楊健健 ，晏 華 ，張 輝 ，胡志德，邱亞三

（1 后勤工程學(xué)院，重慶 401311；2 65113 部隊(duì)，遼寧 沈陽(yáng) 110163；3 77516 部隊(duì)，西藏 拉薩 850000）

磁流變液（magnetorheological fluid，MRF）是一種以微米級(jí)磁性顆粒分散于基載液油或水中形成的懸浮液，其流變性可在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生迅速、可逆的改變，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)主動(dòng)控制，耗能極小[1-4]，因而廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、航空、精密加工、建筑、醫(yī)療等領(lǐng)域[5-10]。

隨著磁流變技術(shù)及其器件應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，提供高性能的磁流變液顯得尤為重要，但是由于磁流變液組成和應(yīng)用環(huán)境的復(fù)雜性，出現(xiàn)了一些亟待解決的問(wèn)題：沉降團(tuán)聚穩(wěn)定性和再分散，磁流變液性能重現(xiàn)性問(wèn)題，另外還有磁流變液的摩擦磨損問(wèn)題，嚴(yán)重影響著磁流變器件的整體可靠性與穩(wěn)定性，在應(yīng)用中不可忽視。國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注的是如何解決磁流變液的沉降穩(wěn)定性以及提高剪切屈服強(qiáng)度等問(wèn)題[11-17]，磁流變液的摩擦學(xué)問(wèn)題研究較少。而目前磁流變液的屈服強(qiáng)度可高達(dá)100 kPa，和五十多年前磁流變液剛發(fā)明時(shí)的強(qiáng)度相比較，并不見得好多少，已經(jīng)能夠滿足大多數(shù)應(yīng)用。此外，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用而言，磁流變液的沉降也可以通過(guò)磁流變器件本身的運(yùn)動(dòng)，如阻尼器中活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)、制動(dòng)器中制動(dòng)盤剪切作用，使分層的磁流變液重新分散混合，恢復(fù)均勻狀態(tài)。只要流體不是結(jié)成一塊硬塊，也就是說(shuō)，只是所謂的軟沉降，那么在使用中不必花費(fèi)太多時(shí)間，流體就變得均勻了[18]。

由于磁流變液的力學(xué)性能達(dá)到了工程應(yīng)用要求，磁流變器件的整體性能和可靠性比材料研究本身顯得更為重要，發(fā)生在其中的摩擦磨損和邊界潤(rùn)滑問(wèn)題是對(duì)磁流變技術(shù)進(jìn)入商業(yè)化過(guò)程最大的挑戰(zhàn)，關(guān)于磁流變液的摩擦學(xué)性能也正逐漸引起研究者的重視。

1 磁流變液與電流變液的摩擦學(xué)性能比較

電流變效應(yīng)與磁流變效應(yīng)均發(fā)生在某種懸浮液中，它們分別在外加電場(chǎng)或外加磁場(chǎng)的作用下，均能夠產(chǎn)生液-固兩相的相互轉(zhuǎn)換，這種效應(yīng)使它們具有廣泛的工程應(yīng)用前景。與磁流變液相比，電流變液抗剪切屈服強(qiáng)度較低，對(duì)普通污染物（如水）敏感，且需要高電壓，工作溫度范圍較窄，因而限制了它的應(yīng)用[19]，因而自20世紀(jì)90年代初以來(lái)磁流變液又重新引起研究者們的興趣。

但是，在電磁流變液器件應(yīng)用過(guò)程中，由于懸浮相顆粒會(huì)引起運(yùn)動(dòng)部件的磨損，如在液壓動(dòng)力系統(tǒng)中，電流變液中的導(dǎo)電顆粒會(huì)使泵的葉片微觀切削和磨損增大，這將會(huì)引起潤(rùn)滑劑泄漏和系統(tǒng)的性能下降[20]。在摩擦學(xué)性能方面，Lingard等[21-22]首次研究了電流變液的邊界潤(rùn)滑特性，并與Shell Tellus 46 潤(rùn)滑油對(duì)比，指出電流變液在工程應(yīng)用中可能會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的磨損問(wèn)題，所以在設(shè)計(jì)電流變液時(shí)，其摩擦磨損性能不容忽視。之后，Park等[23]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了電流變液的磨損和邊界潤(rùn)滑特性。

Choi等[20]研究了零場(chǎng)條件下含磷淀粉基電流變液的摩擦磨損問(wèn)題，結(jié)果表明電流變液在摩擦一段時(shí)間后表現(xiàn)出穩(wěn)定的摩擦磨損性能，但與基液硅油相比磨損率增大。Wong等[24]通過(guò)環(huán)塊磨損實(shí)驗(yàn)，研究了無(wú)場(chǎng)作用下磁流變液的邊界潤(rùn)滑性能。與電流變液相比，磁流變液表現(xiàn)出較好的摩擦學(xué)性能，但劣于基液，這可能是由于其中含有潤(rùn)滑添加劑的緣故。

從上述研究發(fā)現(xiàn)，電磁流變液的摩擦磨損性能均較差，但由于電流變效應(yīng)對(duì)表面活性劑和潤(rùn)滑添加劑較為敏感，從而限制了通過(guò)添加潤(rùn)滑劑改善其摩擦性能的可能性。相反，磁流變液則可以通過(guò)選擇合適的摩擦改進(jìn)劑來(lái)改善邊界潤(rùn)滑條件下的摩擦學(xué)性能。

2 磁流變液與磁流體的摩擦學(xué)性能比較

磁流體是由超順磁性的納米顆粒、表面活性劑和基液3個(gè)部分組成的，同磁流變液一樣，都是一種液態(tài)磁性功能材料，既有固態(tài)磁性材料的磁性能，又有液態(tài)材料的流變性。所不同的是，磁流變液中的磁性顆粒尺寸為微米級(jí)，磁飽和強(qiáng)度較高。目前的研究表明[25-29]，磁流體是一種新型的潤(rùn)滑劑，與常規(guī)潤(rùn)滑相比較，在外加磁場(chǎng)作用下，磁流體不但能準(zhǔn)確地充滿潤(rùn)滑表面，實(shí)現(xiàn)連續(xù)潤(rùn)滑，而且在潤(rùn)滑過(guò)程中，既能抵消重力與向心力的作用，又不易泄漏和防止外界污染，改變了以往的潤(rùn)滑方式。磁流體作為新穎的潤(rùn)滑劑，其中的磁性顆粒大小只有5～10 nm，比滑動(dòng)表面的粗糙度小得多，一般不會(huì)引起磨損。而在磁流變液中，由于磁流變液中顆粒粒徑分布較寬，較大顆粒的存在可能是其摩擦性能較差的原因。

在磁性液體密封方面，磁流變液密封具有其它密封形式無(wú)法比擬的一些優(yōu)勢(shì)，如密封性能好、密封耐壓能力高、摩擦功率損耗小、壽命長(zhǎng)等[30]。Kordonsky[31]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了旋轉(zhuǎn)軸以MRF為密封介質(zhì)的單級(jí)密封技術(shù)，實(shí)驗(yàn)所用的磁流變液密封環(huán)可承受的最大壓力為180 kPa，是鐵磁流體的3倍，隨著MRF 在磁場(chǎng)中受到剪切作用的增大，作用在軸上的摩擦力矩也增加，因而磁流變?cè)诘退俎D(zhuǎn)動(dòng)或靜止的場(chǎng)合具有較高的密封效果，已在制備磁流變液的設(shè)備上得到了應(yīng)用。陳征宇等[32]發(fā)現(xiàn)，在磁流體密封中存在磁流體摩擦功率損失，損失的這部分功率全部轉(zhuǎn)化為熱能，導(dǎo)致密封區(qū)域出現(xiàn)溫升，從而嚴(yán)重影響了密封處的承壓能力。

總體而言，與磁流體相比，磁流變液黏度的可控范圍要高兩個(gè)數(shù)量級(jí)，而摩擦磨損性能則較差，因此在設(shè)計(jì)磁流變液時(shí)，不僅要考慮顆粒的磁性能，還要兼顧其粒徑分布對(duì)摩擦學(xué)性能的影響以及磁流變液摩擦溫升問(wèn)題。

3 磁流變液的摩擦學(xué)研究

3.1 第Ⅰ類接觸型

對(duì)磁流變液的摩擦學(xué)研究最早可追溯到1989年，在第二屆國(guó)際電流變會(huì)議上，Lingard和Bullough 就告誡從事電、磁流變液領(lǐng)域的研究者，在設(shè)計(jì)磁流變液和電流變液時(shí)，不要忽略它們的潤(rùn)滑性能。結(jié)合這幾年來(lái)磁流變液實(shí)驗(yàn)研究與應(yīng)用，本文作者將磁流變液的摩擦學(xué)問(wèn)題分為接觸和非接觸型兩種類型：一類為邊界潤(rùn)滑條件下兩摩擦副相互接觸，如器件的密封、軸承等處，而磁流變液作為潤(rùn)滑介質(zhì)的摩擦學(xué)研究；另一類是磁流變液工作條件下自身與器件壁面（工作面）共同構(gòu)成一對(duì)摩擦副的摩擦磨損行為研究，如磁流變拋光、傳動(dòng)等。

磁流變液的工作間隙一般為1～3 mm[33]，是磁性顆粒粒徑的上百倍，流體的靜壓作用較小，而在磁流變器件中相互滑動(dòng)的兩接觸表面摩擦間隙遠(yuǎn)小于顆粒粒徑，流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件也不再適用。如在滾珠軸承工作時(shí)，顆粒一旦進(jìn)入摩擦區(qū)域，隨之而來(lái)的摩擦磨損問(wèn)題將會(huì)是工作環(huán)境惡化。一般來(lái)說(shuō)磁流變器件中大多數(shù)相互接觸的滑動(dòng)表面是在無(wú)場(chǎng)或弱磁場(chǎng)條件下運(yùn)行的，因而目前多數(shù)研究集中在零場(chǎng)條件下的磁流變液邊界潤(rùn)滑方面。

傳統(tǒng)的邊界潤(rùn)滑通常在摩擦區(qū)域會(huì)遇到少量的磨屑，而在磁流變液中相對(duì)較軟的磁性顆粒含量較高（10%～70%），這將使?jié)櫥瑓^(qū)域的摩擦磨損問(wèn)題變得復(fù)雜，需要考慮更多的變量因素，如壓力、滑動(dòng)速度、粒子濃度、表面粗糙度、摩擦副材料以及基液類型等。Wong和Bullough等[34-37]在這方面做了大量基礎(chǔ)性和探索性的工作，采用環(huán)塊摩擦副考察了無(wú)場(chǎng)條件下粒子濃度、試驗(yàn)參數(shù)等對(duì)磁流變液摩擦磨損性能的影響。Sohn等[38]利用銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，選用鋁、銅和鋼摩擦副考察了磁流變液在不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)下的摩擦因數(shù)和磨損率。Iyengar等[39]提出了一種密封磨損試驗(yàn)方法，模擬磁流變減震器的密封磨損問(wèn)題，指出在普通減震器上密封良好的密封材料并不一定適用于磁流變減震器的密封。劉奇等[40]用四球機(jī)法測(cè)量了羰基鐵/礦物油體系磁流變液的潤(rùn)滑性能，發(fā)現(xiàn)顆粒的晶體結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)油類型、表面處理和表面形態(tài)對(duì)磁流變液的摩擦性能影響很大，而且加入固體潤(rùn)滑材料可以大大地改善其潤(rùn)滑性能。

以上研究均是在無(wú)磁場(chǎng)條件下進(jìn)行的，此時(shí)磁流變液中的磁性顆粒無(wú)規(guī)則地懸浮在載液中，而在磁場(chǎng)作用下，磁性顆粒被極化，呈鏈狀排列，磁流變液的黏度將發(fā)生很大的變化，使得磁流變液在有磁場(chǎng)下的摩擦狀態(tài)與無(wú)磁場(chǎng)時(shí)有明顯不同。因此進(jìn)行有磁場(chǎng)條件下磁流變液的摩擦性能研究，有益于系統(tǒng)地掌握磁流變液摩擦學(xué)性能，為更好地指導(dǎo)工程應(yīng)用提供依據(jù)。Song等[41]利用銷盤摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)考察了磁場(chǎng)作用下磁流變液的摩擦磨損行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示與零場(chǎng)下相比，磁場(chǎng)作用下的磁流變液表現(xiàn)出更好的摩擦學(xué)性能。Lee等[42]在磁流變液中加入摩擦改進(jìn)劑，利用四球磨損試驗(yàn)機(jī)和SRV（linear-oscillation）試驗(yàn)機(jī)研究了零場(chǎng)下摩擦系數(shù)和磨斑的變化情況，并利用銷盤試驗(yàn)機(jī)比較了商用磁流變液與自制磁流變液在磁場(chǎng)下的摩擦學(xué)性能。

晏華等[43-47]利用四球摩擦副研究了磁流變液在不同磁場(chǎng)作用下的摩擦磨損性能，并研究了各組分對(duì)磁流變液摩擦學(xué)性能的影響，結(jié)果表明，外加磁場(chǎng)時(shí)磁流變液的摩擦系數(shù)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增大，而且具有可逆性，并提出磁流變液作為摩擦可控的潤(rùn)滑介質(zhì)顯示了突出的特點(diǎn)。外加磁場(chǎng)作用使磁流變液的黏度升高，導(dǎo)致摩擦副間磁流變液油膜厚度和強(qiáng)度的變化，在理論上滿足摩擦主動(dòng)控制對(duì)潤(rùn)滑介質(zhì)的要求。

由于磁流變液在滑動(dòng)接觸區(qū)域的摩擦磨損行為比較復(fù)雜，不同的實(shí)驗(yàn)方法以及實(shí)驗(yàn)條件得到的結(jié)果不盡相同，甚至相反。目前認(rèn)為羰基鐵磁流變液的磨損機(jī)理是典型的三體磨粒磨損，在摩擦過(guò)程中磁性顆粒嵌入摩擦表面發(fā)生犁溝效應(yīng)，使摩擦表面出現(xiàn)不同程度的溝槽，即微觀切削過(guò)程，當(dāng)羰基鐵顆粒嵌入金屬軟表面后，發(fā)生磨粒磨損，同時(shí)也產(chǎn)生黏著磨損。

器件中磁流變液不僅要作為一種磁性功能液體，發(fā)揮磁流變效應(yīng)，還要對(duì)運(yùn)動(dòng)部件實(shí)施潤(rùn)滑。但是與傳統(tǒng)固體潤(rùn)滑劑干粉通過(guò)表面的黏附或顆粒的變形承載和低剪切應(yīng)力實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑的方式不同，磁流變液中懸浮相通常是鐵粉，對(duì)于常用的鐵磁性顆粒，屬于強(qiáng)黏附材料，剪切強(qiáng)度較高，若能通過(guò)表面改性等化學(xué)處理，使磁性顆粒成為一種高剪切強(qiáng)度、高硬度的固體顆粒材料，通過(guò)硬質(zhì)、不黏附的微球形顆粒的碰撞、彈性變形、滑滾實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑[48-49]，可能是實(shí)現(xiàn)磁流變液自潤(rùn)滑的一種方法。當(dāng)然使用處理后的高硬度顆粒的前提是它產(chǎn)生的磨粒磨損遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不使用時(shí)摩擦副可能產(chǎn)生的磨損。

3.2 第Ⅱ類非接觸型

在實(shí)際應(yīng)用中，磁流變液常常在極端條件下工作，并且運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)。如蔡永飛等[50]從理論上得出了磁懸浮軸承中磁流變液阻尼器支承剛度在104～105N/m 之間、阻尼在700 N?s/m 附近時(shí)效果最好的結(jié)論；美國(guó)Lord 公司制造的旋轉(zhuǎn)式制動(dòng)器已用于自行車式和臺(tái)階登攀式健身機(jī)，其外徑為92 mm，最大耗散力矩為7N?m，最大轉(zhuǎn)速為1000 r/min，可把最大機(jī)械功率700 W 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮躘51]；應(yīng)用于重載卡車和汽車座椅上的RD-1005-3型阻尼器[52]，在極限工作條件下其剪切速率高達(dá)2×105s-1。以上種種嚴(yán)酷的工況條件對(duì)磁流變液及其器件的服役性能、耐久性能也提出了較高要求。

Ulicny等[53-54]進(jìn)行了一系列磁流變液的耐久性試驗(yàn)?；诖帕髯冸x合器，樣品在磁場(chǎng)作用下連續(xù)或接近連續(xù)服役了108 h和500 h，實(shí)驗(yàn)分析和表征了磁流變液在服役前后載液組分和鐵粉的化學(xué)變化。結(jié)果表明，載液PAO的分子質(zhì)量有所降低，最終導(dǎo)致傳動(dòng)力矩降低。實(shí)驗(yàn)記錄了離合器的溫度變化情況，其平均溫度范圍在150～200℃，最高可達(dá)250℃，這也間接反映了磁流變液的內(nèi)部高溫環(huán)境。由此可知，磁流變液的摩擦溫升問(wèn)題不容忽視。美國(guó)Lord 公司的研究人員[18]在RD-1005 型卡車座椅阻尼器上進(jìn)行了壽命試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)磁流變液在進(jìn)行60萬(wàn)次工作循環(huán)后，納米級(jí)的顆粒增多，其零場(chǎng)黏度增大為原來(lái)的2.5倍（in-use-thickening），這將不利于阻尼器有效實(shí)現(xiàn)震動(dòng)的半主動(dòng)控制。以上研究表明，磁流變液在極端條件下長(zhǎng)時(shí)間工作失效，其原因與顆粒的耐磨性以及摩擦溫升有關(guān)。在磁場(chǎng)作用下，磁流變液形成鏈狀結(jié)構(gòu)，屈服強(qiáng)度增長(zhǎng)的同時(shí)也導(dǎo)致了黏性發(fā)熱作用增強(qiáng)，顆粒表面發(fā)生氧化磨損，脆性表層剝落，磁性顆粒之間由于剪切、擠壓、蠕動(dòng)作用，相互磨損、碰撞，顆粒間的相互作用力使之碎裂為納米級(jí)的顆粒，這些少量的納米顆粒與微米級(jí)顆粒共同作用使磁流變液零場(chǎng)黏度增大，從而對(duì)其流變性能產(chǎn)生影響，同時(shí)也會(huì)對(duì)器件壁面產(chǎn)生沖刷磨損。

在磁流變拋光領(lǐng)域，高強(qiáng)度的梯度磁場(chǎng)作用下的磁流變拋光液變硬，成為具有黏塑性的Bingham介質(zhì)，當(dāng)這種介質(zhì)通過(guò)工件與運(yùn)動(dòng)盤形成的很小空隙時(shí)，對(duì)工件表面與之接觸的區(qū)域產(chǎn)生很大的剪切力，從而使工件表面的材料被去除。Sidpara等[55]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)時(shí)測(cè)量了磁流變拋光過(guò)程中工件表面的法向力和切向力的大小，考察了實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)拋光效果的影響。Seok等[56]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了拋光過(guò)程中的MRF 摩擦學(xué)特性，指出磨料磨損是主要的磨損機(jī)制，并提出一個(gè)材料去除率的半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛠?lái)描述磁流變液的摩擦學(xué)行為。磁流變拋光過(guò)程可以認(rèn)為是在外加磁場(chǎng)的作用下，磁流變液在拋光區(qū)內(nèi)變硬成為類固體的“小磨頭” 代替散粒磨料拋光過(guò)程中的拋光盤，這個(gè)“小磨頭”的形狀和硬度可以通過(guò)控制磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)實(shí)時(shí)控制，因此研究磁流變拋光的影響因素及磨損機(jī)理，實(shí)現(xiàn)基于磁流變效應(yīng)的磨損主動(dòng)控制，對(duì)工件表面進(jìn)行有選擇性地去除，從而對(duì)元件進(jìn)行確定性加工，具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。

田祖織等[57]采用實(shí)驗(yàn)方法分析了不同壁面材料、表面粗糙度大小、壁面形貌、滑差轉(zhuǎn)速及工作間隙對(duì)磁流變傳力性能的影響規(guī)律。研究表明，提高壁面材料的磁導(dǎo)率和壁面材料粗糙度有利于提升磁流變傳動(dòng)裝置的傳力效果。Costa Eduarda等[58]考慮磁流變液和磁流變器件壁面間的摩擦力，建立了描述磁流變液阻尼器行為的一個(gè)連續(xù)的機(jī)電轉(zhuǎn)化模型公式，并在固定負(fù)荷和外加磁場(chǎng)條件下對(duì)模型進(jìn)行了檢驗(yàn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模型得到壁面間的摩擦系數(shù)和磁流變液的磁導(dǎo)率，證實(shí)了該模型的有效性。Kevin Molyet等[59]利用平行圓盤式流變儀測(cè)試了磁流變液在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下以恒定速率長(zhǎng)期剪切時(shí)的流變性能，并指出提高壁面的粗糙度可增強(qiáng)磁流變液在高速剪切條件下的穩(wěn)定性。上述研究結(jié)果表明，提高工作面粗糙度，增大界面間的摩擦阻力，可增強(qiáng)在高速剪切作用下磁流變液的輸出力矩，避免出現(xiàn)壁面滑移現(xiàn)象，使磁流變效應(yīng)得到充分發(fā)揮，這對(duì)于磁流變傳動(dòng)有著重要意義。與此同時(shí)，也應(yīng)考慮到長(zhǎng)期工作下磁流變液對(duì)工作面的拋光作用對(duì)其粗糙度的影響。

此外，Li等[60]利用靜態(tài)和動(dòng)態(tài)模型研究顆粒間摩擦力對(duì)磁流變液性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明磁流變效應(yīng)是由兩個(gè)因素決定的：磁力因素和摩擦力因素。到目前為止，磁力因素對(duì)磁流變效應(yīng)的影響已進(jìn)行了深入的研究，而摩擦力因素卻沒(méi)有得到重視，研究提出了一種數(shù)值上準(zhǔn)確計(jì)算摩擦力對(duì)總磁流變效應(yīng)貢獻(xiàn)大小的方法，并指出提高顆粒表面的摩擦系數(shù)是增強(qiáng)MRF的磁流變效應(yīng)的有效方法。李海濤等[61]基于磁力學(xué)理論，通過(guò)分析磁化鏈中桿形顆粒的受力，包括磁力、壓力、摩擦力及磁場(chǎng)對(duì)顆粒的力矩等，建立了磁流變液的剪切屈服應(yīng)力模型，并和球形顆粒磁流變液加以對(duì)比，發(fā)現(xiàn)桿形顆粒磁流變液具有更高的屈服應(yīng)力。通過(guò)分析摩擦和顆粒尺寸的影響，發(fā)現(xiàn)增大顆粒摩擦系數(shù)和顆粒細(xì)長(zhǎng)比能有效提高該磁流變材料的剪切屈服應(yīng)力。MRF的最大剪切強(qiáng)度與顆粒的磁飽和度成正比，所以具有高屈服應(yīng)力的MRF 需要以磁飽和度高的材料作為分散相。又由以上研究可知，如果提高顆粒表面的摩擦系數(shù)，MRF的剪切應(yīng)力也將得到提高，而當(dāng)顆粒表面包裹一層低摩擦系數(shù)的材料后，將會(huì)減弱磁流變效應(yīng)。綜上，若對(duì)顆粒進(jìn)行預(yù)處理，尋找合適的材料聯(lián)結(jié)到顆粒上或者提高顆粒摩擦系數(shù)，可以增強(qiáng)磁流變效應(yīng)。

4 結(jié)語(yǔ)和展望

磁流變液由于其獨(dú)特的磁流變效應(yīng)、優(yōu)良的可控性能，發(fā)展較快，具有很大的發(fā)展前景，得到各國(guó)專家學(xué)者的廣泛重視和研究。尤其是近年來(lái)，磁流變液在材料性能及應(yīng)用等方面均取得了突破性的進(jìn)展。但是，磁流變液的摩擦學(xué)研究還不夠深入，摩擦學(xué)行為比較復(fù)雜，仍然有大量的應(yīng)用和摩擦理論上的難點(diǎn)有待克服，而當(dāng)前的研究尺度還比較單一，同時(shí)試驗(yàn)研究相對(duì)較少，不能有效反映磁流變液在實(shí)際工況下的摩擦學(xué)行為。在宏觀上還需要研究承載特性、摩擦系數(shù)、溫度特性等，在微觀尺度上需要研究顆粒團(tuán)聚、粒徑分布、摩擦副表面破壞以及顆粒碰撞、變形和顆粒破裂等對(duì)磁流變液摩擦學(xué)性能的影響。因此，如果能夠通過(guò)系統(tǒng)的摩擦學(xué)研究，建立起針對(duì)磁流變液這種懸浮體系的、可指導(dǎo)應(yīng)用的摩擦學(xué)理論，指導(dǎo)磁流變裝置設(shè)計(jì)與主動(dòng)控制，提高磁流變液的服役性和耐久性，相信磁流變技術(shù)必將在工程中得到更廣泛應(yīng)用。針對(duì)磁流變液摩擦學(xué)研究現(xiàn)狀，本文作者對(duì)磁流變液的摩擦學(xué)研究從以下幾方面進(jìn)行了展望。

（1）針對(duì)磁流變液的摩擦特性，模擬實(shí)際工況，設(shè)計(jì)摩擦磨損裝置對(duì)其邊界摩擦磨損行為進(jìn)行更為全面的研究，如建立有場(chǎng)下的面摩擦檢測(cè)平臺(tái)，探索將磁性顆粒磨破導(dǎo)致磁流變液失效時(shí)的工況條件，預(yù)測(cè)磁流變液在真實(shí)服役工況條件下的使用壽命，分析摩擦磨損機(jī)理，并建立磁流變液的摩擦學(xué)評(píng)價(jià)指標(biāo)。結(jié)合磁流變液的實(shí)際工作情況，建立有場(chǎng)下磁流變液的本構(gòu)方程模型，對(duì)磁流變液的流變性能進(jìn)行深層次研究，以尋找磁流變液的流變性能與磁性顆粒間摩擦性能之間的關(guān)系以及顆粒包覆物對(duì)流變和摩擦性能的影響，建立流變與磨損關(guān)系的定量實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停瑸殚_發(fā)高性能的磁流變液、實(shí)現(xiàn)主動(dòng)控制提供指導(dǎo)。

（2）在磁流變液設(shè)計(jì)方面，要兼顧其摩擦性能，選擇合適的基液和摩擦改進(jìn)劑來(lái)改善其潤(rùn)滑性能，對(duì)磁性顆粒進(jìn)行預(yù)處理，提高其耐磨性，實(shí)現(xiàn)磁流變液的“自潤(rùn)滑”。如岳恩等[62]對(duì)磁流變液懸浮相鐵粉的表面進(jìn)行鍍鎳和滲氮處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鍍鎳和滲氮可以提高鐵粉的抗氧化性，并且滲氮處理后提高了磁流變液的耐磨性。設(shè)計(jì)磁流變液耐久性試驗(yàn)，針對(duì)服役特點(diǎn)科學(xué)地確定磁流變液的摩擦性能測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試步驟以及數(shù)據(jù)表征的內(nèi)涵和可置信度，考察磁流變液在長(zhǎng)時(shí)間工作條件下的服役性能。在磁流變裝置設(shè)計(jì)和主動(dòng)控制方面，不僅要考慮磁流變液對(duì)裝置壁面的摩擦磨損，還應(yīng)注意摩擦溫升對(duì)器件穩(wěn)定性和可靠性的影響。

（3）利用外場(chǎng)作用來(lái)改變摩擦學(xué)系統(tǒng)的摩擦力或摩擦系數(shù)，實(shí)現(xiàn)摩擦主動(dòng)控制中可控和可逆的目的，一直是人們關(guān)注的問(wèn)題。磁流變液的摩擦系數(shù)隨磁場(chǎng)可改變的特性為實(shí)現(xiàn)可控摩擦提供了新的思路。在外加磁場(chǎng)作用下，磁流變液的黏度升高，導(dǎo)致摩擦副間磁流變液油膜厚度和強(qiáng)度的變化，這樣在潤(rùn)滑時(shí)流體之間的摩擦力也將發(fā)生變化，從而影響總的摩擦力和摩擦系數(shù)。外磁場(chǎng)對(duì)磁流變液黏度的影響，實(shí)際上是外磁場(chǎng)對(duì)磁性固相顆粒產(chǎn)生的力矩作用的結(jié)果，這種作用于固相顆粒上的磁力矩將通過(guò)黏性傳遞給基載液，從而造成鐵磁流體宏觀黏度的改變，提高了潤(rùn)滑介質(zhì)的承載能力。在需要主動(dòng)控制摩擦的場(chǎng)合，通過(guò)采用改變磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法可以使摩擦系數(shù)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整變化，這表明了用磁控的方法改變機(jī)械運(yùn)動(dòng)副的摩擦是有應(yīng)用前景的。因此，通過(guò)有場(chǎng)、無(wú)場(chǎng)和強(qiáng)化磁場(chǎng)條件下磁流變液的摩擦磨損特性研究，尋找外磁場(chǎng)下磁流變液摩擦系數(shù)的變化規(guī)律，探究基于磁流變效應(yīng)的摩擦主動(dòng)控制，可能具有更為明確的學(xué)術(shù)價(jià)值和工程意義。

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