Обзор магнитных жидкостей, применяемых в триботехнических устройствах

NovaInfo 55, с.20-23, скачать PDF
Опубликовано
Раздел: Технические науки
Просмотров за месяц: 11
CC BY-NC

Аннотация

Магнитные жидкости представляют искусственно синтезированные нанодисперсные системы, сочетающие в себе свойства магнитного материала и жидкости с возможностью управления реологическими, теплофизическими, оптическими и другими характеристиками магнитным полем. По своим магнитным свойствам мангинтная жидкость существенно проигрывают твердым магнитным материалам сталям, пермаллою, ферритам, но по сравнению с парамагнетиками, к которым относится большинство жидких сред, они являются супермагнитными. Использование магнитная жидкость расширяется, находятся новые сферы их применения, поэтому вопрос дальнейшего исследования магнитных жидкостей и устройств на их основе, является актуальным.

Ключевые слова

ИЗНОС, НАДЕЖНОСТЬ, МАГНИТНАЯ ЖИДКОСТЬ

Текст научной работы

Магнитные жидкости (МЖ) представляют искусственно синтезированные нанодисперсные системы, сочетающие в себе свойства магнитного материала и жидкости с возможностью управления реологическими, теплофизическими, оптическими и другими характеристиками магнитным полем. МЖ являются коллоидным раствором ферро- или ферримагнетика с размером частиц около 10 нм в жидкости-носителе [1]. В качестве жидкости-носителя могут использоваться различные жидкие среды, например, вода, керосин, минеральные и синтетические масла, Выбор жидкости-носителя определяется назначением магнитной жидкости, условиями ее работы. Задача стабилизации раствора с плотностью материала твердых частиц более 5 г/см3 в жидкости-носителе с плотностью 1 г/см3 является достаточно сложной. Дополнительно она усложняется магнитным взаимодействием взвешенных частиц. Частицы с такими малые размерами являются однодоменными. Это означает, что вещество внутри частицы предельно намагничено в одном направлении и каждая частица представляет постоянный магнит с наноразмерами. Если поместить миллионы таких постоянных магнитов в жидкую среду, то под действием сил магнитного взаимодействия рядом расположенные частицы начнут ориентироваться друг к другу разноименными полюсами, притягиваться, слипаться, образовывать крупные агрегаты и конгломераты, которые под действием сил тяжести через какое-то время выпадут в осадок. Что бы исключить данные процессы, каждую частицу покрывают защитным адсорбционным слоем поверхностно-активного вещества (ПАВ). Этот слой не только ограничивает сближение частиц, но и отталкивает соседние частицы при их сближении. В основе этих сил лежит молекулярная электростатика. Условие существования коллоидного раствора предполагает, чтобы взвешенные в жидкости твердые частицы должны быть достаточно малы, чтобы броуновское (тепловое) движение молекул жидкости препятствовало оседанию частиц в поле тяжести. МЖ, как коллоидные растворы, обладают устойчивостью, как в магнитном поле, так и вне магнитного поля, что обеспечивает стабильность характеристик устройств с их применением.

Магнитные свойства МЖ зависят от материала частиц, их объемной концентрации, размера, величины напряженности приложенного внешнего магнитного поля и дезориентирующего действия теплового движения.

По своим магнитным свойствам МЖ существенно проигрывают твердым магнитным материалам ‑ сталям, пермаллою, ферритам, но по сравнению с парамагнетиками, к которым относится большинство жидких сред, они являются супермагнитными. Максимальная относительная магнитная проницаемость МЖ достигает 10 о.е. Максимальную магнитную проницаемость МЖ имеет в слабых магнитных полях. Магнитные свойства МЖ нелинейно зависят от напряженности магнитного поля.

Магнитного насыщения МЖ достигает при напряженности магнитного поля 600-800 кА/м. МЖ отличаются друг от друга величинами максимальной магнитной проницаемости и намагниченности насыщения. В настоящее время синтезированы МЖ намагниченность насыщения, которых достигает 100 кА/м при предельной концентрации.

Универсального подхода к синтезу магнитных жидкостей на разных жидкостях-носителях нет. Разработчики МЖ обычно используют собственные технологии. Более того, каждый разработчик использует для синтеза МЖ вещества, выпускаемые химической промышленностью той страны, в которой он работает. Эффективность технологий синтеза оценивается по достижению основных физических характеристик. Основной показатель качества магнитной жидкости – стабильность свойств во времени.

Магнитожидкостные уплотнения применяют для передачи движения в вакуумные среды, в объемы, заполненные газами под давлением, в том числе, агрессивными. Для таких уплотнений важным параметром является собственный момент трения, обусловленный вязкостным трением движущихся слоёв МЖ. В зазоре переменного сечения магнитожидкостных уплотнений МЖ движется под воздействием неоднородного магнитного поля. Для корректного определения момента трения необходимо уметь рассчитывать поле скоростей движения МЖ в зазоре с учетом нелинейных магнитореологических характеристик.

На базе МЖ созданы магнитожидкостные опоры, подвесы и подшипники. Принцип работы таких устройств основан на возникновении силы выталкивания немагнитного тела, при его погружении в магнитную жидкость, находящуюся в магнитном поле

МЖ послужили основой для создания высокочувствительных датчиков наклона, ускорения, уровня и т.д. принцип действия которых основан на изменении индуктивностей, содержащих МЖ. Их отличает высочайшая чувствительность, позволяющая создавать приборы высокой точности.

Магнитная жидкость служит технологической средой в сепараторах нового типа немагнитных материалов. Магнитожидкостные сепараторы разделяют с высокой точностью цветные материалы с различной плотностью. Их применение в золотодобывающей промышленности позволило повысить процент выхода золота из перерабатываемой руды.

МЖ позволили создать демпферы и амортизаторы с управляемой жесткостью. Их демпфирующие свойства регулируются изменением напряженности магнитного поля в области каналов перетекания МЖ. Преимущество таких демпферов – это мобильное управление свойствами демпфера при помощи бортового компьютера, отслеживающего состояние качества дороги с помощью датчиков.

В настоящее время с использованием МЖ разработаны технологии очистки водных поверхностей от нефтепродуктов при авариях и катастрофах. Самым сложным этапом очистки является последняя стадия, когда толщина слоя разлитых нефтепродуктов составляет десятые доли миллиметра. В этих условиях высоко концентрированную МЖ распыляют над зоной загрязненного участка. Она растворяется в пленке нефтепродуктов, после чего мощными плавающими магнитными установками собирается с поверхности загрязненного водоема.

Создание устойчивого магнитоуправляемого нанодисперсного материала – магнитной жидкости, его всестороннее изучение и исследование позволило разработать принципиально новые классы магнитожидкостных триботехнических устройств и технологий. Их применение в различных областях промышленности помогает эффективно решать сложные технические задачи. Использование МЖ расширяется, находятся новые сферы их применения, поэтому вопрос дальнейшего исследования МЖ и устройств на их основе, является актуальным.

Читайте также

Список литературы

  1. Rosensweig R.E. Magnetic Fluids // Int. Sci. Tech., – 1966. – № 55. – Р. 48–56.
  2. Перминов С.М., Казаков Ю.Б., Полетаев В.А. Магнитные жидкости – магнитоуправляемый нанодисперсный материал для создания новых триботехнических устройств и технологий. //Физика, химия и механика трибосистем: Межвуз. cб. науч. тр. - Иваново: Иван. гос. ун-т, 2011. – Вып. 10. – С. 136-142.
  3. Киселев В.В. Роль смазочных материалов в процессе трения и изнашивания // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 54; URL: http://novainfo.ru/article/8437.
  4. Киселев В.В. Влияние механо-химических процессов при трении на образование поверхностных пленок // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 53; URL: http://novainfo.ru/article/8206.
  5. Киселев В.В. Механизм уменьшения износа при реализации эффекта безызносного трения // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) – 2016 г. – № 55; URL: http://novainfo.ru/article/8810.
  6. Киселев В.В. К проблеме улучшения триботехнических свойств смазочных материалов. / Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. – 2006. – Т. 49. – № 12. – С. 115-116.
  7. Киселев В.В. Меры по снижению износа деталей пожарной техники. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 1. – № 51. – С. 37-40.
  8. Топоров А.В., Топорова Е.А. Использование магнитоэластоменрного материала для удержания магнитожидкостной смазки в области трения. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 2. – № 52. – С. 20-25.
  9. Топоров А.В. Анализ конструкций бесконтактных уплотнений. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 2. – № 54. – С. 53-55.
  10. Топоров А.В. Анализ конструкций контактных уплотнений. / NovaInfo.Ru. – 2016. – Т. 2. – № 54. – С. 55-57.

Цитировать

Полетаев, В.А. Обзор магнитных жидкостей, применяемых в триботехнических устройствах / В.А. Полетаев. — Текст : электронный // NovaInfo, 2016. — № 55. — С. 20-23. — URL: https://novainfo.ru/article/8916 (дата обращения: 05.10.2022).

Поделиться