磁流体密封技术的发展概况
磁流体密封
它在粒子表面形成一层长链分子粒子表面的活 性剂如同弹性垫，隔开了磁性粒子，以防止粒子因 范得华力和磁力作用而聚集，布朗运动使其在基液 中均匀分布分散剂的高分子的链要足够长，以致颗 粒接近时排斥力应大于吸引力。 此外，高分子链的 一端应和磁性颗粒产生化学吸附，另一端应和基液 亲和，分散于基液中。分散剂通常选择带有官能团 如：OOH、H2OH 、H2NH2的长链分子。这些长链 分子的作用是通过这些官能团和磁性颗粒相互作用， 在磁性颗粒表面形成单分子层的紧密连接。长链分 子必需和载体的极性相同，才能不会阻止维系胶体 体系稳定的热运动。每一种磁性液体和应选用一种 对应的表面活性剂。
图1，磁流体结构示意图
2.1.1磁性粒子
常用的磁性颗粒有：
1) 非金属颗粒：亚铁磁性的铁氧体，Fe3O4、等； 2) 金属颗粒：铁（Fe）、镍（Ni）、钴（Co）、钆 （Gd）等； 3) 合金：FeCo、FeC、FeNi、Fe-CO-Ni等； 4) 氮化物：Fe3N等； 5) 化合物：Co-Fe3O4.、CoFe2O4和NiFe2O4等。
密封的重要性
20世纪70年代，苏联“联盟11号”飞船顺 利完成进入礼炮1号空间站各项任务后，在 再入大气层前，实施返回舱和轨道舱分离时， 连接两舱的分离插头分离后，返回舱的压力 阀门密封失效，返回舱的空气从该处泄露， 舱内迅速减压，致使3名宇航员因急性缺氧， 体液沸腾而死亡；
20世纪80年代的美国哥伦比亚航天飞机由 于动力箱的密封失效而坠毁，7名机组人员 全部遇难。
磁性颗粒非常小，属零维纳米材料（所谓零维纳 米材料是指材料在三维尺寸上具有纳米材料的特征）。 铁氧体等颗粒的直径约为10nm（100Å），金属磁性 颗粒的直径约为6nm（60 Å）。在这样小的尺寸下， 强磁性颗粒已丧失了大块材料的铁磁或亚铁磁性能， 而呈现没有磁滞现象的超顺磁状态，其磁化曲线是可 逆的。磁性颗粒的磁偶极矩之间的静磁作用被分子间 的热运动，即布朗运动所削弱或抵消，而不致互相集 结，磁性颗粒在基液中作无规则的热运动。磁性颗粒 的尺寸小，可以防止聚集和沉降。磁性液体胶体体系 的稳定性是由磁性颗粒的热运动来决定的，这种热运 动随着粒子尺寸的减小而增加。但是磁性颗粒的尺寸 又不能太小，当粒子直径小于1~2nm时磁性能就会消 失。
磁流体密封中国专利申请技术综述
磁流体密封中国专利申请技术综述摘要：本文通过对磁流体密封中国专利技术申请文献的检索、统计和分析，介绍了中国专利申请趋势分析，并结合实际专利申请案例，从新材料开发的角度展示了磁性液体用于液体密封近期的一个发展方向。
关键词：磁流体密封中国专利分析引言磁流体密封技术是一种利用新型的纳米材料磁性液体实现密封功效的技术，具有零泄漏、低磨损、高可靠性、完全无污染、能承受高转速、最佳的扭矩传递、低的粘性摩擦等优点,被广泛应用于防尘密封、气体密封、真空密封以及自由控制进给的装置上。
即使是气压高达10Pa的几倍, 也可以通过布置多级密封来实现。
到目前为止, 磁流体密封已成功地应用于计算机磁盘驱动器、单晶炉真空旋转轴、气体激光器等的密封中。
在密封液体上的应用目前尚未达到实用化的阶段，但是具有极大的使用价值。
1中国专利申请趋势分析1.1中国专利申请量年度分布趋势国内磁流体密封技术起步较晚，相关的专利申请量总体呈逐年上升趋势，可划分为以下三个阶段：（1）技术起步期（2002-2009），专利申请量较少且无明显增长趋势，说明此时国内磁流体密封技术刚刚兴起，尚处于起步阶段，市场需求不大；（2）初步发展期（2009-2015），专利申请量较上一阶段出现两个峰点（2010、2014），标志着磁性液体密封用于液体密封技术进入发展阶段；（3）迅猛发展期（2015-2022），专利申请量在总体上呈现大幅上升趋势，说明国内磁流体密封技术得到了快速且有利的发展，这与市场需求是密不可分的。
从数据获取的准确性来说，2023年后，由于专利从申请到公开/公告需要一定的审查周期，许多专利仍处于未公布状态，因此上述数据并不能准确代表2021年实际的专利申请量。
1.2国内专利申请省份分布在磁流体密封技术领域，目前国内各省份申请中，北京、广西、江苏、浙江申请量居多，申请集中于高校所在省份以及经济较发达地区。
2审查实践中的应用通过对磁流体密封技术的专利文献进行检索、阅读和梳理，审查员了解了该领域专利技术的分布特点和发展脉络，有效提高了审查员在对于专利申请发明构思的把握能力，尽快成为本领域专业技术人员，为后续的审查实践提供指导和借鉴。
磁流体作为智能润滑介质的特性
磁流体作为智能润滑介质的特性磁流体作为一种新型的智能润滑介质，近年来在工业和科研领域受到了广泛的关注。
它是由纳米级别的磁性颗粒分散在基液中形成的胶体溶液，具有独特的磁性和流变特性，能够在外部磁场的作用下改变其物理状态，从而实现对摩擦和磨损的有效控制。
本文将探讨磁流体作为智能润滑介质的特性，分析其在不同应用场景中的潜力和挑战。
一、磁流体的组成与制备磁流体的制备是其特性研究的基础。
磁流体主要由磁性颗粒、基液和表面活性剂组成。
磁性颗粒是磁流体的核心，通常由铁、钴、镍等磁性材料制成，其粒径一般在纳米级别，以保证磁流体的稳定性和流动性。
基液则是磁性颗粒分散的介质，可以是水、油或其他有机溶剂，其选择取决于应用环境和性能要求。
表面活性剂的作用是降低磁性颗粒之间的相互作用力，防止颗粒聚集，提高磁流体的稳定性。
磁流体的制备方法多样，包括共沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法等。
共沉淀法是将磁性材料的前驱体在溶液中混合，通过控制反应条件使其形成磁性颗粒，然后通过表面活性剂进行稳定化处理。
溶胶-凝胶法则是通过溶胶中的金属离子与有机配体反应形成凝胶，再经过热处理得到磁性颗粒。
微乳液法则是利用表面活性剂在油水界面形成的微乳液作为反应容器，将磁性颗粒限制在微乳液内部生长，从而得到均匀分散的磁流体。
二、磁流体的磁性与流变特性磁流体的磁性特性是其作为智能润滑介质的关键。
在无磁场的情况下，磁流体中的磁性颗粒由于表面活性剂的作用而均匀分散，不表现出磁性。
当施加外部磁场时，磁性颗粒会沿着磁场方向排列，形成链状结构，从而改变磁流体的流变特性。
这种特性使得磁流体能够在不同的工况下调整其润滑性能，实现智能控制。
磁流体的流变特性研究主要集中在其在不同磁场强度和频率下的表现。
实验表明，随着磁场强度的增加，磁流体的粘度会显著增加，这是因为磁性颗粒在磁场作用下形成的链状结构增加了流体的内部摩擦。
同时，磁场的频率也会影响磁流体的流变特性，高频磁场下磁流体的响应速度更快，但粘度增加的幅度较小。
磁性流体密封及基发展现状
磁性流体密封及基发展现状磁性流体密封是一种新型的密封技术，通过磁力场作用于磁性流体，使其在轴向方向上生成密封效果，可以替代传统的机械密封，具有广泛的应用领域和前景。
本文将介绍磁性流体密封及其基发展现状。
一、磁性流体密封的基本原理磁性流体密封是一种基于磁力作用的密封技术，其基本原理是通过在被密封部位的磁环周围施加磁场，使被密封的物质与磁性流体形成一定的密封效果。
磁性流体是由含有磁性颗粒的液体组成，当外加磁场时，液体中的磁性颗粒会在磁场的作用下发生取向，磁性流体将表现出更高的粘度和黏度，从而能够形成有效的密封效果。
此外，磁性流体还具有防腐蚀、耐高温等优点，增加了其在实际应用中的可靠性和灵活性。
二、磁性流体密封的发展历程目前磁性流体密封技术已有数十年的发展历史。
在20世纪60年代初期，磁性流体这一新型物质被首次发现，引起了密封领域的广泛关注。
自此开始，磁性流体密封技术逐渐发展成为一种新型的密封技术，并在常规机械密封无法满足严苛运行条件下得到广泛应用。
至今，磁性流体密封技术已进入到实际应用中，出现了多种不同类型的磁性流体密封装置，包括单级磁性流体密封装置、双级磁性流体密封装置等，广泛应用于化工、旋转设备、泵类、风机类、压缩机类、轮机等领域。
三、磁性流体密封的发展现状随着磁性流体密封技术的不断发展，其在实际应用中也变得更加成熟和可靠。
目前主要集中在如何提高磁性流体密封的性能和可靠性、开发新的磁性流体密封材料、进一步降低密封系统的运行成本等方面；对于高压、高速、高温、腐蚀性介质等特殊条件下的应用，磁性流体密封的研究目前也在不断进行中。
近年来，随着纳米技术和微电子技术的不断发展，在磁性流体密封技术领域中也出现了新的研究方向和技术趋势。
例如，将纳米材料用于磁性流体密封材料的制备，可以提高材料的稳定性和耐高温性能。
另外，利用微电子技术和智能控制技术，磁性流体密封系统还可实现实时监测和自动控制，提高了其在实际应用中的可靠性和安全性。
磁流体密封技术的发展及应用综述
磁流体密封技术的发展及应用综述1、磁流体磁流体也称磁液或铁磁流体(英文为MagneticFluid或Ferrofluid),它是将铁磁性纳米微粒掺入到载液中,并用表面活性分散剂使其均匀地分散到载液中,从而形成的一种固液相混的悬浮状的胶体。
磁流体具有以下特点:①在磁场的作用下,磁化强度随外加磁场的增加而增加,直至饱和,而外磁场去除以后又无任何磁滞现象,磁场对磁流体的作用力表现为体积力。
②与一般纳米粒子相同,具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
③具有液体的流动性,在通常的离心力和磁场的作用下,既不沉降,也不凝集。
磁流体是一种在工程技术甚至生物医学领域具有广泛用途的高科技材料。
20世纪60年代中期,美国首先成功用于解决宇航服可动部分的真空密封以及在失重状态下宇宙飞船液体燃料的固定问题。
此后磁流体技术逐渐被人们所认识,其研究应用一直是世界各国十分关注的前沿课题,我国科研工作者经过数年的潜心研究,于1997年生产出首批产品。
目前国际上仅美、中、俄、日等少数国家能够生产。
磁流体结构模型及实物图如图1所示,磁流体组分材料概况如表1所示。
2、磁流体密封磁流体密封是利用在外加磁场作用下磁流体具有承受压力差的能力而实现的密封。
其基本原理如图2所示,磁性回路由永久磁铁、极靴和转轴组成。
放置在导磁性良好的转轴与极靴顶部之间的制作精良的磁流体在高性能的永久磁铁产生的磁场作用下高度集中,形成一个液体o型密封圈,当磁流体受到压力差作用时,磁流体在非均匀磁场中略微移动,产生了对抗压力差的磁力,从而达到新的平衡,进而将转轴与极靴间的缝隙堵死而达到密封的目的。
磁流体密封中的转轴可以是磁性体,也可以是非磁性体。
前者的磁束集中于转轴与极靴间的缝隙处,通过转轴构成磁性回路;后者的磁束并不通过转轴,而是通过缝隙中的磁流体构成磁性回路。
图2所示的磁流体单磁铁双极靴密封结构的耐压能力差(小于0.1MPa),所以实践中大量采用的是多磁铁多极靴结构,如图3所示。
磁性流体
二、磁性流体在密封技术中的应用
（一）磁流体密封技术的特点
是一种位于接触式和非接触式之间的密封形式，有以下特点：
严密的密封性 不可测量的泄露率 长寿命 可靠性高 无污染 能承受高速旋转 最佳的扭矩传递 低黏性摩擦 即使在运行过程中中断，不受增塑和弛豫的影响
（二）磁流体密封技术的原理
通常情况： P 有磁场时： P
Q 2 Q 2
V V
2
Q g h 常数 Q gh 1 4
2
H O
M d H 常数
在不计重力的前提下，可由上式得出磁性流体的压强差。
（四）影响因素
密封间隙的影响 介质的影响 温度的影响 转速的影响 磁场强度的影响 纳米磁性流体注入的影响 齿层尺寸及密封级数的影响
（二）磁性流体(Magnetic fluids)
磁性流体也称作超顺磁性液体(Super Para magnetic fluids) 或者铁流体(Ferrofluid)，是指有磁性、可流动的液体。
（三）组成、种类和制备
1、组成
磁性流体是由磁性固体微 粒均匀分散到液体中与其 混合而成的一种固液相混 的胶状液体材料。
按性能指标分类：有低粘度和高粘度、低挥发损失和高挥发损失、
地磁饱和强度和高磁饱和强度、轻磁流体和重磁流体等
磁流体中通常加入的微粒是磁铁矿微粒，如Fe3O4， γ－Fe2O3,Co等强磁性微粒，它们大多是尖晶石兼铁氧体。
3、制备方法
机械研磨法 化学共沉淀法 热分解法 解胶法 水溶液吸附—有机相分散法 更选母液球磨法 真空蒸镀法 等离子体法 气相液相反应法
三、展望
发展方向： 磁流体的基础研究 磁流体的应用研究 从市场需求看，在磁性流体的应用制品中，最 大的需求是防尘密封和真空密封，最具有潜力 的新款跑车 『凯迪拉克XLR』
磁流体密封国内重点申请人专利技术综述
磁流体密封国内重点申请人专利技术综述国家知识产权局专利局专利审查协作天津中心摘要：本文通过对磁流体密封国内重点申请人专利技术申请文献的检索、统计和分析，介绍了国内重点申请人专利申请趋势分析，针对国内重点申请人专利申请进行了技术分支。
关键词：磁流体密封中国申请人专利分析引言在机械设备中普遍存在着泄漏问题，泄漏不仅造成能源浪费和环境污染，严重的还会危及人身安全，带来巨大经济损失。
密封是防止机械设备泄漏不可缺少的，传统密封如垫片密封、机械密封、填料密封和迷宫密封等，虽然它们结构简单、成本低廉，但是它们有的易磨损、功耗大，有的寿命低、易污染；尤其在轴以高速旋转时，传统密封很难达到密封要求；而磁流体作为一种新型材料用于密封能够克服传统密封的上述一些不足。
人类对于磁流体密封的研究始于上个世纪，1948年，美国人Rosensweig向美国国家专利局申请了世界上第一个关于磁性流体密封的专利，国内对磁流体密封技术的研究相对于西方国家较晚，但经过数十年的潜心研究和探索也已取得较快的发展，尤其在近五年内研究较为活跃，提交了较多专利申请。
因此，本文针对磁流体密封的国内重点申请人专利申请做了系统的分析。
1国内重点申请人专利申请趋势分析1.1国内重点申请人专利申请趋势在磁流体密封技术领域，目前国内主要申请人以高校申请为主，其次是企业、个人、科研单位。
在国内申请中，广西科技大学、北京交通大学和清华大学的申请量远远超出其它申请人的申请量，其次是国内企业，个人申请、科研单位和机关团体的申请量相对较少。
由于磁流体密封技术在国内专利申请起步属于较晚，因而研发主力主要集中于高校。
广西科技大学、北京交通大学和清华大学为磁流体密封领域的国内重点申请人。
目前国内重点发明人主要有李德才、杨小龙、陈帆、孙彭、郝付祥等。
其中李德才是北京交通大学和清华大学专利申请的发明人，杨小龙、陈帆、孙彭、郝付祥是广西科技大学专利申请的发明人。
李德才曾经是北京交通大学副教授，现为清华大学机械系长聘教授、博士生导师；杨小龙为广西科技大学副教授、硕士生导师；因而，李德才教授和杨小龙教授是国内磁流体密封技术领域的领军发明人。
滋流体密封技术的发展概况
农 机 使 用 与 维 修
５ ５
磁 流体 密封技术 的发 展概 况
黑龙 江省农业机械 维修研 究所 哈 尔滨理 工 大学机械 工 程动 力 学院 付 亚萍 李 锟
磁流体 ， 或称磁性液体 、 磁液 、 铁磁流 体 ， 是一种 对磁场敏感 又可流动 的液体物质 。它的产生是现代 高科技发展的必然产物。 国 际上磁 流体 的研 发 早在 ２ ０世 纪 ３ ０年 代 初 ， 就 有 人 开 始 研 制 磁 流 体， 但 当时并 没 有 制 成 性 能 稳 定 的 磁 流 体 ， 没有 引 起 人们足够的重视。２ ０世纪 ５ ０年代初 ， Ｍ ｅ ｔ ｒ ｏ Ｐ ｏ ｈ ｔ ａ ｎ － ｖ ｉ ｌ ｋ ｅ ｒ 研制成功了一种性 能相对 稳定的磁流体 ， 并且 就其制造方法 申请 了英 国专利。但这种磁 流体磁 化
、
时粘度变得很大 ， 不能适用于轴旋转 密封 。到了 ２ ０ 世纪 ６ ０ 年代初 ， 美 国宇航局为 了解决宇宙 飞船 和宇 宙服可动部分的密封及 空间失重状况下 的燃料供 给 问题也对磁流体进行 了研究开发。在宇航局工作 的 Ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｌ 博士首次利用粉碎法 制成了性能稳定 的铁 磁 流体 ， 获得了世界上第一个具有实际意义的制备磁流 体 的专利。但这种加工方法费时费力 ， 成本高且效率 极低 ， 不能 广泛 推广 。２ ０世 纪 ２ ０年代 中期 ， 日本 东北 大学教授下饭 板润三利用 化学法研制成 功了铁磁 流 体 。这种制造方法效率高 ， 可适合 于工业化大生产 。 ２ ０ 世纪 ６ Ｏ年代末 ， 美国成立 了铁磁流体公司 ， 专门从 事磁流体的研制与应用。与此 同时 ， 苏联 、 德国、 英 国 等 国家也相继进行了这方面的研究。从此 ， 磁流体走 出 了实验室 ， 开始广 泛应 用 于科 研 和工 业 装 置 中 。据 １ ９ ７ ９年统计 ， 就 已发表与磁 流体相关 的文章 ８ ０ ０余 篇， 申请专利 ２ ０余项 。从 １ ９ ７ ８ 年起 ， 国际上平均 每 三 年 召开一 次磁 流体 会议 ， 则 更 加 速 了磁 流 体 理 论 的 完善和发展 ， 促 进 了 国 际 间 的技 术 合 作 与交 流 。 目 前， 磁 流体 在 国 外 已进 入 了 生机 勃 勃 的 实 用 阶 段 ， 广 泛应用于密封 、 润滑、 阻尼 、 冶金、 医疗 、 音响、 传感器 等领域 ， 前景非常喜人。其 中， 磁流体应用 于密封领 域 最具 有代 表性 用途 之 一 。
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2013年第2期农机使用与维修55
56农机使用与维修2013年第2期
保护性耕作技术发展的问题及对策
吉林省四平市铁东区石岭镇农机站闫秀平
吉林省梨树县郭家店镇农机站白英军
摘要保护性耕作作为适应农业可持续发展应运而生的技术，在全球范围内得到广泛应用，近年来我国根据本国农业发展状况，实施保护性耕作，在实际推广中遇到或多或少的问题，咨待解决。
本文针对我国保护性耕作技术推广中遇到的问题，提出相应的对策。
关键词保护性耕作技术农业机械
0引言
随着人类社会的发展，人类规模的扩大，粮食增收成为农业发展的重中之重，然而片面的追求粮食的高产，使人们面临了更严重的问题，土地贫瘠化、沙化。
保护农业可持续发展是我国实现可持续发展的前提和基本保障。
我国农村传统的耕作方式对土地的破坏问题咨待解决，借鉴国外发达国家的经验，我国应大力推广保护性耕作技术。
1保护性耕作技术的发展
保护性耕作技术是指在保证种子发芽的前提下，通过少耕、免耕、化学除草技术等措施的应用，尽可能地保持作物残茬覆盖地表，减少土壤水蚀、风蚀，实现农业可持续发展的一项土壤机械化耕作技术。
保护性耕作强调的是在保障土地可持续发展的前提下进行农业作业，这在一定程度上保护了农业的稳定发展，在增产的同时减少投入，并实现节能和环保。
保护性耕作将秸秆残茬留在耕作地内，变废料为肥料，并且取消翻耕，尽量不耕，利用土地中的蚯蚓和其它生物进行松土，变机械松土为生物松土。
逆转土地贫瘠化和沙化现象，提升土地蓄水抗旱的能力，不断提升土壤的肥力。
保护性耕作适应范围广，在不同的气候环境和土壤条件下，都能在保障产量的同时实现农业的可持续发展。
1951年美国成为世界上第一个成功使用免耕技术的国家，并在随后的几年中大力发展保护性耕作机械，实现了保护性耕作在美国的全面推广。
农业技术走在世界前沿的几个国家如美国、澳大利亚、加拿大、南美，农业保护性耕作已达到很高的水平，这些国家在农业机械化领域都领先于其他国家，其保护性耕作的实施面积也相对较高。
农业机械的研究和发展是保护性耕作的基本保障。
1993年是我国农业保护性耕作的发展年，我国开始从美国、澳大利亚等国家引进、学习、研究保护性耕作机械，
并结合我国农业的实际情况研制适合我国的。