李項和

摘 要：作為一種新的密封方式，磁性液體密封的優(yōu)點有零泄漏、無固體磨損、能耗小、壽命長等，因為它具有這一系列的優(yōu)點，所以傳統(tǒng)動態(tài)密封中的一系列問題得到了解決，現(xiàn)今在真空領(lǐng)域范疇內(nèi)人們已經(jīng)廣泛應(yīng)用磁性液體密封技術(shù)了。本文就磁性液體密封的原理、優(yōu)點，制備方式、密封方式以及納米磁性液體的其他應(yīng)用展開了探究。

關(guān)鍵詞：物理；動態(tài)密封；納米材料

中圖分類號：TM27 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）12-0233-01

作為一種新的密封方式，磁性液體密封的優(yōu)點有零泄漏、無固體磨損、能耗小、壽命長等，因為它具有這一系列的優(yōu)點，所以傳統(tǒng)動態(tài)密封中的一系列問題得到了解決，作為第一個被開發(fā)、被商業(yè)化的磁性液體產(chǎn)品，納米磁性液體是最成熟的商業(yè)應(yīng)用之一。然而，因其難度大、所需技術(shù)水平高等問題，迄今鮮有公開報道。南京大學(xué)固體微結(jié)構(gòu)實驗室研制出了新型憎油基磁性液體，并將其應(yīng)用在旋轉(zhuǎn)軸動態(tài)密封上，同時成果顯著；北京交通大學(xué)李德才[1]等人也對此展開了探究，一致認為磁性液體密封具有非?？捎^的應(yīng)用前景。

1 納米磁性液體密封的原理、優(yōu)點

磁性液體密封技術(shù)是一種非接觸式密封技術(shù)，其介質(zhì)是磁性液體，由于磁性液體對磁場的響應(yīng)特性，把磁性液體注入到由高性能的永磁體、導(dǎo)磁性良好的極靴和轉(zhuǎn)軸所構(gòu)成的導(dǎo)磁回路的間隙中，會形成數(shù)個磁性液體“O”型圈，當磁性液體受到壓差作用時，會在非均勻磁場中移動，不均勻磁場就會使磁性液體產(chǎn)生對抗壓差的磁力，今兒達到新的平衡，這樣就起到了密封的作用。

磁性液體密封的優(yōu)點是零泄漏、無固體磨損、能耗小、壽命長等，能夠解決傳統(tǒng)密封中材料泄露、高耗能等問題。液體密封圖見圖1。

2 納米磁性液體的制備方法

2.1 化學(xué)共沉淀法

目前制備磁性液體的方法中化學(xué)共沉淀法是使用最多、應(yīng)用最廣泛的方法之一，它的特點是速度快、回收率高、效果好等。磁性微粒的尺寸是可以根據(jù)工藝參數(shù)的改變而改變的，不僅如此，加入其它金屬粒子可以使磁性微粒的性能得以改善，通過上述步驟，可以制備性能良好的磁性液體。其具體操作方法：將可溶的亞鐵鹽和鐵鹽按比例生成三氧化四鐵理論量（摩爾比為1：2）較小的比例混合后，加入堿性沉淀劑，生成三氧化四鐵超微粒子，然后將三氧化四鐵粒子加入到含有表面活性劑的載液中煮沸，分離后便可的磁性液體。

2.2 真空蒸鍍法

真空蒸鍍法缺點是設(shè)備復(fù)雜程度高，對真空度程度要求高，雖然其條件苛刻，但因此制備的磁性微粒顆粒度小，粒度均勻，分散好，具體操作方步驟為：在旋轉(zhuǎn)滾筒中加入含有表面活性劑的低揮發(fā)性溶劑，將筒真空化，在金屬被蒸發(fā)的同時，表面活性劑也被蒸發(fā)，滾筒表面有大量金屬吸附，并在載液中分散，從而制備出磁性液體。

此外還有熱分解法、機械球磨法、解膠法，等離子體法等方法。

3 磁性液體的密封方法

許多學(xué)者對以磁性液體為介質(zhì)的密封方式進行了很長時間的探索和研究，其中，以下研究最具代表性：M.D.Cowley和R.E.Rosenseig對磁性液體界面穩(wěn)定性進行了深入研究后，得出了影響磁性液體界面穩(wěn)定性的因素之一為磁場的結(jié)論[2]：北京航空航天大學(xué)的王之珊等人曾經(jīng)做到持續(xù)密封時間達48h[3]；中國礦業(yè)大學(xué)的楊志伊等人曾經(jīng)做到零泄漏持續(xù)密封高達上千小時，但長時間密封磁性液體失敗[4]。使用磁性液體密封技術(shù)對液體進行密封難以實現(xiàn)長時間零泄漏的原因是：在磁性液體與被密封液體之間的界面存在著一種隨著旋轉(zhuǎn)速度的加快和密封壓力的加大而加劇的不穩(wěn)定性。因此，要實現(xiàn)以液體為密封介質(zhì)的磁性液體密封，必須要使密封液體的速度和被密封液體的速度差額盡量縮小，降低作用于被密封液體的壓力。

組合式磁性液體密封的原理為：磁性液體密封技術(shù)和雙螺旋密封技術(shù)的組合，在密封領(lǐng)域發(fā)展越來越迅速的是螺旋密封，因為其結(jié)構(gòu)簡單，耐壓能力較強。但是雙螺旋密封裝置有一個致命的缺點：其在低速運行時被密封介質(zhì)出現(xiàn)泄漏是無法避免的，若想使其密封效果達到最優(yōu)則必須盡量提高轉(zhuǎn)速，但是前文所述磁性液體密封技術(shù)相比傳統(tǒng)密封方式具有零泄漏、長壽命等優(yōu)點，并且無論在靜止密封，還是旋轉(zhuǎn)密封都可以使液體介質(zhì)零泄漏。

4 納米磁性液體密封的其他應(yīng)用

4.1 磁性液體在往復(fù)軸密封中的應(yīng)用[5]

磁性液體往復(fù)密封技術(shù)成為一種嶄新的動密封技術(shù)的原因是：磁流體往復(fù)密封裝置不僅可以在一定程度上取代傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)軸密封而且可以完成往復(fù)運動密封，從而達到往復(fù)加旋轉(zhuǎn)復(fù)合運動密封的效果，因此在21世紀以來此密封技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展。

4.2 磁性液體在直線型密封中的應(yīng)用[6]

磁性液體直線密封技術(shù)的結(jié)構(gòu)包括非導(dǎo)磁性軸、軸套、環(huán)形永久磁鐵、極靴和磁性液體。

磁性液體密封技術(shù)的原理：在永磁鐵的磁場作用下，磁性液體被束縛在極靴齒和軸套內(nèi)表面之間的空隙中，構(gòu)成液體密封環(huán)，因而該密封裝置不僅能夠承受一定壓差的作用，同時還能實現(xiàn)往復(fù)的直線運動的動密封。

磁性液體直線運動的密封裝置不僅能夠傳遞直線運動，還能傳遞扭矩。因為直線密封裝置包含了轉(zhuǎn)軸密封裝置在內(nèi)，而且轉(zhuǎn)軸密封裝置具有轉(zhuǎn)速越高，密封性能越好的特點。因此，直線運動、轉(zhuǎn)動或直線運動+轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動的動密封均可通過磁性液體直線密封裝置來實現(xiàn)，這是直線密封裝置的一個突出的優(yōu)點。磁性液體直線密封裝置對轉(zhuǎn)動密封的抗壓能力高，密封性能好；該裝置對直線運動的密封能力低于轉(zhuǎn)動密封能力；而直線+轉(zhuǎn)動的密封性能與直線密封的性能相似，但也能實現(xiàn)壓差密封。

5 結(jié)語

在中小軸，中低速的真空、氣體方面，磁性液體密封技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，發(fā)展勢頭迅速，并且其發(fā)展方向是大軸徑、高轉(zhuǎn)速的密封。但目前來說以液體為介質(zhì)時技術(shù)問題還沒有得到解決，假若解決了密封液體方面的問題，磁性液體密封技術(shù)前景廣闊，同時在往復(fù)軸密封和直線型密封中有應(yīng)用前景。

參考文獻

[1]李德才.磁性液體密封理論及應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

[2]Moskowitz R.Dynamic sealing with magnetic fluids[J].ASLE Transactions，1975，18（2）：135 -143.

[3]王之珊，陳建平，趙丕智.一種新型組合密封系統(tǒng)的實驗研究[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報，2000，26（4）：451-453.

[4]劉同岡，楊志伊.磁流體液體動密封結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[J].摩擦學(xué)學(xué)報，2003，23（4）：353-355.

[5]王虎軍.國外磁性液體在往復(fù)軸密封中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013，（36）：56-57.

[6]李德才，宋登軒，袁祖貽.磁性液體在直線型密封中的應(yīng)用研究[J].功能材料，1997，（01）：97-99.