RU2461087C1 - Fluid composition having magnetorheological properties - Google Patents

Fluid composition having magnetorheological properties Download PDF

Info

Publication number
RU2461087C1
RU2461087C1 RU2011123420/07A RU2011123420A RU2461087C1 RU 2461087 C1 RU2461087 C1 RU 2461087C1 RU 2011123420/07 A RU2011123420/07 A RU 2011123420/07A RU 2011123420 A RU2011123420 A RU 2011123420A RU 2461087 C1 RU2461087 C1 RU 2461087C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fluid composition
magnetorheological
particles
abrasive
carbonyl iron
Prior art date
Application number
RU2011123420/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Максимович Русецкий (BY)
Анатолий Максимович Русецкий
Евгения Викторовна Коробко (BY)
Евгения Викторовна Коробко
Зоя Анатольевна Новикова (BY)
Зоя Анатольевна Новикова
Геннадий Рафаилович Городкин (BY)
Геннадий Рафаилович Городкин
Original Assignee
Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси" filed Critical Государственное Научное Учреждение "Институт Тепло- И Массообмена Имени А.В. Лыкова Национальной Академии Наук Беларуси"
Application granted granted Critical
Publication of RU2461087C1 publication Critical patent/RU2461087C1/en

Links

Landscapes

  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: fluid composition having magnetorheological properties contains diamond nanoparticles as an abrasive. Processing optical components using diamond nanoparticles as the abrasive improves surface quality.
EFFECT: invention enables to maintain for the disclosed fluid composition, a life span of 15 days, sedimentation resistance, magnetic field sensitivity, reduce initial viscosity and improve processing characteristics of optical components.
1 tbl, 4 ex

Description

Изобретение относится к составам текучих композиций, реагирующих на действие магнитного поля резким изменением их реологических свойств, и может найти применение в машиностроении, робототехнике, для управления течением рабочей жидкости в гидравлических устройствах (демпферах, вибраторах, приводах и т.д.), приборостроении, в частности, для финишной обработки оптических поверхностей в магнитном поле.The invention relates to compositions of fluid compositions that respond to the action of a magnetic field by a sharp change in their rheological properties, and can find application in mechanical engineering, robotics, for controlling the flow of a working fluid in hydraulic devices (dampers, vibrators, drives, etc.), instrumentation, in particular, for finishing optical surfaces in a magnetic field.

Использование магнитореологической жидкости в качестве полировального материала позволяет значительно улучшить качество поверхности оптических деталей и повысить производительность обработки. Так как полировальный материал формируется магнитным полем в зоне обработки, то существенно снижаются трудозатраты на его изготовление (технология изготовления магнитореологической жидкости проста по сравнению с производством твердых смоляных полировальных форм). При полировании с использованием магнитореологического полировального материала его форму задает сама полируемая деталь, поэтому отсутствуют ограничения на форму обрабатываемой поверхности и появляется возможность обработки сложных асферических поверхностей.The use of magnetorheological fluid as a polishing material can significantly improve the surface quality of optical parts and increase processing productivity. Since the polishing material is formed by a magnetic field in the processing zone, the labor costs for its manufacture are significantly reduced (the manufacturing technology of magnetorheological liquid is simple compared to the production of solid resin polishing forms). When polishing using magnetorheological polishing material, the polished part sets its shape, therefore there are no restrictions on the shape of the surface being treated and it becomes possible to process complex aspherical surfaces.

Известен состав для структурообратимого полировального инструмента для обработки оптического стекла [1], содержащий, мас.%:A known composition for structure-reversible polishing tools for processing optical glass [1], containing, wt.%:

полиритpolite 11,7-17,4511.7-17.45 карбонильное железоcarbonyl iron 27,9-56,1227.9-56.12 полимер винил-Н-бутилового эфираvinyl H-butyl ether polymer 0,96-1,830.96-1.83 α-нафтолα-naphthol 0,0064-0,0130.0064-0.013 керосинkerosene 12,33-23,6312.33-23.63 натриевая соль додецилсульфокислотыdodecyl sulfonic acid sodium salt 0,033-0,050,033-0,05 аэросилaerosil 2,34-4,492.34-4.49 водаwater остальноеrest

Данный состав за счет применения полирита в качестве абразива позволил интенсифицировать процесс обработки оптических деталей.This composition due to the use of polite as an abrasive allowed to intensify the processing of optical parts.

Однако наличие в составе керосина и воды не позволяет получить однородную смесь.However, the presence of kerosene and water in the composition does not allow to obtain a homogeneous mixture.

Известна магнитореологическая текучая композиция на водной основе [2], содержащая, об.%:Known magnetorheological fluid composition based on water [2], containing, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 оксид церияcerium oxide 5,75.7 глицеринglycerol 2,42,4 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 водаwater остальноеrest

Рецептура этой жидкости разработана исходя из условий обеспечения скорости уноса обрабатываемого материала (2-3) мк/мин, что на порядок выше, чем при использовании известных ранее полировальников, и позволяет получить конечную микрошероховатость поверхности - 10 Å.The formulation of this fluid was developed on the basis of conditions for ensuring the ablation rate of the processed material (2-3) μ / min, which is an order of magnitude higher than when using previously known polishing pad, and allows to obtain a final surface roughness of 10 Å.

Однако практика эксплуатации магнитореологической жидкости выше приведенного состава в условиях постоянной циркуляции и перемешивания в контакте с воздухом показала, что на определенном этапе возникает проблема «времени жизни», связанная с необратимыми изменениями (коррозией) частиц карбонильного железа при контакте их поверхности с водой. Кроме того, образование окисей и гидроокисей на поверхности частиц произвольно изменяет условия на границе раздела фаз твердое тело - жидкость, что, в свою очередь, сказывается на реологических свойствах магнитореологических жидкостей и качестве обработки поверхности оптической детали [3].However, the practice of operating a magnetorheological liquid of the above composition under conditions of constant circulation and mixing in contact with air has shown that at a certain stage there arises a “lifetime” problem associated with irreversible changes (corrosion) of carbonyl iron particles upon contact of their surface with water. In addition, the formation of oxides and hydroxides on the particle surface arbitrarily changes the conditions at the solid – liquid interface, which, in turn, affects the rheological properties of magnetorheological liquids and the quality of surface treatment of the optical part [3].

Известна текучая композиция с магнитореологическими свойствами [4] (протопип), в которую с целью увеличения «времени жизни» или, иначе, времени работоспособности введена дополнительная составляющая - гексаметафосфат натрия. Такая жидкость содержит, об.%:Known fluid composition with magnetorheological properties [4] (protopip), in which in order to increase the "lifetime" or, otherwise, the working time introduced an additional component - sodium hexametaphosphate. Such a liquid contains, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 оксид церияcerium oxide 5,75.7 глицеринglycerol 2,42,4 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 гексаметафосфат натрияsodium hexametaphosphate 0,01-0,10.01-0.1 водаwater остальноеrest

Такой состав позволил увеличить «время жизни» магнитореологической жидкости с 5 до 15 суток.This composition allowed to increase the "life time" of magnetorheological fluid from 5 to 15 days.

Современные требования к оптическим изделиям предусматривают получение более качественной обрабатываемой поверхности, т.е. показатель среднеквадратичной микрошероховатости поверхности должен быть менее 10 Å.Modern requirements for optical products provide for a better machined surface, i.e. the root mean square surface roughness should be less than 10 Å.

Задачей настоящего изобретения является повышение показателей качества обрабатываемой поверхности за счет достижения значений среднеквадратичной микрошероховатости 2-5 Å.The objective of the present invention is to improve the quality of the processed surface by achieving values of the root mean square micro roughness of 2-5 Å.

Поставленная задача решается следующим образом. В известной текучей композиции с магнитореологическими свойствами, содержащей частицы карбонильного железа, глицерин, карбонат натрия, гексаметафосфат натрия и воду, согласно изобретению, в качестве абразива используют наноразмерные частицы алмаза при следующем соотношении компонентов, об.%:The problem is solved as follows. In the known fluid composition with magnetorheological properties containing carbonyl iron particles, glycerin, sodium carbonate, sodium hexametaphosphate and water, according to the invention, nanosized diamond particles are used as an abrasive in the following ratio of components, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 частицы алмазаdiamond particles 0,001-0,030.001-0.03 глицеринglycerol 2,42,4 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 гексаметафосфат натрияsodium hexametaphosphate 0,01-0,100.01-0.10 водаwater остальноеrest

Использование в качестве абразива наноразмерных частиц алмаза вместо оксида церия позволит улучшить качество обрабатываемой поверхности и добиться микрошероховатости 2-5 Å.The use of nanosized diamond particles as an abrasive instead of cerium oxide will improve the quality of the treated surface and achieve a microroughness of 2-5 Å.

Предлагаемую текучую композицию получают следующим образом. В соответствии с рецептурой в дистиллированную воду добавляют глицерин, карбонат натрия, гексаметафосфат натрия и размешивают до полного растворения компонентов. В полученный раствор (водную основу) добавляют навески порошков карбонильного железа и абразива (частицы алмаза). Тщательно смешивают в течение 2 часов до получения однородной композиции.The proposed fluid composition is prepared as follows. In accordance with the formulation, glycerol, sodium carbonate, sodium hexametaphosphate are added to distilled water and stirred until the components are completely dissolved. Samples of carbonyl iron and abrasive powders (diamond particles) are added to the resulting solution (water base). Mix thoroughly for 2 hours until a homogeneous composition is obtained.

В приведенных ниже примерах рассматриваются различные составы заявляемой текучей композиции, а в таблице приведены сравнительные характеристики их свойств, поскольку кроме основного показателя их пригодности - качества обработанной поверхности оптической детали, к ним, с точки зрения работоспособности, предъявляются обязательные требования по седиментационной устойчивости; невысокой вязкости вне поля для обеспечения необходимых гидравлических условий движения жидкости; стабильности реологических свойств во времени и отсутствию агломератов из частиц дисперсной фазы, засоряющих гидроканал; величине касательного напряжения сдвига в магнитном поле в заданных пределах.In the examples below, various compositions of the claimed fluid composition are considered, and the table shows the comparative characteristics of their properties, since in addition to the main indicator of their suitability - the quality of the processed surface of the optical part, they, from the point of view of working capacity, have mandatory requirements for sedimentation stability; low viscosity outside the field to provide the necessary hydraulic conditions for fluid movement; the stability of rheological properties over time and the absence of agglomerates from particles of a dispersed phase clogging the hydrochannel; the value of the shear stress of a shear in a magnetic field within specified limits.

Образец 1 (прототип). Соотношение компонентов следующее, об.%:Sample 1 (prototype). The ratio of the components is the following, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 частицы окиси церияcerium oxide particles 5,705.70 глицеринglycerol 2,402.40 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 гексаметафосфат натрияsodium hexametaphosphate 0,01-0,100.01-0.10 водаwater остальноеrest

Образец 2. Соотношение компонентов следующее, об.%:Sample 2. The ratio of the components is the following, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 частицы алмазаdiamond particles 0,0010.001 глицеринglycerol 2,402.40 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 гексаметафосфат натрияsodium hexametaphosphate 0,060.06 водаwater остальноеrest

Образец 3. Соотношение компонентов следующее, об.%:Sample 3. The ratio of the components is the following, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 частицы алмазаdiamond particles 0,010.01 глицеринglycerol 2,402.40 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 гексаметафосфат натрияsodium hexametaphosphate 0,060.06 водаwater остальноеrest

Образец 4. Соотношение компонентов следующее, об.%:Sample 4. The ratio of the components is the following, vol.%:

частицы карбонильного железаcarbonyl iron particles 36,0536.05 частицы алмазаdiamond particles 0,030,03 глицеринglycerol 2,402.40 карбонат натрияsodium carbonate 0,740.74 гексаметафосфат натрияsodium hexametaphosphate 0,100.10 водаwater остальноеrest

В эксперименте использовалось карбонильное железо марки Р-10 (Россия), абразив - окись церия (США), наноразмерный порошок алмаза (США, Strans Chemical Corporation, I1).In the experiment, carbonyl iron of the P-10 grade (Russia) was used, abrasive was cerium oxide (USA), nanosized diamond powder (USA, Strans Chemical Corporation, I1).

Измерения начальной (без воздействия магнитного поля) вязкости магнитореологической жидкости выполнены на вискозиметре. Константа седиментации жидкостей, помещенных в мерную пробирку, оценивалась по скорости оседания частиц железа. Микрошероховатость обработанной поверхности оптических деталей определялась на атомно-силовом микроскопе марки NT-206. Результаты измерений приведены в таблице.Measurements of the initial (without exposure to a magnetic field) viscosity of the magnetorheological fluid were carried out on a viscometer. The sedimentation constant of liquids placed in a measuring tube was estimated by the sedimentation rate of iron particles. The microroughness of the processed surface of the optical parts was determined using an NT-206 atomic force microscope. The measurement results are shown in the table.

ТаблицаTable ПоказательIndicator Образец 1Sample 1 Образец 2Sample 2 Образец 3Sample 3 Образец 4Sample 4 Вязкость без поля η, Па·с, γ=800 с-1 Viscosity without field η, Pa · s, γ = 800 s -1 0,210.21 0,110.11 0,110.11 0,110.11 Напаряжение в магнитном поле В=300 мТл τ, КПаMagnetic field voltage B = 300 mT τ, KPa 25,125.1 25,025.0 25,025.0 25,125.1 Константа седиментации S, МСбSedimentation constant S, MSB 0,060.06 0,060.06 0,060.06 0,060.06 Среднеквадратичная шероховатость Rg, Å.RMS roughness Rg, Å. 9,79.7 2,72.7 2,32,3 2,52.5

Таким образом, как показали результаты измерения, предлагаемое изобретение позволяет сохранить для предложенной магнитореологической жидкости показатели как у прототипа - «время жизни» - 15 суток, седиментационную устойчивость, чувствительность к магнитному полю и, помимо этого, добиться улучшения показателей обработки оптических деталей в 4 раза и дополнительно уменьшить начальную вязкость в 2 раза. Уменьшение количества алмазного порошка (<0,001 об.%) ухудшает качество полируемой поверхности. Увеличение концентрации алмазного порошка нецелесообразно, т.к. не происходит уменьшения микрошероховатости поверхности оптической детали, но увеличивается стоимость магнитореологической жидкости.Thus, as shown by the measurement results, the present invention allows you to save for the proposed magnetorheological fluid indicators as in the prototype - "lifetime" - 15 days, sedimentation stability, sensitivity to the magnetic field and, in addition, to achieve an improvement in the processing of optical parts by 4 times and further reduce the initial viscosity by 2 times. A decrease in the amount of diamond powder (<0.001 vol.%) Affects the quality of the polished surface. An increase in the concentration of diamond powder is impractical because there is no decrease in the surface roughness of the optical part, but the cost of the magnetorheological fluid increases.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. СССР №2034693, МПК B24D 3/34, публ. 1995 г.1. A.S. USSR No. 2034693, IPC B24D 3/34, publ. 1995 year

2. Патент США №5804095, МПК В24В 31/00, публ. 1996 г.2. US Patent No. 5804095, IPC B24B 31/00, publ. 1996 year

3. Мацепуро А.Д., Новикова З.А., Городкин С.Р., Кордонский В.И. Стабилизация водных магнитореологических жидкостей // Тепло- и массоперенос - 98/99. Минск, АНК «ИТМО им. А.В.Лыкова», НАНБ, 1999, стр.72-76.3. Matsepuro A.D., Novikova Z.A., Gorodkin S.R., Kordonsky V.I. Stabilization of water magnetorheological liquids // Heat and Mass Transfer - 98/99. Minsk, ANK "ITMO them. A.V. Lykova ”, NASB, 1999, pp. 72-76.

4. Патент BY 11595, МПК H01F 1/44, 2007 (прототип).4. Patent BY 11595, IPC H01F 1/44, 2007 (prototype).

Claims (1)

Текучая композиция с магнитореологическими свойствами, содержащая частицы карбонильного железа, глицерин, карбонат натрия, гексаметафосфат натрия и воду, отличающаяся тем, что в качестве абразива содержит наноразмерные частицы алмаза при следующем соотношении компонентов, об.%:
частицы карбонильного железа 36,05 частицы алмаза 0,001-0,03 глицерин 2,4 карбонат натрия 0,74 гексаметафосфат натрия 0,01-0,10 вода остальное
Fluid composition with magnetorheological properties containing particles of carbonyl iron, glycerin, sodium carbonate, sodium hexametaphosphate and water, characterized in that it contains nanosized diamond particles as an abrasive in the following ratio of components, vol.%:
carbonyl iron particles 36.05 diamond particles 0.001-0.03 glycerol 2,4 sodium carbonate 0.74 sodium hexametaphosphate 0.01-0.10 water rest
RU2011123420/07A 2011-05-06 2011-06-08 Fluid composition having magnetorheological properties RU2461087C1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
BYA20110595 2011-05-06
BY20110595 2011-05-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2461087C1 true RU2461087C1 (en) 2012-09-10

Family

ID=46939067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011123420/07A RU2461087C1 (en) 2011-05-06 2011-06-08 Fluid composition having magnetorheological properties

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2461087C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808226C1 (en) * 2023-09-04 2023-11-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) Composition of magnetorheological suspension for finishing optical elements based on water-soluble crystals

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5354488A (en) * 1992-10-07 1994-10-11 Trw Inc. Fluid responsive to a magnetic field
SU1783714A1 (en) * 1988-06-10 1995-03-20 Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова Method for part polishing
RU2034693C1 (en) * 1988-06-23 1995-05-10 Леонид Константинович Глеб Composition for polisher having reversible structure for processing of organic glass
US5804095A (en) * 1995-10-16 1998-09-08 Byelocorp Scientific, Inc. Magnetorheological fluid composition
US6561874B1 (en) * 2000-11-22 2003-05-13 Qed Technologies, Inc Apparatus and method for abrasive jet finishing of deeply concave surfaces using magnetorheological fluid
RU2366676C2 (en) * 2007-07-05 2009-09-10 Александр Валентинович Берш Compositional ferroabrasive powder and method for obtaining same

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1783714A1 (en) * 1988-06-10 1995-03-20 Институт тепло- и массообмена им.А.В.Лыкова Method for part polishing
RU2034693C1 (en) * 1988-06-23 1995-05-10 Леонид Константинович Глеб Composition for polisher having reversible structure for processing of organic glass
US5354488A (en) * 1992-10-07 1994-10-11 Trw Inc. Fluid responsive to a magnetic field
US5804095A (en) * 1995-10-16 1998-09-08 Byelocorp Scientific, Inc. Magnetorheological fluid composition
US6561874B1 (en) * 2000-11-22 2003-05-13 Qed Technologies, Inc Apparatus and method for abrasive jet finishing of deeply concave surfaces using magnetorheological fluid
RU2366676C2 (en) * 2007-07-05 2009-09-10 Александр Валентинович Берш Compositional ferroabrasive powder and method for obtaining same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2808226C1 (en) * 2023-09-04 2023-11-28 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук" (ИПФ РАН) Composition of magnetorheological suspension for finishing optical elements based on water-soluble crystals

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5860587B2 (en) Polishing silica sol, polishing composition, and method for producing polishing silica sol
KR101313768B1 (en) Nano-diamond dispersion liquid and method of manufacturing the same
CN103937414B (en) A kind of precise polishing solution of hard disc of computer disk substrate
CN102190962A (en) Polishing composition and polishing method using the same
JP7116872B2 (en) In-situ generation of aqueous, semi-aqueous, and non-aqueous slurry suspensions of viscous particles for separating and suspending inert and abrasive particles in dispersion media
CN105368324A (en) Oily diamond grinding lubricant
Saraswathamma et al. Rheological behaviour of Magnetorheological polishing fluid for Si polishing
TW201241171A (en) Water-soluble working fluid for fixed abrasive grain wire saw
Akbari et al. An investigation on stability, electrical and thermal characteristics of transformer insulting oil nanofluids
JP2012248594A (en) Abrasive
Peng Chemical mechanical polishing of steel substrate using aluminum nanoparticles abrasive slurry
JP6646436B2 (en) Method for producing silica dispersion
RU2461087C1 (en) Fluid composition having magnetorheological properties
JP6960328B2 (en) Polishing composition
Saraswathamma Magnetorheological finishing: a review
KR101118625B1 (en) Water soluble cutting fluid
Cao et al. Investigation into rheological properties of magnetorheological polishing slurry using α-cellulose as an additive agent and its polishing performance
CN114456716B (en) Aluminum oxide polishing solution for polishing sapphire and preparation method thereof
CN108822738A (en) A kind of coloured glaze chemical polishing solution
JP6141482B1 (en) Nanobubble-containing inorganic oxide fine particle dispersion, abrasive containing the same, and production method thereof
CN112646496A (en) Magnetorheological polishing solution containing nano mixed polishing powder and preparation method thereof
CN106675518A (en) Rare earth grinding fluid
Chen et al. Effects of surfactants on the chemical mechanical polishing performance of a-plane sapphire substrates
JP2018127375A (en) Blast furnace slag fine powder and cement composition
JP5483815B2 (en) Wrapping agent composition

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160609