CN104879384A

CN104879384A - 一种磁流体润滑方法

Info

Publication number: CN104879384A
Application number: CN201510291348.5A
Authority: CN
Inventors: 柯和继; 黄巍; 王晓雷
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2015-06-01
Filing date: 2015-06-01
Publication date: 2015-09-02

Abstract

本发明公开了一种磁流体润滑方法，首先采用离子液体作为基载液，制备离子液体基磁流体；然后将离子液体基磁流体设置在摩擦副表面，在摩擦副表面上施加磁场，磁场方向与摩擦副表面法向平行，使得离子液体基磁流体固定在摩擦副表面上；最后，在摩擦副表面上施加电场，电场方向与摩擦副表面法向平行。本发明减少甚至消除了润滑油的流失、挥发损耗，具有较大的实用价值。

Description

一种磁流体润滑方法

技术领域

本发明涉及磁流体润滑技术领域，尤其涉及一种磁流体润滑方法。

背景技术

目前研究报告指出，相当比例的空间机械部件的失效同润滑问题有关。处于空间环境中的润滑剂，需在超高真空中工作，且用量少、设计寿命长。所以，空间液体润滑剂的挥发损耗和表面爬移损耗是导致空间润滑失效的两大重要因素。

专利号为02288353.3的中国实用新型专利公开了一种磁流体润滑滑动轴承。它利用磁性流体可以被外磁场定位、限制在所需的位置的特点实现润滑。该磁性流体采用矿物油或合成油作为基载液，其饱和蒸气压相对较高，且使用温度范围较窄，显然难以满足空间低挥发、长寿命的基本要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及的缺陷，提供一种一种磁流体润滑方法，利用界面电磁场物理吸附的方式，将该功能型液体准确、持久保持于部件表面，并在部件表面形成一层稳定的吸附层；凭借对界面电、磁参数的调节，增强磁流体各组分与界面的吸附力和支撑力，减小摩擦副间的磨损，减缓挥发、爬移所引起的润滑剂流失，进而实现对整个润滑过程的调控。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种磁流体润滑方法，包含以下步骤：

步骤1），采用离子液体作为基载液，制备离子液体基磁流体；

步骤2），将离子液体基磁流体设置在摩擦副表面；

步骤3），在摩擦副表面上施加磁场，磁场方向与摩擦副表面法向平行，使得离子液体基磁流体固定在摩擦副表面上；

步骤4），在摩擦副表面上施加电场，电场方向与摩擦副表面法向平行，使得离子液体组分吸附在摩擦副表面上。

作为本发明一种磁流体润滑方法进一步优化方案，所述离子液体为烷基咪唑类离子液体。

作为本发明一种磁流体润滑方法进一步优化方案，所述步骤3）中采用永磁材料在摩擦副表面上施加磁场。

作为本发明一种磁流体润滑方法进一步优化方案，所述永磁材料采用钕铁硼永磁材料或钐钴永磁材料。

作为本发明一种磁流体润滑方法进一步优化方案，所述步骤4）中采用电极板在摩擦副表面上施加电场，所述电极板的内壁上均设有绝缘材料。

作为本发明一种磁流体润滑方法进一步优化方案，所述绝缘采用PET薄膜。

作为本发明一种磁流体润滑方法进一步优化方案，所述电极板采用镍板制成。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1. 零挥发、高热稳定性、宽液程；

2. 减少甚至消除了润滑油的挥发损耗，为空间特殊环境和某些极端工况（宽温程、低压、长时间连续工作等）的应用提供可能；

3. 凭借对界面电磁场的调节，增强磁流体各组分及界面的吸附强度，减缓润滑油爬移所引起的流失，进而实现对整个润滑过程的物理调控，为解决极端工况下的爬移现象提供可能；

4. 在电场力和磁场力的共同作用下，离子液体基磁流体在静止时也会产生支撑力，可以在低速条件下建立润滑油膜，为解决精密滑动机构中低速状态提供可能。

附图说明

图1是电磁场下的离子液体基磁流体润滑方式示意图；

图2是无电磁场下离子液体基磁流体各组分在界面上的分布示意图；

图3是磁场、正电极板下离子液体基磁流体各组分在界面上的分布示意图；

图4是磁场、负电极板下离子液体基磁流体各组分在界面上的分布示意图。

图中，1-电极板，2-永磁体，3-离子液体基磁流体，4-绝缘材料，5-载荷，6-电极导线，7-摩擦副，8-电极导线，9-阴阳离子，10-磁性颗粒。

具体实施方式

本发明公开了一种磁流体润滑方法，充分利用离子液体基磁流体的零挥发和电磁场下的吸附作用，具体包含以下步骤：

步骤1），采用离子液体作为基载液，制备离子液体基磁流体。

选取具有优异稳定性（如宽温域、抗氧化、耐腐蚀）及润滑特性的典型离子液体系列(如咪唑类离子液体)作为基载液，制备出稳定的离子液体基磁流体。

步骤2），将离子液体基磁流体设置在摩擦副表面。

摩擦副表面材料可以选择铁磁性材料和非铁磁性材料。铁磁性材料包括电工纯铁和普通碳钢，电工纯铁是良好的导磁材料，而普通碳钢也是铁磁性材料并可能存在剩磁，非铁磁性材料可以使用有色金属、硅片和工程塑料如PTFE和UHMWPE等。

步骤3），在摩擦副表面上施加磁场，磁场方向与摩擦副表面法向平行，使得离子液体基磁流体固定在摩擦副表面上。

该磁场为外磁场，可由传统的永磁材料或电磁铁来提供。

使用永磁材料在摩擦副表面施加磁场时，永磁材料可以是钕铁硼永磁材料或者钐钴永磁材料，长度和宽度尺寸与平行板摩擦副尺寸相同，进而将该磁流体定位保持在摩擦副表面；永磁材料的厚度根据实际工况（该摩擦副所在空间大小）而定。

步骤4），在摩擦副表面上施加电场，电场方向与摩擦副表面法向平行。

采用相互平行的两块电极板来施加电场，将电源接入电极电线，分别对两块材料为镍板的电极板施加不同电势，在电极板间形成电场，电场强度通过电源电压来调控。在电场作用下，离子液体中阴离子吸附在正极电板上，阳离子吸附在负极电板上。

电场方向与摩擦副表面法向平行，电场大小与两镍板之间的距离成反比，与电势差大小成正比。镍板长度和宽度尺寸与平行板摩擦副尺寸相同，进而将磁流体中的离子液体组分吸附在摩擦副表面。此外，在电极板与磁铁之间以及电极板与摩擦副之间需有一层绝缘材料（如PET薄膜），以保证摩擦副之间产生电势差而形成电场。

在磁场作用下，磁流体中的磁性颗粒受到永磁体吸引而吸附在平行板摩擦副表面，如图3和图4所示。磁流体被定位保持在摩擦副表面并产生支撑力，该支撑力与两个表面滑动速度无关，即使在静止或低速的状态下，也能形成对另一个表面的支撑；在电场作用下，阴离子吸附在正极电板上，阳离子吸附在负极电板上，如图3和图4所示，进而在摩擦副表面形成一层稳定的离子吸附保护膜。

调节电极板电势差、永磁体磁参数，增强磁流体各组分与界面的吸附力和支撑力，从而获得特定工况下最佳的润滑效果和减磨效果。

如图1所示，以由平行板组成的面面接触式摩擦副为例，在两平行板间充入离子液体基磁流体，摩擦副中的外载荷施加方向以及各组件安放顺序均如图1所示。

图2是无电磁场下离子液体基磁流体各组分在界面上的分布示意图。

图3是磁场、正电极板下离子液体基磁流体各组分在界面上的分布示意图。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1. 一种磁流体润滑方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤2），将离子液体基磁流体设置在摩擦副表面；

步骤4），在摩擦副表面上施加电场，电场方向与摩擦副表面法向平行,使得离子液体组分吸附在摩擦副表面上。

2. 根据权利要求1所述的磁流体润滑方法，其特征在于，所述离子液体为烷基咪唑类离子液体。

3. 根据权利要求1所述的磁流体润滑方法，其特征在于，所述步骤3）中采用永磁材料在摩擦副表面上施加磁场。

4. 根据权利要求3所述的磁流体润滑方法，其特征在于，所述永磁材料采用钕铁硼永磁材料或钐钴永磁材料。

5. 根据权利要求1所述的磁流体润滑方法，其特征在于，所述步骤4）中采用电极板在摩擦副表面上施加电场，所述电极板的内壁上均设有绝缘材料。

6. 根据权利要求5所述的磁流体润滑方法，其特征在于，所述绝缘采用PET薄膜。

7. 根据权利要求5所述的磁流体润滑方法，其特征在于，所述电极板采用镍板制成。