炼钢废弃物合成磁流变液及其性能研究

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磁流变液(Magnetorheogical Fluid)是一种新型的智能材料,由载液、软磁颗粒以及添加剂组成。其具有流体特性智能可控的特点,在外磁场作用下其流变性能够发生快速可逆变化且有较大的剪切应力,可应用于离合器、肿瘤治疗、磁流变抛光、减震器等方面,对磁流变体的研究成为新型材料科学领域的热点。目前通常使用羰基铁粉做磁流变液中的软磁粒子,但是由于羰基铁粉较高的制备成本,这限制了磁流变液在工业上的广泛应用。本论文采用的原料氧化铁皮,是钢铁生产中产生的固体废弃物,将得到的氧化铁皮粉碎球磨,然后用氢气将其还原得到微米级还原铁粉,将所得铁粉与适量硅油混合制备还原铁粉磁流变液并对其性能进行研究。这样我们就可以实现对炼钢废弃物的高附加值利用,有较大的研究价值。本文对氧化铁皮进行了球磨、筛选等预处理,得到氧化铁粉末,再利用XRD.SEM. M6sbauer spectrum对样品进行表征。结果表明:新拿回来的氧化铁皮中含有大量水分和油,在球磨过程中容易结块,影响球磨效果。我们采用了先清洗油污再干燥的方法,球磨分多次进行,将其中较难磨大颗粒筛掉,最后得到大小形状比较理想的氧化铁粉。氧化铁粉通过SEM观察基本为杆状和球状。经650℃还原4h,得到的还原铁粉铁元素的含量可达98%以上,我们通过M6sbauer spectrum分析,其中铁为93.593%,Fe-N固溶体含量为6.407%。我们制备出来的还原铁粉颜色为灰白色,松装密度为0.66g/cm3。经测量还原铁粉的矫顽力:Hc=6.01Oe;饱和磁化强度:Ms=225.7emu/g:剩余磁化强度:Mr=0.261emu/g根据载液选择要求,我们选择了硅油作为载液;硅烷偶联剂KH-550为表面活性剂对还原铁粉进行包覆。比较包覆前后铁粉发现:包覆后的还原铁粉更容易在载液中分散,且在载液中沉降稳定性良好。通过MCR301型流变仪对磁流变液表观粘度以及力学性能进行测试。测试结果表明:磁流变液在零场和磁场下均发生了明显的剪切稀化现象,是典型的非牛顿流体。磁流变液的剪切应力随着磁场的增大而迅速增大。向磁流变液中加入四氧化三铁纳米粒子能增大磁流变液的剪切应力,并且提高了磁流变液的沉降稳定性。有机膨润土的加入使得磁流变液的粘度增大,同时也大大提高了磁流变液的沉降稳定性。
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