体在外加磁场的作用下可产生的最强的磁性，一般在５００～

３０００

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２）按载液分有水基、烃基、煤油基、汞基、酯基、合金基和有机化合物基磁流体（当然也可按分散剂种类分，如油酸磁流体、丁二酸磁流体和氟醚酸磁流体等，但要说明的是这种分类方法很少见）。

３）按应用领域分有密封用磁流体、润滑用磁流体、医用磁流体、扬声器磁流体、印刷打印用磁流体、能量转换用磁流体等。

４）按性能指标分有低粘度和高粘度磁流体、低挥发损失和高挥发损失磁流体、高饱和磁化强度和低饱和磁化强度磁流体、重磁流体和轻磁流体等。

２．磁流体的性能和可开发的应用产品磁流体有许多特殊的性能和相应的应用产品，总结起来主要有以下几个方面：

１）磁流体在磁场的作用下，磁化强度随外加磁场的增加而增加，直至饱和，而外磁场去除后又无任

Ｇｓ范围。但据有关资料，现在已经可以达到近Ｇｓ的磁流体，是磁流体应用技术中最为重要

ｉ００００

的一个技术指标。

２）粘度（单位：ｃＰ）表示磁流体的流动性能，是流体力学和流变学的重要参数，会对磁流体应用技术产生一定的影响。

３）磁性颗粒直径（ｇａ位：ｎｍ或０．１ｎｍ）表示磁流体的磁性颗粒的粗细程度，是影响四大效应的根

．１Ｅ．

《新技术新工艺》・机械加工与自动化２００１年第１０期

本因素（小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应），也是影响磁流体稳定性、饱和磁化强度、热力学性能等的最重要的因素。

４）挥发损失量［单位：ｇ／（ｃｍ２・ｈ），一般在８０℃下测量］是磁流体挥发性的指标，与磁流体的寿命、蒸气压有密切关系，主要由载体的性能决定。

除此以外，还有许多性能指标，如比重、表面张力、导热系数、温度特性、磁化率、复合磁化率、频率特性、超导性能、耐蚀性、沸腾二相管流特性、各向异性、磁共振性能、磁性弛豫时间、流体动力学性能、流变学性能等。

４．磁流体的制作方法

１）碾磨法即把磁性材料和活性剂、载液一起碾磨成极细的颗粒，然后用离心法或磁分离法将大颗粒分离出来，从而得到所需的磁流体。这种方法是最直接的方法，但很难得到３００ｎｍ以下颗粒直径的磁流体。

２）解胶法是铁盐或亚铁盐在化学作用下产生Ｆｅ。ｏ。或７一Ｆｅ。Ｏ。，然后加分散剂和载体，并加以搅拌，使其磁性颗粒吸附其中，最后加热后将胶体和溶液分开，得到磁流体。这种方法可得到较小颗粒的磁流体，且成本不高，但只使用于非水系载体的磁流体的制作。

３）热分解法

是将磁性材料的原料［如

Ｆｅ３０４和Ｆｅ３０４

图３

ＣＶＤ法原理图

磁流体、日本有人用电化学的方法制得以汞为载液的铁磁流体、用紫外线分解法制得Ｎｉ磁流体等等，这里不再详细叙述。

磁流体应用技术

磁流体应用技术是指利用磁流体的某个或某些特性，解决特殊技术问题而进行相应的产品设计。在前述的磁流体性能和相应可开发的产品中已经可以了解到，磁流体的应用范围是相当广泛的。下面就目前应用较为广泛和成熟的磁流体应用技术作简要的

介绍。

１．磁流体密封技术磁流体密封在我国是应用最为广泛和最早的技术。磁流体密封装置由无磁性座、轴承、磁极、永久磁铁、轴

Ｃｏ：（ＣＯｌ。或Ｆｅ（ｃｏ）。等］溶入有机溶剂，然后加热分解出游离金属，再在溶液中加入分散剂后分离，溶入载体就得到磁流体。

粒运动到下地液中，混合均匀就得到磁流体。这种

纳米粒Ｆ与分散剂

图２放电法原理图

和，从而产生密封效果。

一般磁流体密封只适合于低压（大干８１０．６～

１０１３．２，５

方法得到的磁流体微粒很细，一般在２～１０ｎｍ的粒子居多。

５）放电法（见图２）

其原理与电火花加工相

ｋＰａ时就比较困难，需用如压力平衡等方

法进行处理），对于旋转运动、移动和摆动等磁流体密封都可以使用。磁流体密封的特点主要是密封可靠、无泄漏、无机械磨损、寿命长、工作效率高等。

磁流体密封目前在单晶硅炉、离子溅射、化学气相沉积、离子镀膜、液晶显示等真空设备，计算机硬盘、机器人及军工产品等环境要求较高的设备上均已采用磁流体密封装置，产品质量和经济效益得到明显提高。

２．磁流体润滑技术

仿，是在装满工作液（经常与载体相同）的容器中将磁性材料粗大颗粒放在２个电极之间，然后加上脉冲电压进行电火花放电腐蚀，在工作液中凝固成微小颗粒，把大颗粒滤去后加分散齐，Ｊｏｐ可得到磁流体。

６）ＣＶＤ（或ＰＶＤ法）

其原理与ＣＶＤ（或

ＰＶＤ）相仿（见图３），由Ｎｚ、Ａｒ和原料［如Ｆｅ（ｃｏ）。］组成的混合体从正电极吹向接地电极，而２

．，。．

《新技术新工艺》・机械加工与自动化２００１年第１０期

磁流体润滑是将有效磁粒子加入到润滑油中来实现的，这里润滑油作为磁流体的载液（常用的载液有双酯类和烷基萘类）。当磁流体加入到摩擦副中时，由于内含的纳米粒子的尺寸比表面粗糙度小得多。不会引起摩擦副的磨损；而载液在摩擦副中可以起到与普通润滑油相同的润滑效果。除此以外．作为纳米粒子的表面改性功能可以显著

体，利用磁流体的良好的导热功能和减振减磨功能，增大扬声器的功率、改善频率特性、减少材料消耗和延长使用寿命。扬声器磁流体在使用中要注意磁流体的选择、磁流体的注入量、磁流体飞溅、音圈材质等问题，一般地，以音圈传热为日的的磁流体应选择粘度高、饱和磁化强度高的磁流体；而注入量可根据磁隙的大小来确定，以充满的８０％～９０％为佳；磁流体在振动大的情况Ｆ产生飞溅现象，需进行特殊的密封设计；音圈材质须适合磁流体的性能，尤其是要适合磁流体的毛细管现象。

５．磁流体阻尼器

改善润滑油的悬浮稳墓犟

定性，提高抗磨减磨性能；作为磁性纳米粒子还可以在磁场的作用

图５滑动轴承２种润

磁流体阻尼器是用以加大振动阻尼、减小共振、改善频率特性等，其原理是当外面的非磁性壳体旋转速度有变化时，引起内部的磁极（包括磁铁）和外部壳体的转动速度差，在外磁场的作用下，一定粘度和饱和磁化值的磁流体产生剪切力，这剪切力带动磁极转动，直到消除与外壳的转动速度差为止，从而减小了转动速度变化时的输出速度的振荡。其特点是无机械磨损，低频小幅，外加磁场的大小可以控制阻尼的大小等，目前已在步进电机、伺服电机等领域中广泛使用。影响磁流体阻尼器特性的因素或者说在设计磁流体阻尼器时要考虑的，主要有转动惯量和帕匹库常数，而转动惯量，一ｐＴｒｌＤ４／３２，帕匹库常数Ｂ一栖Ｄ２／ｔ，其中Ｐ为磁极密度，７为磁流体的粘度，Ｓ为磁流体与磁极的接触面积。

６．磁流体传感器技术

磁流体传感器是指利用磁流体的某个或某些特性设计的传感器，目前主要用于流量控制仪、矿物筛选器、倾角仪、比例放大仪等。流量控制仪是利用磁流体在不同磁场强度下粘度不同的特性把电信号转变为磁流体压力差，推动滑阀产生位移，从而实现对流体流量的控制。矿物筛选器是利用磁流体受不均

滑的压力分布情况

下控制润滑位置，完全消除润剂的泄漏，使摩擦区的状态稳定；通过合理的磁场梯度设计，还可咀增加磁悬浮力，提高轴承等的承载能力，如图５所示即为磁流体润滑与普通油润滑时滑动轴承在承受相同载荷时的压力分布情况；磁流体具有很好的热传导性，在孽擦副产生的热量可以很快传出，从而降低摩擦副的温度，改善润滑条件。

近年来磁流体润滑已有了许多应用，如大型设备和高精度高转速的转动轴的轴承的润滑、计算机硬盘驱动器轴的润滑、机器人和精密仪器关节的润滑、齿轮箱的传动齿轮的润滑等，大大提高了设备或部件的使用寿命。

３．磁流体研磨技术磁流体研磨的方式较多，其中典型的是磁浮置研磨，其原理如图６所示：使用３个以上的永久磁铁（不同于电磁，其不需消耗电能），且相邻的磁铁的

图６磁流体浮置研磨原理

匀外加磁场作用时，磁流体被高磁场处所吸引，使置于磁流体中的非磁性物质向低磁场处漂浮，从而达到筛选的目的。倾角仪是利用磁流体自悬浮变化，探测浮在容器中的磁流体位移而达到测量目的。比例放大器是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。

极性不同，由此产生的等磁力线在中心磁铁上方呈凹形，添加的磨粒就悬浮在此处。在工件的旋转作用下，磨粒与工件间就产生磨削作用，当要增加磨粒浮置力时，可增大垂直方向的磁场梯度，当要增大保持力时，可增加水平方向的磁场梯度。影响磁流体研磨质量和效率的因素有粘度、温度、磨粒大小、磨粒添加率、外加磁场强度和磁流体的磁感应强度。目前已在航空、航天、车辆、电子、仪表等的精密零件的研蹭中得到应用，还可用于光学透镜、弯管内孔等复杂形状的的研磨。

４．扬声器磁流体

扬声器磁流体指的是在扬声器音圈处注入磁流

磁流体技术的研究现状和发展

磁流体应用产品的开发最先源于美国，首先在２０世纪６０年代，为了解决航天器上（如航天飞机）的密封问题而进行研究的，以后才逐步扩大另外的研究方向和领域。目前日本、美国以及西欧一些国家，在磁流体性能及磁流体应用产品领域进行了一

．１７．

《新技术新工艺》・机械加工与自动化２００１年第１０期

定程度的研究和开发，但从最近的第７届和第８届磁流体国际会议学术交流情况看，研究主要集中在磁流体的制作和保存、磁流体的物理化学性能、磁流体的流体力学和动力学、热力学以及热力学性能，磁光效应、流变学、浑沌和奇异现象、磁流体实验技术等。而磁流体的应用方面相对较少，原因主要有：磁流体性能和微观机理掌握不够，应用起来难度大；有关数据较少，定量计算困难；磁流体相关性能测试及标准问题还不完善；可能出于商业保密而没有透露研究情况等。

目前较为成熟的应用是磁流体研磨、磁流体闸、阻尼器、比重计、音响装置及一些传感器等，但对于压力＞０．５ＭＰａ、速度＞３５ｍ／ｓ、温度＞８０℃时的磁流体密封，磁流体制冷装置、印刷与制版、磁光计算机等很少研究与应用，只是在如日本、美国等磁流体发展较早的国家有初步的研究和开发。从最近的一些资料显示，目前磁流体的发展有２个方向：一是磁流体的基础研究，主要有磁流体各组成成分对磁流体性能的影响，磁流体各种现象与性能的微观机理；二是磁流体的应用研究，主要有研磨、润滑、密封、热传导、振动、控制、医疗、传感器、印刷、光学仪器、光计算机等。

在我国，笔者认为要在以下几方面进行努力：１．根据不同应用领域对磁流体的要求，进一步

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开发不同性能的磁流体；方式上主要有拓宽磁性微

粒材料、分散剂和载液或复合载液的选择面、优化制作工艺等。

２．研制和推广磁流体应用产品和应用领域，特别是要推广原理上已经成熟的应用产品，如磁流体密封、磁流体润滑等。在新产品开发方面，要对国民经济、社会、环境等产生重要影响的产品加大开发投入，如磁流体制冷剂、磁光计算机等。

３．加强磁流体基础研究，特别是磁流体的物理化学性能、流体力学和流体动力学性能、频率特性、磁光效应和性能、磁热效应和性能等。

４．加强磁流体研究队伍的建设，使更多的大专院校、科研机构甚至工业企业投入到磁流体的研究和相关产品的开发与销售中。

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责任编辑周守清

．１８．

《新技术新工艺》’机械加工与自动化２００１年第１０期

磁流体技术的应用与发展

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

王瑞金

杭州应用工程技术学院新技术新工艺

NEW TECHNOLOGY & NEW PROCESS2001(10)30次

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