專利名稱：巨電流變體阻尼器極板的修飾處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種巨電流變體阻尼器極板，尤其涉及該極板的修飾處理方法。
背景技術：
電流變體(Electrorheological Fluid)是由可極化的介電微粒分散于基液中形成的一種懸浮液，在電場的作用下其粘度、剪切強度、流變行為等可隨電場的變化瞬間發(fā)生可逆、可控轉變，當加載電場時，其粘度、剪切強度等性能瞬時發(fā)生變化，由易流動的低粘度流體變?yōu)椴煌ざ攘黧w、難流動粘彈性體或不流動的高粘度固體。在電場作用下，微粒的正負電荷分離，正電荷移向微粒最靠近負電極的一側，而負電荷則移向微粒最靠近正電荷的一側，微粒排列成鏈狀結構，從一個電極延伸到另一個電極，而在沒有形成微粒鏈的間隙處，微粒之間相互吸引而構成纖微狀排列。當鏈條受到剪切作用時，微粒被拉開，由于電荷仍在相互吸引，從而產生剪切應力。圖I為電流變體工作原理圖。外加電場越高，這種電荷 之間的吸引力越強，故剪切應力越大。當電場撤去后，它又可以在毫秒時間或更小時間內恢復到它的初始狀態(tài)——流體狀態(tài)，而且所需能量很小，能從自身表層或外部獲取關于環(huán)境條件的變化信息，并進行判斷、處理和做出響應，適時改變自身結構與阻尼功能并使其很好地與外界協(xié)調，具有自適應智能調節(jié)功能。這種可逆、可控的連續(xù)變化特性，以及良好的電控行為，在國防裝備、交通工具、液壓設備、機械制造業(yè)、傳感器技術等領域具有廣泛的應用前景。電流變體的發(fā)現(xiàn)向人們展示出電流變體的巨大應用價值，在電流變體的應用方面，世界各國特別是發(fā)達國家均先后投入巨資開發(fā)了多種電流變體器件，一些西方國家的國防及工業(yè)部門投入數(shù)以億計的資金，進行電流變材料及其阻尼器件的研究。美國“聯(lián)邦科學工程和技術協(xié)調會”將電流變體的研究列為一個重要領域，美國能源部“關于電流變體研究需求估量的最終報告”中指出，“電流變體有潛力成為電氣一轉換中能源效率最高的一種，而且價格合理、結構緊湊、響應快速、經(jīng)久耐用以及可變的動態(tài)范圍，這些特性是任何其它電氣一轉換方法都無法做到的”。國外在80年代初期就開始了采用電流變體的可調阻尼懸架減振器的研究。主動電磁感應懸架系統(tǒng)已經(jīng)應用在凱迪拉克SRX4. 6L系列中。美國的Lord公司已有發(fā)動機懸置、車輛懸架等多種電流變產品推向市場；Lubrizol公司研制的半主動電流變體汽車懸架系統(tǒng)在福特汽車公司進行了道路試驗，極大地改善了汽車的平穩(wěn)性，取得了良好的效果；Naval Research Lab 和 Army materials Lab、Ford 和 General Mators 等公司也在致力于電流變技術的研究。“悍馬”汽車采用電磁懸掛系統(tǒng)，自適應懸掛裝置可使車速提高I 2倍，其越野速度提高2倍，平臺的穩(wěn)定性提高5 10倍，減小了震動，縱、橫向擺動減少6 8倍，日本的Toyota、Nissan和Onoda公司均投入了大量人力和財力來進行電流變的應用研究；英國有七家有影響的公司成立了電流變技術研究中心一辛加迪，進行電流變技術的開發(fā)工作，AFS公司的雙向減振器，在3KV/mm的電場強度下可實現(xiàn)4000N的阻尼力；德國的Bayer公司研制了一種結構簡單的電流變制動器。
初期，電流變體的剪切強度較低，只有IOkPa, 2003年后，人們將電流變體的強度提高到了 IOOkPa,為與原來的電流變體區(qū)別，就稱之為巨電流變體(Giantelectrorheological Fluid)。目前，人們將主要的精力和研究重點放在電流變體材料的研究以及靜態(tài)阻尼器件的研究。常規(guī)的阻尼器極板就是將導電的材料經(jīng)過加工后加載電壓即可。這類的文獻可以參考申請為盡管理論上電流變體有巨大的應用潛力，但實際應用不多。其主要原因在于目前幾乎所有的電流變體都無法同時滿足高的綜合力學性能、良好溫度和懸浮穩(wěn)定性等的應用需求。針對阻尼設備等特殊需求的電流變體特性研究及其器件結構設計、以及按照器件特性需求的材料、結構、器件、控制一體化設計更為缺乏。電流變體極板單一，電流變體在工作時只有一部分效能得到發(fā)揮，由于電流變體在外力作用下產生了滑移，固化的電流變體和極板之間會發(fā)生滑移而導致電流變體阻尼效果下降，使電流變體的屈服強度明顯降低，難以滿足工程應用的實際需求，因此根據(jù)阻尼裝備的工況來設計、優(yōu)選和可控制備電流變體材料，設計電流變體阻尼器極板，優(yōu)化設計制備電流變體器件是一個亟需突破的嶄新課題。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對上述的技術現(xiàn)狀而提供一種能充分發(fā)揮電流變體阻尼性的巨電流變體阻尼器極板的制備方法。巨電流變體與極板之間的摩擦系數(shù)偏小，致使它們之間的摩擦力偏小。在巨電流變體工作時或者說其承受剪切力時極板與巨電流變體之間的摩擦力就取決于巨電流變體極板的摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)愈大，則兩者之間產生的摩擦力就大。在巨電流變體工作時由于巨電流變體與極板之間摩擦系數(shù)小容易產生滑動而導致剪切力低。被外電場極化而稠化、固化的巨電流變體容易在極板處產生剪切滑移而降低阻尼器的力學性能，嚴重制約巨電流變體阻尼器阻尼力的提高。一般來說巨電流變體的剪切強度為IOOkPa以上，也就是說當巨電流變體在工作時，巨電流變體與電極表面的摩擦力必須大于其本身的剪切力時(IOOkPa),巨電流變體的阻尼性能才能發(fā)揮出來，否則，巨電流變體在工作時只有一部分效能得到發(fā)揮，由于巨電流變體在外力作用下產生了滑移。設計、制備滿足多工況、寬頻帶(O 200Hz)的隔振、減振要求，極板微納化粗糙化技術是獲得高性能阻尼器的難點和關鍵。增加極板與巨電流變體的接觸面積其阻尼力會呈幾何級數(shù)增加；而固化的巨電流變體和極板之間會發(fā)生滑移而導致巨電流變體阻尼效果下降，使巨電流變體的屈服強度明顯降低。通過極板對微粒鏈的機械鑲嵌作用，增加接觸面、提高摩擦力，提高極板與微粒鏈的界面結合力，抑制滑、漂移，獲得高性能的結構設計參數(shù)。本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種巨電流變體阻尼器極板的修飾處理方法，其特征在于將電流變體阻尼器極板表面進行微納化粗糙化處理。作為優(yōu)選，所述的微納化粗糙化處理可以采用紋理溝槽納化處理、微弧氧化納化處理或激光刻蝕納化處理中的至少一種。進一步，所述的紋理溝槽納化處理中溝槽深度為0. 5飛微米,溝槽寬度為0. 5^10微米。其紋理可豎、橫、斜布局，紋理可交叉，可以正交叉，也可以斜交叉，紋理之間的間隔大小可調。但是也存在溝槽加工面粗糙度高，太小作用不明顯，太大對流體流變規(guī)律產生影響等特點。進一步，所述的溝槽截面可以是三角形、梯形、矩形或圓形。進一步，所述的微弧氧化納化處理中微弧氧化處理液包括I. 5^3. 5g/L的NaOH水溶液為和4 8g/L的Na2SiO3水溶液，加載的電流密度為f 3A/m2，處理后的極板表面粗糙度為 RaO. 5 Ral. 5。進一步，所述的激光刻蝕納化處理中以流速為5 20m/s的3 8mol/L的 NaCl水溶液為電解液，激光功率密度為I 5X107w/cm2，二倍頻晶體為ΚΤΡ，Θ =90°，Φ=23. 5°，處理后極板的表面粗糙度為RaO. 5 Ral. 4。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過對電極極板表面微納化修飾處理技術，提高巨電流變體與極板間的摩擦系數(shù)，以獲得高阻尼力的電流變體極板，大幅提高巨電流變體阻尼器件的阻尼力。


圖I為電流變體工作原理圖。圖2為不同紋理微納化溝槽的加工圖。圖3為不同紋理微納化處理極板在加載4kVmm_l電場時的顯微照片。圖4為微弧氧化微納化極板表面圖。圖5為微弧氧化微納化處理極板在加載4kVmm_l電場時的顯微照片。圖6為激光刻蝕微納化極板表面圖。圖7為激光刻蝕微納化處理極板在加載4kVmm_l電場時的顯微照片。
具體實施例方式以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。實施例1，如圖2和圖3所示，一般光滑極板時，阻尼力為IOOkPa,經(jīng)過加工成深度15 μ m,半徑25 μ m的圓弧連接處圓弧角R5，正交網(wǎng)紋，網(wǎng)紋間隔3mm，經(jīng)過加工成網(wǎng)紋后的鋁合金極板時的阻尼力為280kPa，提高280%。實施例2，如圖4和圖5所示，一般光滑極板時，阻尼力為IOOkPa,經(jīng)過微弧氧化按如下工藝處理微弧氧化處理液的配方為NaOH 2. 5g/l，Na2SiO3 6g/l，加載的電流密度為2A/m2。使極板表面產生高耐磨、微觀粗糙的表面，表面粗糙度RaO. 8。微納處理后的鋁合金極板時的阻尼力為245kPa，提高145%。實施例3，如圖6和圖7所示，一般光滑極板時，阻尼力為IOOkPa,以流速為10m/s的5mol/L NaCl溶液為電解液，激光功率密度為2*107W/cm2，二倍頻晶體選用ΚΤΡ，Θ =90°，Φ=23.5°。通過激光刻蝕的方法使極板表面產生高耐磨、微觀粗糙的表面，表面粗糙度Ral. O。經(jīng)過激光刻蝕微納處理的鋁合金極板時的阻尼力為256kPa，提高156%。
權利要求
1.一種巨電流變體阻尼器極板的修飾處理方法，其特征在于將電流變體阻尼器極板表面進行微納化粗糙化處理。
2.根據(jù)權利要求I所述的修飾處理方法，其特征在于所述的微納化粗糙化處理為紋理溝槽納化處理、微弧氧化納化處理或激光刻蝕納化處理中的至少一種。
3.根據(jù)權利要求2所述的修飾處理方法，其特征在于所述的紋理溝槽納化處理中溝槽深度為O. 5^5微米，溝槽寬度為O. 5^10微米。
4.根據(jù)權利要求3所述的修飾處理方法，其特征在于所述的溝槽截面為三角形、梯形、矩形或圓形。
5.根據(jù)權利要求2所述的修飾處理方法，其特征在于所述的微弧氧化納化處理中微弧氧化處理液包括I. 5^3. 5g/L的NaOH水溶液為和r8g/L的Na2SiO3水溶液，加載的電流密度為f3A/m2，處理后的極板表面粗糙度為RaO. 5 Ral. 5。
6.根據(jù)權利要求2所述的修飾處理方法，其特征在于所述的激光刻蝕納化處理中以流速為5 20m/s的3 8mol/L的NaCl水溶液為電解液，激光功率密度為I 5X 107W/Cm2，二倍頻晶體為ΚΤΡ，θ=90°，Φ=23. 5°，處理后極板的表面粗糙度為RaO. 5 Ral. 4。
全文摘要
一種巨電流變體阻尼器極板的修飾處理方法，其特征在于將巨電流變體阻尼器極板表面進行微納化粗糙化處理。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過對電極極板表面微納化修飾處理技術，提高巨電流變體與極板間的摩擦系數(shù)，以獲得高阻尼力的巨電流變體極板，大幅提高巨電流變體阻尼器件的阻尼力。
文檔編號C25D11/02GK102817955SQ20121019124
公開日2012年12月12日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權日2012年6月7日
發(fā)明者譚鎖奎, 紀松, 趙紅, 董旭峰, 齊民 申請人:中國兵器工業(yè)第五二研究所