磁场作用下水基磁流体对TC4与Si_3N_4摩擦学性能影响的实验研究

作者：王优强^*; 徐莹; 莫君; 何彦; 赵涛; 倪陈兵

来源：机械工程学报, 2023, 1-10.

• 纳米添加剂
• 水基磁流体
• 磁场强度
• 摩擦学
• 减摩润滑性能

钛合金(TC4)是一种航空航天中广泛应用的材料，其具有强度高、耐高温、耐腐蚀等优良特性，但其摩擦学性能限制了其进一步的应用。近年来水基磁流体作为一种智能环保型润滑剂在解决极端工况条件下的润滑问题发挥着巨大优势。利用摩擦磨损实验机研究了磁场作用下水基磁流体对钛合金摩擦学性能的影响。首先实验研究了水基磁流体的磁学性能。采用超声清洗机对原磁流体进行稀释，获得质量分数分别为0.3%、0.6%、0.9%、1.2%、10%、20%、36%稳定的水基磁流体。利用振动样品磁强计(VSM)、场发射透射电镜(TEM)和静态接触角测量仪分别测试了磁性颗粒的大小和形貌，研究了不同质量分数的水基磁流体的润湿性，探讨了水基磁流体的磁学性能。实验结果表明：Fe3O4颗粒呈球形，平均粒径为14 nm，具有良好的顺磁性。水基磁流体的润湿性随质量分数的增大而增大。其次，研究了水基磁流体的摩擦学性能。以TC4钛合金与Si3N4陶瓷球为试件，利用UMT-3往复摩擦磨损试验机测定了不同磁场强度下不同质量分数水基磁流体润滑时钛合金表面的摩擦因数，并用高精度粗糙度仪对磨损量进行测量。结果表明，通过与基液实验结果进行对比发现，不同质量分数的水基磁流体都表现出一定的减摩效果，其中质量分数为1.2%的磁流体减摩效果最好，摩擦因数降低了16.99%。但在施加外磁场时，不同质量分数的水基磁流体的磨损量都会比基液水润滑时有所增加。但是，随着颗粒质量分数和磁场强度的增大，磨损量逐渐减少。最后，通过实验数据对不同磁场作用下不同质量分数水基磁流体的摩擦学性能的作用机理进行分析，为水基磁流体将来在润滑领域的应用提供了实验依据。

• 单位
  青岛理工大学