Research on Magnetic Fluid Seals Using Fluids Produced by Grinding Micropowder Technology

• Autorzy: Szczęch Marcin , Horak Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0055.0794

Warianty tytułu

PL

Badania uszczelnień z cieczą magnetyczną z wykorzystaniem cieczy wytworzonych w technologii mielenia mikroproszków

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Magnetic fluid seals work by forming a fluid ring at a given location to ensure tightness. They are used in applications that require high tightness and cleanliness, especially under vacuum conditions. There are two types of magnetic fluids. Ferrofluid is a combination of magnetic nanoparticles with an average diameter of 10 nm suspended in a non-magnetic carrier fluid. It maintains sedimentation stability in both gravitational and magnetic fields. Another type of magnetic fluid is a magnetorheological fluid, which contains particles of larger sizes (between 0.1 and 10 µm). This type of fluid, however, is not commonly used in sealing applications due to its low stability and high friction torque. Nonetheless, due to the high value of magnetization, its application in seals is a promising research direction. This paper presents the results of seal tests in which a new type of magnetic fluids containing particles of intermediate size relative to the aforementioned fluids, i.e. 100–500 nm, were used. The nano-micro fluid was produced by grinding carbonyl iron using a planetary micromill. Allowable seal operating pressure and friction torque were studied. These values were compared for ferrofluid and magnetorheological fluids. Measurable benefits were obtained from using the developed magnetic fluids, both in terms of stability and performance of the tested seals.

PL

Uszczelnienie z cieczą magnetyczną działa na zasadzie tworzenia w danym miejscu płynnego pierścienia zapewniającego szczelność. Stosowane są one w aplikacjach wymagających wysokiej szczelności i czystości, w tym przede wszystkim w warunkach próżni. Wyróżniamy dwa rodzaje cieczy magnetycznych. Ferrociecz to mieszanina magnetycznych nanocząstek o średniej średnicy rzędu 10 nm, zawieszonych w niemagnetycznej cieczy nośnej. Zachowuje stabilność sedymentacyjną zarówno w polu grawitacyjnym, jak i polu magnetycznym. Innym typem cieczy magnetycznych są ciecze magnetoreologiczne, w skład których wchodzą cząstki o większych rozmiarach (rzędu 0,1–10 µm). Tego typu ciecze ze względu na małą stabilność oraz wysokie opory ruchu nie są jednak powszechnie stosowane w uszczelnieniach. Jednak w związku z wysoką wartością magnetyzacji ich aplikacja w uszczelnieniach jest obiecującym kierunkiem badawczym. W pracy przedstawiono wyniki badań uszczelnień, w których zastosowano nowy typ cieczy magnetycznych zawierających cząstki o pośrednim w odniesieniu do wspomnianych cieczy rozmiarach, tj. 100–500 nm. Nano-mikro ciecz wytworzono w wyniku rozdrabniania żelaza karbonylkowego z wykorzystaniem mikromłynka planetarnego. Przeprowadzono badania dopuszczalnego ciśnienia pracy uszczelnienia oraz momentu tarcia. Wartości te porównano w przypadku ferrocieczy oraz cieczy magnetoreologicznej. Uzyskano wymierne korzyści z zastosowania opracowanych cieczy magnetycznych, zarówno pod kątem stabilności, jak i parametrów użytkowych badanych uszczelnień.

Słowa kluczowe

EN

magnetic fluid sealing; magnetic fluid synthesis; ferrofluid; magnetorheological fluid; micromilling

PL

uszczelnienie z cieczą magnetyczną; synteza cieczy magnetycznej; ferrociecz; ciecz magnetoreologiczna; mikromielenie

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 1
• Strony: 59--66
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fot., rys., tab., wykr., wz.

Twórcy

autor

Szczęch Marcin

• AGH University of Krakow, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1997-357X

autor

Horak Wojciech

• AGH University of Krakow, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Mickiewicza 30 Ave., 30-059 Krakow, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-2258-4233

Bibliografia

• 1. Yang W., Zhang Y., Yang X., Sun C., Chen Y.: Systematic analysis of ferrofluid: a visualization review, advances engineering applications, and challenges, Journal of Nanoparticle Research, 24, 2022, pp. 102, https://doi.org/10.1007/s11051-022-05477-5.
• 2. Vekas L.: Ferrofluids and Magnetorheological Fluids, Advances in Science and Technology, 54, 2008, pp. 127–136, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AST.54.127.
• 3. Turczyn R., Kciuk M.: Preparation and study of model magnetorheological fluids, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 27, 2008.
• 4. Huang W., Wang X.: Ferrofluids lubrication: A status report, Lubrication Science, 28, 2015, https://doi.org/10.1002/ls.1291.
• 5. Bell R., Miller E., Karli J., Vavreck A.D.: Zimmerman, Influence of particle shape on the properties of magnetorheological fluids, 2007, https://doi.org/10.1142/9789812771209_0109.
• 6. Kole M., Khandekar S.: Engineering applications of ferrofluids: A review, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 537, 2021, pp. 168222, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2021.168222.
• 7. Miaskowski A., Gas P.: Numerical Estimation of SAR and Temperature Distributions inside Differently Shaped Female Breast Tumors during Radio-Frequency Ablation, Materials, 16, 2023, pp. 223, https://doi.org/10.3390/ma16010223.
• 8. Hajalilou A., Mazlan S., Lavvafi H., Kamyar S.: Magnetorheological Fluid Applications, In Field Responsive Fluids as Smart Materials, 2016, pp. 67–81, https://doi.org/10.1007/978-981-10-2495-5_5.
• 9. Zeng Q., Deng Z., Li J., Zhang W.: Advances in magnetic fluid seal and structures, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 603, 2024, pp. 172232, https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172232.
• 10. Liu S., Li D., He X., Zhang Z.: Structure design study of vacuum magnetic fluid seal, Frontiers in Materials, 9, 2022, https://doi.org/10.3389/fmats.2022.932697.
• 11. Szczęch M.: Magnetic fluid seal critical pressure calculation based on numerical simulations, Journal of Simulation, 96, 2019, https://doi.org/10.1177/0037549719885168.
• 12. Zhongzhong W., Decai L., Jing Z.: Non-uniform Distribution of Magnetic Fluid in Multistage Magnetic Fluid Seals, Journal of Magnetics, 22, 2017, pp. 299–305, https://doi.org/10.4283/JMAG.2017.22.2.299.
• 13. Yang X., Song Y., Sun P., Li Y.: Design and Experimental Study on Divergent Magnetic Fluid Seal with Large Clearance and Dual Magnetic Sources, Advances in Materials Science and Engineering, 2022, pp. 1–11, https://doi.org/10.1155/2022/4637689.
• 14. Szczęch M.: Research into the lubrication of a rotary lip seal using ferrofluid, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, 236, 2022, pp. 1186–1197, https://doi.org/10.1177/13506501211053734.
• 15. Zang G., Zhang Z., Yu W., Wang D., Li D.: Effects of Different Fatty Acids as Surfactants on the Rheological Properties of Kerosene-Based Magnetic Fluids, Frontiers in Materials, 9, 2022, pp. 930633, https://doi.org/10.3389/fmats.2022.930633.
• 16. Arbain R., Othman M., Palaniandy S.: Preparation of iron oxide nanoparticles by mechanical milling, Minerals Engineering – MINER ENG, 24, pp. 1–9, 2011, https://doi.org/10.1016/j.mineng.2010.08.025.
• 17. Carvalho J. F., Medeiros S., Morales Torres M., Dantas A., Carriço A.: Synthesis of magnetite nanoparticles by high energy ball milling, Applied Surface Science, 275, 2013, pp. 84–87, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2013.01.118.
• 18. Szczęch M., Horak W.: research into the properties of magnetic fluids produced by milling technology, Tribologia, 307, 2024, pp. 127–133, https://doi.org/10.5604/01.3001.0054.4665.
• 19. Jahan N., Pathak S., Jain K., Pant R.: Enchancment in Viscoelastic Properties of Flake-Shaped Iron Based Magnetorheological Fluid Using Ferrofluid, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 529, 2017, https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.05.057.