磁流变液及其在工程中的应用探讨

刘伟军

（杭州中德门窗有限公司 杭州 310019）

磁流变液及其在工程中的应用探讨

刘伟军

（杭州中德门窗有限公司 杭州 310019）

磁流变液属可控流体，简称MR流体，它是一种性能独特的智能材料，在近几年的相关研究领域中较为热门。磁流变液是由非导磁性液体和低磁滞性、高磁导率的微小软磁颗粒混合而成的悬浮体。本文简单介绍了磁流变技术的发展、磁流变技术的优势特征，对磁流变技术的应用进行了简单阐述，对磁流变技术存在的问题进行了简单分析。

磁流变液；工程；应用

近年来，磁流变技术在工业界和国内外的研究学者中引起广泛关注，已成为当前智能材料领域研究的一个重要方向。磁流变液是一种新型流体，它具备高效率、变化迅速、连续、安全可靠等特点，并且因其具备特殊的磁流变效应而被广泛关注。作为一种新型的智能材料，磁流变液被认为在汽车制造、医疗行业、建筑行业都拥有极高的应用价值，发展潜力巨大。近几年，英、法、美、日等国外发达国家均加大了对磁流变液的投入和研究，我国的相关研究工作也已经起步。

1 磁流变技术

1.1 磁流变技术的概念

磁流变效应是磁流变液的理论基础，磁流变效应指在外加磁场的作用下，流体能瞬间停止流动变为固态，当去除磁场时，又能从固态变为液态，整个过程可逆且具有可控性、稳定性。磁流变液通常由磁性颗粒、稳定剂和载液组成。磁流变液的整个过程用时极短，能耗极小，且具有剪切应力大、适用范围广等特点，因而研究价值极大。

1.2 磁流变技术的发展现状

1.2.1 国外现状

磁流变效应于1948年被发现，在随后的几十年里，由于人们把主要精力放在了电流变液的研究上，因此磁流变液发展缓慢。近二十年来，美国的Lord公司在磁流变液的研究上投入较大，并取得了可喜的成果，该公司先后公布了多种磁流变液的配方，并通过加入添加剂的措施对磁流变过程的各种参数予以控制。而美国的福特汽车公司，在磁流变性能的研究方面取得了较大进展，该公司研究发现，体积膨胀是导致屈服应力下降的原因，而磁流变液的激化机理不受温度变化的影响。

1.2.2 国内现状

我国的磁流变技术研究起步较晚，20世纪90年代后期，相关研究工作才开始进行。目前，我国科学家在磁流变的机理、工程应用、材料制作等发面都取得了一些进展，但这些研究大都停留在科研机构和高等院校中，因此相关应用较少。总体来讲，我国的磁流变液技术和国外相比，还有比较大的差距，相关研究工作亟待提高重视和加大投入。

2 磁流变液的优势特征

2.1 连续性好

磁流变液在外加磁场的作用下，其表面粘度会发生相应变化，这一变化过程是无级且连续的，过程可控且具备非线性的特点，这些特征为磁流变液的应用提供了基础。

2.2 工作温度范围大

因为磁流变液的激化机理不受温度变化的影响，所以在-40～200℃下，磁流变液均具有良好的稳定性。

2.3 能耗低

磁流变液相比于电流变液的另一大优势是能耗低，磁流变体在实现液体和固体之间的转换过程不会吸收或者释放大量能量。且整个过程耗时极短，可以满足很多工程上的要求。

2.4 剪切屈服强度大

剪切屈服强度大是磁流变液相比于电流变液的一个显著优势。在外加磁场的作用下，磁流变液的剪切屈服度甚至可以达到50kPa以上，这大大提高了磁流变液的应用价值。

2.5 可控性强

根据电磁感应原理我们知道，磁场的强度由励磁线圈电流的大小所决定，所以我们通过控制流过线圈的电流，便可控制相应感应磁场的强度。磁流变液的这一特点使其更易于与计算机相结合，从而实现系统的自动控制。

3 磁流变技术的具体应用

3.1 应用在汽车制造中

磁流变阻尼技术在汽车行业中应用广泛，根据此原理制造的座椅减振系统和悬架减振器，大大提高了汽车舒适度和安全性。除此之外，磁流变阻尼技术还被应用于汽车的制动器和离合器上。

3.2 应用在建筑领域

应用磁流变液技术制造的阻尼器其阻尼力可调，可以实现对振动的相应控制，因此在避免因振动引起的高层建筑物重大灾害中，磁流变液技术发挥着极其重要的作用。

3.3 应用在医疗领域

在医疗领域，磁流变技术应用最为广泛的实例就是将磁流变阻尼器应用到假肢中。该应用技术相对成熟，为智能假肢的产业化提供了基础。除此之外，磁流变技术还可应用于手腕功能恢复装置和康复机上。

4 现阶段磁流变技术存在的问题

4.1 理论、技术有待完善

近年来，虽然国内外对磁流变技术的研究取得了较大进展，但对磁流变的极化机理各界还有达成统一认识。磁流变液的力学性能和结构还不能完全适用于磁流变液的各种条件和场合。在实际应用中，也经常出现实际性能大大偏离设计指标的情况。目前，磁流变液还不能克服稳定性不足和零场粘度高等技术瓶颈，磁流变液器件控制的精确和优化还有待提高。

4.2 应用范围有待扩大

磁流变液虽然发现较早，但对其深入研究却是近几年才开展起来的，应用的领域也十分少，目前主要应用于工程减振系统，不过磁流变液的性能优势突出，相信随着时间的推移和研究的加大，磁流变液的应用范围会越来越广。

4.3 商业实用性有待提升

现阶段，磁流变液技术还不够完善，对其的研究也大多停留在试验阶段，在国外，一些技术甚至还处于保密状态，因此，实际投入应用的磁流变液器件也相对较少，其产业化和商业化还有一段较长的路要走。

5 结语

作为一种新型的智能材料，磁流变液易于控制且性能优越，虽然在一些技术环节和实际应用中，有些难题还有待解决，但这并不影响磁流变液广阔的应用前景，特别是在工程机械领域，磁流变液必将发挥巨大的作用。近年来，随着研究投入的加大，磁流变液在实际应用方面进展迅速，国外一些国家的相应设备已经进入市场。相信，在不远的将来，随着磁流变技术不断得发展完善，相应技术面难题得以解决，磁流变技术人们的日常生产生活中，必将发挥重要的作用。

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1004-7344（2016）25-0290-01

2016-8-15