1.1.1 磁流变液的基本组成

磁流变液主要由软磁性颗粒、基载液和添加剂三部分组成。其中，软磁性颗粒作为磁流变液的悬浮相，主要决定了其磁学特性；基载液是软磁性颗粒的载体，用于分散悬浮相使其呈现出流体特性，它影响着磁流变液的流动性和稳定性；添加剂的种类众多，主要用于改善磁流变液的综合性能。

1.软磁性颗粒

软磁性颗粒在磁场作用下产生磁极化，这是磁流变液实现固-液转换的关键，因此其物理化学性质直接影响着磁流变液的流变性能[4]。由磁流变效应的机理可知，通常要求选取高磁饱和强度、高磁导率、低矫顽力和较窄磁滞回线的软磁性材料，颗粒尺寸分布通常为0.01～100μm。常见的软磁性材料有Fe、Co、Ni、Fe₃Al、Fe-Co合金和Ni-Fe合金等[5]，其中，Fe-Co合金和Ni-Fe合金微粒的磁学特性较为优良，其磁饱和强度高达2.38T。

软磁性颗粒材料选取时通常考虑以下几个方面：①良好的磁性能，它是磁流变效应的核心；②较高的化学稳定性，即抗氧化能力强；③较高的物理稳定性，主要指温度稳定性和抗团聚能力，它与颗粒材料、密度、形状、尺寸有关[6]。表1.1所示为几种常见软磁性材料的磁饱和强度和居里温度。其中，材料的磁饱和强度均是在20℃下测定的。

目前常用于制备磁流变液的软磁性颗粒材料主要有纯铁粉和羰基铁粉（Car-bon Iron Particle，CIP）[8, 9]。其中，羰基铁粉制作简单、价格便宜、纯度高、粒径细且分布范围窄，其应用更为广泛[10, 11]。羰基铁粉的铁含量为97%～99%，粒度分布为0.5～20μm，表面形貌通常为规则球形或不规则多边形，颗粒分散体积浓度可高达50%。此外，它还具有居里温度高、导磁性强、矫顽力小、磁滞回线窄、易于磁化和退磁等优点。

2.基载液

基载液是软磁性颗粒的载体，其作用是将颗粒均匀分散于磁流变液中，以保证磁流变液在零场下保持Newton流体特性，而在外加磁场作用下能产生抗剪应力，呈现出Bingham流体特性。基载液特性对于磁流变液的使用性能有着重要影响，通常情况下，要求基载液具有如下特点：

1）低凝固点和高沸点，以确保磁流变液具有较宽的工作温度范围。

2）适宜的黏度。使用低黏度的基载液可有效降低磁流变液的零场黏度，但若基载液黏度较低，磁流变液的沉降稳定性则变差[12]。

3）化学性能稳定、无毒无害、对人体无明显刺激作用且成本低、经济性好。

目前广泛使用的基载液是硅油，它是一种有机硅聚合物类产品，具有黏温系数小、工作温度范围宽、抗氧化能力强、绝缘性好、对金属无腐蚀且不易挥发等诸多优点。依据化学结构的不同，硅油一般可分为甲基硅油、苯基硅油、甲基氯苯基硅油和甲基乙烯基硅油等。其中尤以甲基硅油的应用最为广泛，它是一种无色透明的新型高分子合成材料，具有很宽黏度范围（5cP～8×106cP[1]），室温下的形态从极易流动的液体到稠厚的半固态，倾点一般低于-60℃，闪点通常为200～300℃，热分解温度更是高达400℃以上，因此可在-50～180℃范围内长期使用[13]。

3.添加剂

为了改善磁流变液的综合性能，通常需加入适量添加剂，其含量较小（一般低于5%）。添加剂种类众多，按用途不同一般有表面活性剂、稳定剂和润滑剂等。

表面活性剂是一种由亲水基和亲油基两种结构组成的低聚物，其分子结构一端为亲油基，通常由非极性长链烃基组成，结构上差别较小；另一端则为亲水基，常为带电的离子基团和不带电的极性基团。如图1.1所示，表面活性剂亲水基一端通常吸附在软磁性颗粒表面，而亲油基一端则伸展在基载液中做热摆动，它可以有效防止颗粒的沉降，同时在一定程度上提高颗粒的极化能力。

稳定剂能够在颗粒和基载液间形成一个亚粒子群，使得磁流变液处于凝胶状态，从而有效防止颗粒的凝聚，提高其沉降稳定性。

润滑剂主要用于改善颗粒间的润滑作用，减少悬浮相颗粒的凝聚黏结现象，提高其在基载液中分散的均匀性。

选取添加剂时需考虑以下两点：①既要与基载液具有很好的互溶性，又要与颗粒具有很强的亲和力，以保证磁流变液具有良好的沉降稳定性；②添加剂通常为有机物，其工作温度有限，温度过高时容易发生热分解，导致磁流变性能急剧下降，因此良好的温度稳定性也是衡量添加剂性能的重要指标之一。目前常用的添加剂有油酸、聚乙二醇、纳米硅酸镁锂及其他非离子添加剂等。