[发明专利]高耐久性磁流变流体

说明书

交叉引用

本申请要求2009年6月1日提交的、名称为“高耐久性磁流变流体”的美国临时申请US 61/182,773的优先权，其全文以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及耐久性提高的磁流变流体组合物。更具体地，本发明涉及其中含有相对较硬颗粒和相对较软颗粒的混合物的磁流变流体组合物，所述硬颗粒和软颗粒优选为铁颗粒。

背景技术

磁流变流体为磁场响应性流体，其包含磁场可极化的颗粒组分和液体载体组分。磁流变流体在用于控制振动和/或噪音的设备或系统中是有用的。已经有人提出将磁流变流体用于控制各种设备的阻尼，所述设备例如为阻尼器、减震器和弹性体支座(elastomeric mount)。还提出将其用于控制制动器、离合器和阀门的压力和/或扭矩。磁流变流体被认为在很多应用中都优于电流变流体，因为其表现出更高的屈服强度，并且能够产生更大的阻尼力。

颗粒组分组合物通常包含微米级磁响应颗粒。在存在磁场的情况下，磁响应颗粒被极化，从而组织成颗粒链或者颗粒细纤维。颗粒链增加流体的表观粘度(流动阻力)，这会导致形成具有一定的屈服应力的固体块，必须超过该屈服应力才能使磁流变流体开始流动。当消除磁场时，颗粒返回无组织状态，这会使流体的粘度降低。

磁流变(MR)流体由分散在载体液中的小球状铁磁性或顺磁性颗粒组成。小尺寸的磁性颗粒容易悬浮，并且允许将设备设计成具有小缝隙。标准的羰基铁(CI)(通常所用的铁)是由五羰基铁蒸汽通过气相分解过程而产生的，其形成碳含量相对高的球状颗粒。也可以使用经还原的CI，其通过还原标准CI而制备，并且碳含量非常低。然而，与其它类型的铁相比，标准CI和经还原的CI多少有些昂贵。此外，使用羰基铁限制了可以采用的冶金术的范围，这归因于制备这种CI颗粒所采用的工艺。

近年来，人们致力于开发主要用于汽车悬架阻尼器的低成本MR流体。主要的关注点是使用低成本水雾化铁(WAI)颗粒替代现有技术流体中所使用的高成本羰基铁(CI)。WAI颗粒的制备在本领域以及文献中是已知的，通常涉及熔融铁或铁合金，使其从小孔流出以形成细流，并且对该熔融流进行高压喷水以形成金属颗粒。为了确定较大的水雾化铁(WAI)粉末能否满足耐久性的要求，人们已经付出了很多努力，但是到目前为止收效甚微。在为获得良好耐久性而特别配制的MR流体中，简单地用较大的WAI替代CI仅得到了耐久性不合格的流体。试图用较大的WAI来优化MR流体的配方尚未取得成功。

含有较大WAI的流体的耐久性失效的根本原因在于，铁粉末经过机械作业，尺寸降低(degradation)，以至于产生了大量的细颗粒(直径小于1微米)。

因此，希望提供这样一种使用水雾化颗粒的磁流变(MR)流体，其满足耐久性标准并且在机械作业之后产生较少的尺寸降低的细颗粒。

发明内容

在本发明的一个实施方案中，提供一种磁流变流体，其包含载体液、以及由相对较软的水雾化铁颗粒或粉末与少量相对较硬的颗粒或粉末形成的共混物。在本发明的另一个实施方案中，MR流体配制物还包含作为载体液的烃油和任选的增稠剂以及MR流体常用的其他添加剂。

虽然本发明在使用水雾化铁替代羰基铁时具有独特的实用性，但其中一类或两类铁颗粒含有羰基铁也在本发明的实施方案的范围之内。

在本发明的另一个实施方案中，MR流体包含疏水性载体油、悬浮助剂、以及由较软的水雾化铁粉与少量或微量明显较硬的金属粉末(例如铁)形成的混合物。还可以添加本领域以及文献中已知的包括表面活性剂和其它添加剂在内的其它添加剂，以减少磨损和摩擦，并且提高抗氧化性。

包含由硬度不同的颗粒或粉末形成的混合物的MR流体出乎意料地提供了优于仅使用水雾化软铁粉的MR流体的耐久性和设备磨损特性。使用多种添加剂也提高了耐久性。

本发明一方面公开了一种包含两类磁响应颗粒的共混物的磁流变流体，其中一类颗粒相对较硬，并且平均粒径范围为大约1微米至大约150微米；另一类颗粒相对较软，并且平均粒径范围为大约1微米至大约100微米，并且所述流体不含氟碳化合物。

本发明的另一个方面提供了一种制备磁流变流体的方法，其包括以下步骤：将磁响应性的硬颗粒和磁响应性的软颗粒与载体液混合，所述磁流变流体不含氟碳化合物，其中所述硬颗粒的平均粒径范围为1微米至150微米，所述软颗粒的平均粒径范围为1微米至100微米。

具体实施方式