磁流變液及其在工程中的應用探討

劉偉軍

（杭州中德門窗有限公司 杭州 310019）

磁流變液及其在工程中的應用探討

劉偉軍

（杭州中德門窗有限公司 杭州 310019）

磁流變液屬可控流體，簡稱MR流體，它是一種性能獨特的智能材料，在近幾年的相關研究領域中較為熱門。磁流變液是由非導磁性液體和低磁滯性、高磁導率的微小軟磁顆粒混合而成的懸浮體。本文簡單介紹了磁流變技術的發展、磁流變技術的優勢特征，對磁流變技術的應用進行了簡單闡述，對磁流變技術存在的問題進行了簡單分析。

磁流變液；工程；應用

近年來，磁流變技術在工業界和國內外的研究學者中引起廣泛關注，已成為當前智能材料領域研究的一個重要方向。磁流變液是一種新型流體，它具備高效率、變化迅速、連續、安全可靠等特點，并且因其具備特殊的磁流變效應而被廣泛關注。作為一種新型的智能材料，磁流變液被認為在汽車制造、醫療行業、建筑行業都擁有極高的應用價值，發展潛力巨大。近幾年，英、法、美、日等國外發達國家均加大了對磁流變液的投入和研究，我國的相關研究工作也已經起步。

1 磁流變技術

1.1 磁流變技術的概念

磁流變效應是磁流變液的理論基礎，磁流變效應指在外加磁場的作用下，流體能瞬間停止流動變為固態，當去除磁場時，又能從固態變為液態，整個過程可逆且具有可控性、穩定性。磁流變液通常由磁性顆粒、穩定劑和載液組成。磁流變液的整個過程用時極短，能耗極小，且具有剪切應力大、適用范圍廣等特點，因而研究價值極大。

1.2 磁流變技術的發展現狀

1.2.1 國外現狀

磁流變效應于1948年被發現，在隨后的幾十年里，由于人們把主要精力放在了電流變液的研究上，因此磁流變液發展緩慢。近二十年來，美國的Lord公司在磁流變液的研究上投入較大，并取得了可喜的成果，該公司先后公布了多種磁流變液的配方，并通過加入添加劑的措施對磁流變過程的各種參數予以控制。而美國的福特汽車公司，在磁流變性能的研究方面取得了較大進展，該公司研究發現，體積膨脹是導致屈服應力下降的原因，而磁流變液的激化機理不受溫度變化的影響。

1.2.2 國內現狀

我國的磁流變技術研究起步較晚，20世紀90年代后期，相關研究工作才開始進行。目前，我國科學家在磁流變的機理、工程應用、材料制作等發面都取得了一些進展，但這些研究大都停留在科研機構和高等院校中，因此相關應用較少。總體來講，我國的磁流變液技術和國外相比，還有比較大的差距，相關研究工作亟待提高重視和加大投入。

2 磁流變液的優勢特征

2.1 連續性好

磁流變液在外加磁場的作用下，其表面粘度會發生相應變化，這一變化過程是無級且連續的，過程可控且具備非線性的特點，這些特征為磁流變液的應用提供了基礎。

2.2 工作溫度范圍大

因為磁流變液的激化機理不受溫度變化的影響，所以在-40～200℃下，磁流變液均具有良好的穩定性。

2.3 能耗低

磁流變液相比于電流變液的另一大優勢是能耗低，磁流變體在實現液體和固體之間的轉換過程不會吸收或者釋放大量能量。且整個過程耗時極短，可以滿足很多工程上的要求。

2.4 剪切屈服強度大

剪切屈服強度大是磁流變液相比于電流變液的一個顯著優勢。在外加磁場的作用下，磁流變液的剪切屈服度甚至可以達到50kPa以上，這大大提高了磁流變液的應用價值。

2.5 可控性強

根據電磁感應原理我們知道，磁場的強度由勵磁線圈電流的大小所決定，所以我們通過控制流過線圈的電流，便可控制相應感應磁場的強度。磁流變液的這一特點使其更易于與計算機相結合，從而實現系統的自動控制。

3 磁流變技術的具體應用

3.1 應用在汽車制造中

磁流變阻尼技術在汽車行業中應用廣泛，根據此原理制造的座椅減振系統和懸架減振器，大大提高了汽車舒適度和安全性。除此之外，磁流變阻尼技術還被應用于汽車的制動器和離合器上。

3.2 應用在建筑領域

應用磁流變液技術制造的阻尼器其阻尼力可調，可以實現對振動的相應控制，因此在避免因振動引起的高層建筑物重大災害中，磁流變液技術發揮著極其重要的作用。

3.3 應用在醫療領域

在醫療領域，磁流變技術應用最為廣泛的實例就是將磁流變阻尼器應用到假肢中。該應用技術相對成熟，為智能假肢的產業化提供了基礎。除此之外，磁流變技術還可應用于手腕功能恢復裝置和康復機上。

4 現階段磁流變技術存在的問題

4.1 理論、技術有待完善

近年來，雖然國內外對磁流變技術的研究取得了較大進展，但對磁流變的極化機理各界還有達成統一認識。磁流變液的力學性能和結構還不能完全適用于磁流變液的各種條件和場合。在實際應用中，也經常出現實際性能大大偏離設計指標的情況。目前，磁流變液還不能克服穩定性不足和零場粘度高等技術瓶頸，磁流變液器件控制的精確和優化還有待提高。

4.2 應用范圍有待擴大

磁流變液雖然發現較早，但對其深入研究卻是近幾年才開展起來的，應用的領域也十分少，目前主要應用于工程減振系統，不過磁流變液的性能優勢突出，相信隨著時間的推移和研究的加大，磁流變液的應用范圍會越來越廣。

4.3 商業實用性有待提升

現階段，磁流變液技術還不夠完善，對其的研究也大多停留在試驗階段，在國外，一些技術甚至還處于保密狀態，因此，實際投入應用的磁流變液器件也相對較少，其產業化和商業化還有一段較長的路要走。

5 結語

作為一種新型的智能材料，磁流變液易于控制且性能優越，雖然在一些技術環節和實際應用中，有些難題還有待解決，但這并不影響磁流變液廣闊的應用前景，特別是在工程機械領域，磁流變液必將發揮巨大的作用。近年來，隨著研究投入的加大，磁流變液在實際應用方面進展迅速，國外一些國家的相應設備已經進入市場。相信，在不遠的將來，隨著磁流變技術不斷得發展完善，相應技術面難題得以解決，磁流變技術人們的日常生產生活中，必將發揮重要的作用。

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2016-8-15