还原铁磁流变液沉降稳定性及流变特性研究

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磁流变液作为一种新型功能材料,具有流体特性智能可控的特点,是由磁性颗粒、载液、添加剂等构成制成的一种悬浮液。在外加磁场作用下,磁流变液可由牛顿流体瞬间转变为Bingham流体,具有较大的剪切应力,可应用于阻尼器、离合器、磁流变抛光等方面。目前磁流变液存在沉降稳定性较差的问题,严重影响了磁流变液的应用。本文采用还原铁粉和羰基铁粉为磁性颗粒制备磁流变液,研究颗粒体积分数、表面活性剂、添加剂等对磁流变液性能的影响,从而提高磁流变液的沉降稳定性及流变特性。本文以钢厂废弃物氧化铁皮为原料,用硫酸溶解并经过提纯净化得到纯净的FeSO4溶液,采用沉淀法制备Fe2O3粉末,然后650℃通氢气还原4h得到还原铁粉,通过XRD、 Mossbauer spectrum对样品分析,其中铁含量为93.2%。同时,对还原铁粉和羰基铁粉进行了SEM、VSM检测,得到还原铁粉的粒度主要在10~20μm,矫顽力Hc为8.050e,饱和磁化强度Ms达到204.94emu/g;羰基铁粉粒度均在1~5μm, He为27.08Oe, Ms达到223.56emu/go磁性颗粒饱和磁化强度越大,则磁流变液响应时间越短且剪切应力越大;矫顽力越小,磁滞损耗越小。由此可见,与还原铁磁流变液相比,羰基铁磁流变液的响应时间较短,剪切应力较大,但由于还原铁粉的矫顽力比羰基铁粉小,所以还原铁磁流变液磁滞损耗较低,有利于实际应用。但还原铁粉和羰基铁粉具有高饱和磁化强度和较低的矫顽力,均可用于制备磁流变液。实验中选用硅烷偶联剂KH-550和油酸为表面活性剂,溶于异丙醇中与磁性颗粒混合,在60℃水浴锅中搅拌0.5h,经机械球磨后,在真空干燥箱中80℃真空干燥1h。通过XRD、VSM分析,包覆后磁性颗粒对应Fe五个衍射峰都出现了宽化,并且强度都明显降低,还原铁粉饱和磁化强度Ms为186.91emu/g,羰基铁粉Ms为198.94emu/g。将包覆后磁性颗粒加入纳米Si02和有机膨润土,与硅油混合球磨4h,即得磁流变液。通过MCR301型流变仪对磁流变液表观粘度以及剪切应力进行测试,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。实验表明,体积分数35%的磁流变液的表观粘度较低,在磁场下又能达到较高的剪切应力,同时具有较好的沉降稳定性。表面活性剂KH-550和油酸的混合使用以及纳米二氧化硅的Si02加入,都在一定程度上提高了磁流变液的剪切应力及沉降稳定性,表面活性剂的用量在5%,添加剂2%效果最佳。选用羰基铁粉制备的磁流变液的沉降稳定性明显优于还原铁磁流变液,且零场粘度较低,剪切应力达到34.9kPa,比还原铁磁流变液大。
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