EA001645B1

EA001645B1 - Магнитная жидкость и способ ее получения

Info

Publication number: EA001645B1
Application number: EA200000224A
Authority: EA
Inventors: Катсуто Накатсука; Янг-сам Ким; Тойохиса Фудзита; Такафуми Атараси
Original assignee: Ниттецу Майнинг Ко., Лтд.; Катсуто Накатсука
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2001-06-25
Also published as: EA200000224A1; EP1017067A4; CN1159735C; US6440322B1; HK1033385A1; AU757338B2; WO1999014767A1; KR100520697B1; NO20001351D0; AU9003098A; JPH1197230A; JP3746884B2; KR20010024058A; CN1278946A; EP1017067B1; DE69833770D1; EP1017067A1; DE69833770T2; ATE320073T1; CA2304229A1

Abstract

Представлены магнитная жидкость и способ ее получения. Магнитная жидкость является отличной жидкостью, которая мощно и точно активируется под действием внешнего магнитного поля так, что ее вязкость может значительно возрастать и может легко и точно контролироваться с помощью регулировки воздействующего на нее внешнего магнитного поля. Магнитная жидкость также уникальна в смысле невосприимчивости к окислению и дисперсионной способности частиц и имеет достаточно широкий диапазон вязкости. Магнитная жидкость включает покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы металла, диспергированные в растворителе, в котором поддерживаются условия дисперсии, и способ получения жидкости включает образование пленки оксида на поверхности исходных частиц оксида частиц магнитного металла, восстановление исходных частиц оксида, покрытых пленкой оксида, для получения частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, и устойчивую дисперсию в растворителе частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой.

Description

Настоящее изобретение относится к магнитной жидкости и способу ее получения. В частности, настоящее изобретение относится к магнитной жидкости, пригодной для использования в качестве рабочей жидкости для гасителей колебаний, приводов, уплотнителей валов, вакуумных уплотнителей, динамически нагруженных подшипников и им подобных, и к способу ее получения.

Предшествующий уровень техники

Магнитная жидкость, полученная с помощью крайне устойчиво диспергируемых мелких частиц оксида магнитных металлов, такого как магнетит, представляет собой в жидкой фазе такую функциональную жидкость, которая обладает текучестью, но при воздействии магнитного поля может быстро и обратимо активироваться, и жидкость может быстро и обратимо изменяться по текучести, вязкости и им подобным свойствам и даже изменяться в состояние геля, не проявляя текучесть. Поскольку вязкость таких магнитных жидкостей может, следовательно, легко регулироваться внешним магнитным полем, было исследовано использование этих жидкостей в качестве рабочих жидкостей для различных механических устройств, включая гасители колебаний, приводы, уплотнители валов, вакуумные уплотнители, динамически нагруженные подшипники и им подобные.

Известная магнитная жидкость, содержащая оксид металла, представляет собой жидкость на основе масла, полученную с помощью вызванного поглощения олеиновой кислоты частицами магнетита и дисперсии этих частиц в керосине (ΙΡ-Λ-53-17118).

Кроме того раскрыта методика получения магнитной жидкости на водной основе (ΙΡ-Λ-5440069). При этой методике вызывают поглощение олеиновой кислоты в ее водном растворе магнетитом, полученным с помощью «влажной» технологии, и полученный в результате хлопьевидный осадок превращают посредством фильтрации в слежавшийся осадок, имеющий содержание воды приблизительно 50%. Этот слежавшийся осадок переносят в химический стакан и в него добавляют твердый порошок додецилбензолсульфоната натрия с последующим перемешиванием и, таким образом, фильтровальная лепешка диспергируется для быстрого превращения в жидкость с низкой вязкостью и получения магнитной жидкости на основе воды.

При исследовании магнитных свойств мелких частиц железа был использован способ дисперсии мелких частиц железа в ртутной матрице с помощью электроосаждения. С помощью этого способа была получена содержащая железо магнитная жидкость на основе жидкого металла (1. Уап АоШегдйеш, 8. Могир, 8.Ά Сйаг1ек, и 8. Ае11к, 1. Мад. Мад. Мак1ег., 65:276(1987)).

И когда такая содержащая железо магнитная жидкость контактирует с воздухом, величина ее намагничивания быстро уменьшается вследствие того, что мелкие частицы железа восприимчивы к окислению на воздухе. Следовательно, были раскрыты способ и устройство для получения магнитной жидкости, содержащей мелкие частицы нитрида железа, которые химически более устойчивы, чем железо, и имеют высокую намагниченность насыщения и высокую электрическую проводимость (ΙΡ-Λ-3187907 и ΙΡ-Λ-5-70784). Этот способ включает введение пара карбонила железа (Ре(СО)₅) одновременно с газом Ν₂ в нагреватель для разложения Ре(СО)₅ и выхода нитрида железа (Ре^ или Ре₄Ц), и, таким образом, синтезируется магнитная жидкость, содержащая нитрид железа.

Однако пока не была получена магнитная жидкость, которая полностью удовлетворяет требования высокого магнетизма и невосприимчивости к окислению. Проблемы включают следующее.

В магнитных жидкостях, которые представляют собой жидкости, активируемые под действием магнитного поля, в качестве сверхмелких частиц магнитного материала используется оксид на основе железа, металлическое железо или нитрид с тем, чтобы удерживать диспергированные частицы в коллоидных состояниях.

Такие оксиды обладают недостаточными магнитными свойствами, в то время как металл и нитриды характеризуются проблемой устойчивости вследствие того, что они в течение нескольких месяцев окисляются на воздухе. Следовательно, практическое использование этих магнитных жидкостей ограничено применением в вакууме или инертных газов.

Для получения мощной магнитной активации в содержащей оксид магнитной жидкости, которая обычно часто используется, необходимо повысить интенсивность воздействующего на нее внешнего магнитного поля, или повысить концентрацию частиц в жидкости, или использовать магнитные частицы, имеющие больший диаметр. Однако повышение интенсивности воздействующего магнитного поля нежелательно с точки зрения потребления энергии. Повышение концентрации частиц также характеризуется недостатками не только в том, что если частицы присутствуют в слишком высокой концентрации, они склонны к образованию микроскопических агрегатов с проявлением нарушенной способности к дисперсии, но также в том, что внешнее магнитное поле не оказывает эффективного воздействия на частицы вследствие того, что частицы оказывают друг на друга эффект экранирования.

С другой стороны, в случае использования частиц, имеющих больший диаметр, каждая магнитная частица не состоит только из одного магнитного домена, представляя ввиду этого следующие проблемы. Эти частицы подвергаются магнитной агрегации, и агрегированные частицы слишком тяжелые, чтобы диспергироваться под влиянием их теплового движения. В результате частицы осаждаются в растворителе, вызывая фазовое разделение, приводящее к сниженному или отсутствующему магнитному эффекту.

Как объяснялось выше, до настоящего времени для общего применения не была получена магнитная жидкость, которая имеет свойства, достаточные для ее практического использования.

Особого разрешения требуют следующие проблемы. Что касается магнитной жидкости, содержащей оксид металла, то была получена жидкость, которая невосприимчива к окислению и содержит частицы, имеющие относительно маленький диаметр частиц (от 5 нм до 15 нм). Однако эта магнитная жидкость обладает низким магнетизмом. Например, при использовании этой магнитной жидкости в прижимном уплотнении, таком как вакуумный уплотнитель, уплотнитель должен иметь многоступенчатую структуру, и структура уплотнителя как таковая крупная и сложная.

Другая проблема состоит в том, что магнитная жидкость, содержащая металл и жидкость, содержащая нитрид железа, хотя и обладают высоким магнетизмом, восприимчивы к окислению, и, следовательно, не могут использоваться на воздухе, в воде или в им подобных средах.

Соответственно, задачей настоящего изобретения является устранение описанных выше проблем и предоставление отличной магнитной жидкости, которая сильно и точно активируется под действием внешнего магнитного поля, вязкость которой может значительно увеличиваться и может легко и точно контролироваться с помощью регуляции воздействующего на него внешнего магнитного поля, и которая совершенна также в плане невосприимчивости к окислению и дисперсионной способности частиц и имеет достаточно широкий диапазон вязкости. Другой задачей настоящего изобретения является обеспечение способа получения магнитной жидкости.

Раскрытие изобретения

Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования с целью устранения описанных выше проблем. В результате они обнаружили, что задачи настоящего изобретения реализуются с помощью получения частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, с помощью образования предотвращающей окисление пленки на поверхности сверхмелких частиц магнитного металла в качестве магнитных частиц или восстановления исходного магнитного металла, предварительно покрытого пленкой оксида, а затем дисперсии в растворителе частиц магнит ного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой.

То есть изобретение обеспечивает следующее:

(1) Магнитную жидкость, включающую покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы магнитного металла, устойчиво диспергированные в растворителе, в котором поддерживаются условия дисперсии.

(2) Магнитная жидкость в соответствии с признаками, указанными выше под цифрой (1), в которой покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы магнитного металла имеют средний диаметр частиц от 5 до 20 нм.

(3) Магнитная жидкость в соответствии с признаками, указанными выше под цифрой (1), в которой покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы магнитного металла имеют намагниченность, достигшую предела насыщения от 70 до 200 ед. ЭМС/г.

(4) Магнитная жидкость в соответствии с признаками, указанными выше под цифрой (1), в которой покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы магнитного металла в качестве металлического компонента включают железо или содержащий железо сплав.

(5) Магнитная жидкость в соответствии с признаками, указанными выше под цифрой (1), в которой предотвращающая окисление пленка имеет толщину от 0,01 до 2 нм.

(6) Магнитная жидкость в соответствии с признаками, указанными выше под цифрой (1), в которой предотвращающая окисление пленка представляет собой пленку оксида.

(7) Магнитная жидкость в соответствии с признаками, указанными выше под цифрой (6), в которой пленка оксида представляет собой пленку двуокиси кремния.

(8) Способ получения магнитной жидкости, включающий образование пленки оксида на поверхности частиц исходного оксида частиц магнитного металла, восстановление частиц исходного оксида, покрытых пленкой оксида, для получения частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, и стабильной дисперсии в растворителе частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой.

(9) Способ получения магнитной жидкости в соответствии с технологией, представленной выше под цифрой (8), в котором частицы исходного оксида частиц магнитного металла имеют диаметр частиц от 5 до 20 нм.

(10) Способ получения магнитной жидкости в соответствии с технологией, представленной выше под цифрой (9), в котором частицы исходного оксида частиц магнитного металла представляют собой магнетит.

(11) Способ получения магнитной жидкости в соответствии с технологией, представленной выше под цифрой (8), в котором частицы исходного оксида, покрытые пленкой оксида, восстанавливаются с помощью обжига при 300800°С в атмосфере газообразного водорода.

(12) Способ получения магнитной жидкости в соответствии с технологией, представленной выше под цифрой (8), в котором частицы магнитного металла, покрытые предотвращающей окисление пленкой, диспергированы в растворителе после обработки поверхности частиц с тем, чтобы иметь сродство к растворителям.

Вследствие описанных выше признаков эффект настоящего изобретения состоит в том, что может быть получена магнитная жидкость, имеющая магнетизм, по меньшей мере, вдвое превышающий магнетизм обычных магнитных жидкостей, содержащих магнетит, и в том, что легко может быть получена высокоэффективная магнитная жидкость, обладающая невосприимчивостью к окислению, и удовлетворительной стабильностью дисперсии. Предотвращающая окисление пленка служит также для предотвращения магнитного экранирования друг другом магнитных частиц при их содержании в высокой концентрации.

Примеры металлических ингредиентов, служащих в качестве основы частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, которые используются в магнитной жидкости в настоящем изобретении, включают металлы, такие как железо, кобальт, никель, хром, титан, марганец, алюминий, медь, самарий, неодим и им подобные, и сплавы металлов, такие как железоникелевый, железокобальтовый, железомедный, железокобальтовоалюминиевый сплавы и им подобные.

В магнитной жидкости настоящего изобретения функция предотвращающей окисление пленки состоит в предотвращении окисления металлического ингредиента, служащего в качестве основы частиц магнитного металла, в течение длительного времени или полупостоянно. Материал предотвращающей окисление пленки конкретно не ограничен, пока он предотвращает окисление металлического ингредиента частиц магнитного металла в течение длительного времени или полупостоянно. Однако его примеры включают плотные оксиды, и, с точки зрения прочности свойств образования пленки и им подобных, предпочтительны оксиды металлов.

Примеры оксидов металлов, которые могут использоваться в качестве предотвращающей окисление пленки, включают оксиды таких металлов как кремний, титан, алюминий, цирконий, олово, железо, марганец, никель, хром, цинк, кадмий, свинец, литий, индий, неодим, висмут, церий, сурьма, кальций, магний, барий и им подобные.

Примеры способов изготовления магнитного порошка для использования в магнитной жидкости настоящего изобретения, т.е., частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, включают: (1) способ, включающий образование предотвращающей окисление пленки из окиси металла или подобного ей материала на поверхности частиц основы, включающих ферромагнитный металл; и (2) способ, который включает образование пленки оксида на поверхности частиц оксида, служащих в качестве исходного материала частиц магнитного металла, и восстановление исходных частиц оксида, покрытых пленкой оксида.

При способе (1) частицы основы, включающие ферромагнитный металл, образуют с помощью плазменного способа, парофазного способа покрытия пленкой (химического осаждения из паровой фазы или физического осаждения из паровой фазы) или им подобных. Когда эти частицы металлической основы устойчиво присутствуют в растворителе, пленка оксида на них образуется с помощью зольгелевого способа или другого способа. Покрытые частицы основы нагревают в вакууме или в атмосфере инертного газа для превращения таким образом пленки покрытия в вязкую предотвращающую окисление пленку.

Способ (2) будет подробно объяснен ниже.

Частицы оксида, служащие в качестве исходного материала для частиц магнитного металла (далее именуемые «частицами исходного оксида частиц магнитного металла») представляют собой частицы, в которых оксид после восстановления становится ферромагнитным элементарным металлом или сплавом ферромагнитного металла.

Примеры частиц исходного оксида частиц магнитного металла включают частицы феррита, представленные магнетитом, ферритом кобальта и ферритом никеля и частицами феррита биметалла.

При этом частицы исходного оксида частиц магнитного металла могут изготавливаться с помощью известного способа, такого как соосаждение, восстановление ионов металлов, химическое осаждение из паровой фазы или им подобного. В частности, в случае частиц феррита применение способа соосаждения может дать выход мелких частиц, имеющих однородность диаметра частиц, в диапазоне от приблизительно нескольких нанометров до нескольких десятков нанометров.

В настоящем изобретении для образования частиц оксида или частиц гидроксида в растворителе может использоваться способ, в котором исходный материал для частиц магнитного металла получают с помощью использования зольгелевого способа, гель-золевого способа, способа соосаждения или им подобных.

Например, в случае, когда исходный материал для частиц магнитного металла образуется с помощью способа соосаждения, может использоваться способ, при котором в водный раствор соли исходного материала добавляют щелочной раствор для ее нейтрализации и гидролиза. В случае, когда реакция требует энергии, нагревание проводят на водяной бане, мас ляной бане, в автоклаве и им подобных. Таким образом, образуются частицы исходного оксида частиц магнитного металла.

В качестве соли магнитного металла предпочтительны соли, такие как хлорид, сульфат, нитрат, оксалат, ацетат и карбонат, другие неорганические соли, соли с органическими кислотами и им подобные.

Для образования пленки оксида на поверхности частиц исходного оксида частиц магнитного металла по способу (2) приводятся примеры (ί) способа, при котором пленка оксида образуется в органическом растворителе с алкоксидом металла и (и) способа, при котором соль металла нейтрализуется и гидролизируется в воде, и им подобные.

Способ образования пленки оксида металла с помощью гидролиза алкоксида металла проводится следующим образом. Частицы исходного оксида частиц магнитного металла диспергируют в растворе алкоксида металла (растворитель представляет собой преимущественно органический растворитель или смешанный растворитель, составленный из органического растворителя и воды). В раствор, содержащий диспергированные частицы, добавляют воду или водный слабо щелочной раствор для гидролиза алкоксида металла и, посредством этого, осаждения пленки оксида металла на поверхности частиц.

Способы получения с помощью этого метода частиц, имеющих многослойную пленку оксида металла, описаны в 1Ρ-Ά-6-228604, 1Ρ-Ά7-90310 и им подобным.

Этот способ гидролитического получения оксида металла, который называется зольгелевым способом, дает выход оксида, который состоит из мелких частиц и имеет однородный состав. С помощью применения этого способа к частицам исходного оксида частиц магнитного металла на частицах исходного оксида частиц магнитного металла получают плотную пленку, имеющую равномерную толщину.

В качестве алкоксида металла выбирают алкоксид металла, соответствующий желаемому оксиду металла, такого как кремний, титан, алюминий, цирконий, олово, железо, марганец и им подобные.

При выборе алкоксида металла, который разрушается в присутствии воды, он обычно используется в виде раствора в органическом растворителе. В качестве органического растворителя используют спирт, такой как этанол, метанол или им подобный, кетон, или другой растворитель. Предпочтительно использовать органический растворитель, который был подвергнут дегидратации. Хотя концентрация раствора алкоксида металла варьирует в зависимости от вида алкоксида металла, который предстоит растворить, и от вида органического растворителя, выбирают оптимальные условия. Толщина пленки гидроксида металла, которую предстоит осадить на частицах исходного оксида частиц магнитного металла, определяется концентрацией раствора алкоксида металла и используемого количества раствора алкоксида металла по отношению к количеству частиц исходного оксида частиц магнитного металла.

Способ (ίί), при котором соль металла нейтрализуют и подвергают гидролизу в воде, объясняется ниже. Среди солей металлов, используемых при обработке, при которой для того, чтобы вызвать осаждение, используется реакция водного раствора соли металла, являющаяся самой распространенной реакцией среди реакций солей металлов, особенно проблематичными являются кислые соли металлов. Хотя нейтрализация и гидролиз представляют собой типичные реакции солей металлов, могут использоваться другие реакции. Примеры металлов, используемых в виде солей металлов в настоящем изобретении, включают железо, никель, хром, титан, цинк, алюминий, кадмий, цирконий, кремний, олово, свинец, марганец, литий, индий, неодим, висмут, церий, сурьма и им подобные и кроме того включают кальций, магний, барий и им подобные.

Примеры солей этих металлов включают соли с серной кислотой, азотной кислотой, хлористоводородной кислотой, щавелевой кислотой, угольной кислотой и карбоновой кислотой. Включены также хелатные комплексы тех металлов. Подходящий вид соли металла выбирают для использования в настоящем изобретении в соответствии со свойствами, которые следует придать поверхности частиц и средств, которые предполагается использовать для производства.

С помощью обработки описанным выше образом частиц исходного оксида частиц магнитного металла на частицах исходного оксида частиц магнитного металла может быть образована пленка оксида.

После этого раствору, содержащему полученные таким образом частицы исходного оксида частиц магнитного металла, покрытые пленкой оксида, дают отстояться для разделения его на жидкую фазу и твердую фазу. Собирают только сверхмелкие частицы, суспендированные в жидкой фазе. Для сбора только сверхмелких частиц может использоваться центрифужный сепаратор. Эти сверхмелкие частицы имеют средний диаметр частиц приблизительно 10 нм. Следовательно, сверхмелкие частицы дают магнитную жидкость, которая будет описана ниже, в которой частицы не оседают, но проявляют отличную дисперсионную способность.

Эти частицы исходного оксида частиц магнитного металла, покрытые пленкой оксида, восстанавливают для превращения основания в металл, имеющий усиленный магнетизм, и для превращения пленки оксида в отличную пленку, предотвращающую окисление. Таким образом, могут быть получены частицы магнитного металла, покрытые пленкой.

Восстановление осуществляют с помощью проведения обжига в атмосфере газообразного водорода, поддерживаемой в печи при температуре от 300 до 800°С, предпочтительно, от 400 до 700°С. При температурах 300°С или ниже бывают случаи, когда не образуется качественная пленка, предотвращающая окисление. При температурах, превышающих 800°С, частицы могут агломерироваться. Поэтому такие температуры не подходят.

Время обжига в этой печи составляет от 1 до 10 ч, предпочтительно, от 3 до 8 ч.

Считается, что при обработке восстановлением/обжигом в настоящем изобретении частицы исходного оксида частиц магнитного металла восстанавливаются в металл и, одновременно с этим, в то же время происходит затвердевание пленки оксида и плавление поверхности частиц магнитного металла вследствие высокой температуры, создающей связи на поверхности раздела между пленкой оксида и частицами магнитного металла. Считается, что таким образом пленка оксида станет отличной пленкой, предотвращающей окисление.

Во время обработки восстановлением/обжигом предотвращающая окисление пленка служит также в качестве пленки, предотвращающей агломерацию, при восстановительной обработке.

Для предотвращения агломерации частиц и эффективного превращения покрытых оксидом магнитных частиц в магнитную жидкость может использоваться карусельная трубчатая печь.

Обработка восстановлением/обжигом может проводиться в условиях в соответствии со способом, который сам по себе известен и использовался в качестве метода обработки для получения игольчатых магнитных частиц (главная ось: от 0,1 до 0,3 мкм), таких как магнетит, маггемит, металлическое железо и им подобные, которые обладают отличными магнитными свойствами и пригодны для использования главным образом в магнитных регистрирующих средах (например, 1Р-Л-59-213626 и 1Р-Л-58161709). Однако в настоящем изобретении способ используется для восстановления частиц исходного оксида частиц магнитного металла для магнитной жидкости для превращения основания в металл и, посредством этого, получения частиц магнитного металла с предотвращающей окисление пленкой и имеющих усиленный магнетизм. Способ применялся для сверхмелких частиц, имеющих средний диаметр частиц от 5 до 20 нм, и можно было получить отличные результаты.

В соответствии с необходимостью, например, в целях регулирования их тепловой реактивности с частицами магнитного металла для предотвращения вследствие этого уменьшения намагниченности, могут образовываться две или более предотвращающих окисление пленки.

Средний диаметр частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, находится в диапазоне от 5 до 20 нм, предпочтительно, от 6 до 15 нм, более предпочтительно, от 7 до 12 нм и наиболее предпочтительно, от 8 до 10 нм. Средние диаметры частиц меньше 5 нм приводят в результате к сниженному магнетизму, в то время как средние диаметры частиц больше 20 нм приводят к осаждению в магнитной жидкости. Следовательно, такие средние диаметры частиц являются не подходящими.

Намагниченность, достигшая предела насыщения частиц, магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, составляет от 70 до 200 ед. ЭМС/г, предпочтительно, от 100 до 200 ед. ЭДС/г.

Толщина предотвращающей окисление пленки составляет от 0,01 до 2 нм, предпочтительно, от 0,01 до 1 нм и более предпочтительно, от 0,01 до 0,5 нм. Толщина пленки меньше 0,01 нм имеет склонность приводить к агломерации во время обжига, в то время как их толщина больше, чем 2 нм, приводит к сниженному магнетизму. Следовательно, такие параметры толщины являются не подходящими.

В случае, когда в качестве предотвращающей окисление пленки и металлического ингредиента частиц магнитного металла используются соответственно пленка диоксида кремния и железо, весовое отношение 8ίΟ₂ к Ее (8Ю₂/Ее) составляет от 0,1 до 20 мас.%. предпочтительно от 0,1 до 10 мас.% и более предпочтительно, от 0,5 до 7 мас.%.

В случае, когда в качестве предотвращающей окисление пленки или металлического ингредиента частиц магнитного металла используется другой материал, предпочтительное весовое соотношение можно соответствующим образом определить.

Образование магнитной жидкости в настоящем изобретении с помощью устойчивой дисперсии частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой в растворителе, может осуществляться с помощью выбора подходящего растворителя и диспергирующего вещества.

Для использования в гасителях колебаний и пускателях растворителем в качестве среды может быть вода или высоко полярный растворитель, имеющий относительно высокую точку кипения. Подходящие растворители включают полярные растворители, такие как низшие спирты (например, этанол, пропанол и т.д.), высшие спирты в диапазоне от этиленгликоля, пропиленгликоля и 1,4-бутандиола до 1,10-деканола и им подобные.

В воде или таком полярном растворителе частицы покрываются ненасыщенными жирными кислотами, такими как олеиновая кислота, линоленовая кислота или линолевая кислота для обработки посредством этого частиц таким об разом, чтобы придать их поверхности сродство к растворителям. После этого добавляют поверхностно-активное вещество, такое как анионное поверхностно-активное вещество (например, додецилбензолсульфоновая кислота, додецилсульфат и т.д.), неионное поверхностноактивное вещество (например, полиоксиэтиленалкиловый эфир и т.д.) или им подобные с последующим добавлением катионного поверхностно-активного вещества, такого как тетраметиламмоний или ему подобного. Таким образом может быть получена магнитная жидкость.

Может также использоваться полимерное диспергирующее вещество, такое как гидроксиалкилцеллюлоза или ей подобные.

С другой стороны, для неполярных растворителей, таких как углеводороды (например, керосин, α-олефины и алкилнафталины и т.д.), простые эфиры (например, полифениловые эфиры и т.д.), силиконовые масла (например, диметилсилоксан и т.д.) и им подобные, могут использоваться ненасыщенные жирные кислоты, такие как олеиновая кислота или им подобные, силиконовое диспергирующее вещество, такое как реактивный силоксан или ему подобное (например, меркаптомодифицированный силоксан, карбоксимодифицированный силоксан и т.д.).

Один или более из следующих различных поверхностно-активных веществ могут использоваться для обработки поверхности. Пригодные к использованию поверхностно-активные вещества включают анионные поверхностноактивные вещества, такие как щелочные соли ненасыщенных жирных кислот (например, олеиновой кислоты, линолиевой кислоты, линоленовой кислоты и т.д.), карбоновые кислоты (например, алкиловый эфир уксусной кислоты и т.д.) и их соли, сульфоновые кислоты и их соли, соли сложных эфиров серной и сернистой кислот, сложные эфиры фосфорной кислоты и их соли, соединения бора, полимеры, полученные с помощью полимеризации, полимеры, полученные с помощью поликонденсации и им подобные; катионные поверхностно-активные вещества, такие как алифатические амины, и их аммониевые соли, ароматические амины и их аммониевые соли, гетероциклические амины и их аммониевые соли, полиалкиленполиаминный тип, полимерный тип и им подобные; неионные поверхностно-активные вещества, такие как вещества типа простых эфиров, вещества типа сложных-простых эфиров, вещества типа сложных эфиров, полисахариды, например, декстрины и т.д.), полимеры (например, производные целлюлозы и т.д., включая гидроксиалкилцеллюлозы и т.д.), модифицированные силиконовые масла (например, карбоксимодифицированное и аминомодифицированное силиконовые масла и т.д.), вещества типа азотосодержащих и им подобные; амфотерные поверхностноактивные вещества, такие как вещества типа бетаина, типа органических аминокислот и им подобные; и реактивные поверхностноактивные вещества, такие как реагенты, связывающие силан, и реагенты, связывающие титан, и им подобные. Соответствующим образом определяют добавляемое их количество.

Предпочтительные варианты реализации изобретения

Ниже изобретение будет объяснено более подробно со ссылкой на примеры. Однако не следует понимать, что настоящее изобретение ограничивается только этими примерами.

Пример 1.

Частицы исходного оксида для частиц магнитного металла.

Готовят раствор, содержащий 0,125 моль/л реактива хлористого железа (II) и 0,25 моль/л реактива хлористого железа (III), в количестве 150 мл, и в него добавляют 1 моль/л раствора ΝαΟΗ для получения рН 12 для осаждения железа. После этого осадок повторно промывают дистиллированной водой путем декантации для получения 20 г сверхмелких частиц магнетита. Полученный магнетит имеет средний диаметр частиц 7,5 нм.

Покрытие пленкой оксида.

В 1 л водного раствора, содержащего 20 г полученного таким образом магнетита, добавляют 6,8 г жидкого стекла с содержанием Ыа₂О · 38ίΟ₃ 37,7%. Эту смесь достаточно перемешивают для дисперсии жидкого стекла. После этого 1 Ν хлористоводородной кислотой рН смеси доводят до 8. В течение 2 ч в водяной бане при температуре, поддерживаемой на уровне 70°С, в этой смеси протекает реакция.

После завершения реакции твердый материал убирают с помощью фильтрации и промывают 5 л дистиллированной воды для удаления электролитов.

Получение сверхмелких частиц металла, покрытых оксидом

Твердый материал сушат, а затем помещают в лодочку из оксида алюминия, которую затем помещают в трубчатую печь. Атмосферу замещают газообразным азотом с помощью введения газообразного азота в течение 10 мин со скоростью 500 мл/мин. После этого печь нагревают до 650°С в течение 3 ч, в то же самое время пропуская через нее газообразный водород со скоростью 500 мл/мин, а затем выдерживают при этой температуре в течение 5 ч. Затем печи дают остыть, в то же время вводя вместо водорода газообразный азот со скоростью 500 мл/мин.

В полученных покрытых кремнеземом сверхмелких частицах металлического железа количество покрытия 8ίΟ₂ было 3,5 мас.%, считая и железо. Полученные покрытые кремнеземом сверхмелкие частицы металлического железа имеют средний диаметр частиц 9,5 нм.

Их намагничивание в магнитном поле 10 кОе составляет 125,5 ед. ЭМС/г.

Кроме того при температурах до 150°С окисление на воздухе не наблюдается.

Образование магнитной жидкости.

В 100 мл 10% водного раствора олеиновой кислоты добавляют 10 г полученных таким образом покрытых кремнеземом сверхмелких частиц металлического железа с последующим перемешиванием для того, чтобы вызвать поглощение олеиновой кислоты частицами. После этого осадок удаляют с помощью фильтрации и промывают 1 л воды 8 раз для удаления избыточной олеиновой кислоты. Полученный фильтрацией порошок сушат при 60°С в течение 8 ч.

В высушенный порошок добавляют 3,2 г додецилбензолсульфоновой кислоты и 2,9 г этиленгликоля, содержащего 0,5 г тетраметиламмония с последующим перемешиванием гомогенизатором при 1 100 об/мин в течение 2

ч. Таким образом получают магнитную жидкость, в которой концентрация покрытых кремнеземом сверхмелких частиц металлического железа составляет 60%.

Полученная магнитная жидкость имеет вязкость 220 сП и отличные условия дисперсии. Ее намагничивание в магнитном поле 10 кОе составило 72,6 ед. ЭМС/г. При хранении в течение 20 нед. изменение магнетизма не наблюдается.

Пример 2.

Таким же образом, как в примере 1, получают магнитную жидкость, содержащую покрытые кремнеземом сверхмелкие частицы металлического железа в концентрации 70%. Эту магнитную жидкость сравнивают по баростойкости с магнитной жидкостью, имеющей концентрацию 70%, полученную с помощью способа, описанного в 1Р-А-54-40069.

Испытание под давлением проводят следующим образом. Кольцевидные постоянные магниты помещают друг поверх друга между шестью кольцевидными шаровыми деталями так, что северный и южный полюса располагаются попеременно. Через эти магниты и шаровые детали проводят стержень. Каждую магнитную жидкость равномерно размещают между верхушкой шаровых деталей и стержнем для получения шестиступенчатого прижимного уплотнения. С одной стороны шаровых деталей повышают давление, нагнетая газообразный азот, и измеряют давление, при котором ломается уплотнитель магнитной жидкости.

При использовании магнитной жидкости, содержащей магнетит в концентрации 70%, выдерживаемое давление составляет 960 г/см². С другой стороны, было установлено, что магнитная жидкость в соответствии с настоящим изобретением, которая имела концентрацию 70%, выдерживает давление 6300 г/см , что составляет повышение, по меньшей мере, в 6 раз.

Пример 3. Магнитная жидкость на основе силиконового масла.

В раствор, полученный растворением 40 г меркаптомодифицированного силоксана в 600 г ксилола, добавляют 120 г покрытых кремнеземом сверхмелких частиц металлического железа, полученных таким же путем, как в примере 1 , с последующим перемешиванием в течение 2 ч для получения смешанного раствора.

Этот смешанный раствор далее смешивают с 40 мл диметилсилоксана и полученную в результате смесь помещают в сосуд для разделения жидкостей с тремя горловинами. Смесь в течение 8 ч перемешивают в масляной бане с помощью электромотора при скорости вращения 800 об/мин при постоянной температуре жидкости 70°С, вводя газообразный азот через одну горловину, и выпуская испаряющийся ксилол через другую. Таким образом получают 55 мл магнитной жидкости на основе диметилсилоксана, содержащей покрытые кремнеземом сверхмелкие частицы металлического железа.

В этой магнитной жидкости содержание покрытых кремнеземом сверхмелких частиц металлического железа было 60%. Намагничивание магнитной жидкости в магнитном поле 10 кОе составило 70 ед. ЭМС/г.

Эта магнитная жидкость имела вязкость 1100 сП. Эта магнитная жидкость была также устойчива в течение 20 недель и не проявляла изменения магнитных свойств.

Промышленная применимость

Как описано выше, в соответствии с магнитной жидкостью и способом ее получения настоящего изобретения, получается отличная магнитная жидкость, которая сильно и точно активируется под действием внешнего магнитного поля и имеет магнетизм, по меньшей мере, в два раза превышающий магнетизм обычных магнитных жидкостей, содержащих магнетит. Кроме того может быть получена высоко эффективная магнитная жидкость, невосприимчивая к окислению и имеющая удовлетворительную дисперсионную устойчивость. Эти магнитные жидкости исключительно пригодны для практического использования в качестве рабочей жидкости для гасителей колебаний, пускателей, уплотнителей валов, вакуумных уплотнителей, динамически нагруженных подшипников и им подобных.

Claims

1. Магнитная жидкость, содержащая покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы магнитного металла, устойчиво диспергированные в растворителе, в котором поддерживают условия дисперсии.

2. Магнитная жидкость по п. 1 , в которой покрытые предотвращающей окисление пленкой частицы магнитного металла имеют средний диаметр частиц от 5 до 20 нм.

3. Магнитная жидкость по п. 1 , в которой покрытые предотвращающей окисление плен15 кой частицы магнитного металла имеют намагниченность, достигшую предела насыщения от 70 до 200 ед. ЭМС/г.

4. Магнитная жидкость по п.1, в которой предотвращающая окисление пленка имеет толщину от 0,01 до 2 нм.

5. Магнитная жидкость по п.1, в которой предотвращающая окисление пленка представляет собой пленку оксида.

6. Способ получения магнитной жидкости, включающий образование пленки оксида на поверхности частиц исходного оксида частиц магнитного металла, восстановление частиц исходного оксида, покрытых пленкой оксида, для получения частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой, и стабильной дисперсии в растворителе частиц магнитного металла, покрытых предотвращающей окисление пленкой.

7. Способ получения магнитной жидкости по п. 6, в котором частицы исходного оксида частиц магнитного металла имеют диаметр частиц от 5 до 20 нм.

8. Способ получения магнитной жидкости по п.6, в котором частицы исходного оксида, покрытые пленкой оксида, восстанавливают обжигом при 300-800°С в атмосфере газообразного водорода.