8-羥基喹啉作為摩擦改進(jìn)劑對發(fā)動機潤滑油減摩性能的影響

8-羥基喹啉（8-HQ）作為一種含氮雜環(huán)有機化合物，憑借其獨特的分子結(jié)構(gòu)（苯環(huán)與喹啉環(huán)共軛，羥基與氮原子形成螯合位點），在發(fā)動機潤滑油中展現(xiàn)出優(yōu)異的摩擦改進(jìn)潛力。其通過在摩擦副表面形成化學(xué)吸附膜與螯合保護(hù)膜，顯著降低摩擦系數(shù)、抑制磨損，同時兼具一定的抗氧化與金屬鈍化功能，為發(fā)動機在啟停、高溫高負(fù)荷等嚴(yán)苛工況下的潤滑防護(hù)提供了新路徑。以下從作用機制、影響規(guī)律、協(xié)同效應(yīng)及應(yīng)用前景展開系統(tǒng)解析：

一、減摩作用機制

8-羥基喹啉的減摩性能源于其分子與摩擦副表面的多重相互作用，核心機制可概括為“吸附-螯合-修復(fù)”三重效應(yīng)，形成兼具潤滑與防護(hù)功能的復(fù)合膜：

1. 化學(xué)吸附膜構(gòu)建：物理隔離與摩擦緩沖

8-羥基喹啉分子中的羥基（-OH）與氮原子具有強極性，可通過氫鍵、范德華力及化學(xué)吸附作用（羥基與金屬表面氧化膜形成M-O鍵，氮原子與金屬表面空軌道形成配位鍵），在鋼、鋁等發(fā)動機摩擦副表面形成致密的單分子或多分子吸附膜。該吸附膜作為物理隔離層，可減少摩擦副間的直接接觸，將干摩擦轉(zhuǎn)化為吸附膜內(nèi)部的低剪切力滑動，從而降低摩擦系數(shù)。

實驗表明，8-羥基喹啉在鋼鐵表面的吸附能可達(dá)-40~-60kJ/mol，遠(yuǎn)高于物理吸附能（通常＜-20kJ/mol），確保吸附膜在發(fā)動機振動、高溫等工況下不易脫附，維持穩(wěn)定的減摩效果。同時，吸附膜的厚度可通過濃度調(diào)控（通常為1~5nm），既能保障潤滑間隙，又避免因膜厚過大導(dǎo)致的剪切阻力上升。

2. 螯合保護(hù)膜形成：強化表面硬度與耐磨性

8-羥基喹啉的喹啉環(huán)與羥基可與發(fā)動機摩擦副表面的金屬離子（如 Fe²⁺、Al³⁺）形成穩(wěn)定的螯合物（如 Fe (8-HQ)₂、Al (8-HQ)₃），該螯合物具有較高的硬度（約 3~5 GPa）與良好的化學(xué)穩(wěn)定性，可在摩擦副表面形成一層耐磨保護(hù)膜。

一方面，螯合膜能填補摩擦副表面的微觀凹坑與劃痕，降低表面粗糙度（Ra可從0.2~0.3μm降至0.05~0.1μm），減少摩擦過程中的“微切削”效應(yīng)；另一方面，其化學(xué)惰性可抑制金屬表面的氧化腐蝕（如避免Fe³O₄、FeO等氧化膜的脫落與再生），減少腐蝕磨損。在高溫工況下（150~250℃），螯合膜仍能保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免因熱分解導(dǎo)致的防護(hù)失效。

3. 摩擦表面修復(fù)：抑制磨損與延長使用壽命

8-羥基喹啉在摩擦過程中可通過“選擇性沉積”實現(xiàn)對磨損表面的輕微修復(fù)：當(dāng)摩擦副表面出現(xiàn)微小磨損時，其分子及其分解產(chǎn)物（如喹啉酮、酚類化合物）可在磨損區(qū)域優(yōu)先吸附與沉積，形成補充膜層，緩解局部磨損加劇。

同時，其分子中的共軛結(jié)構(gòu)可捕獲發(fā)動機潤滑油氧化產(chǎn)生的自由基（如・OH、・OOH），抑制潤滑油的氧化劣化，減少油泥、積碳等沉積物的生成，避免因潤滑油性能衰減導(dǎo)致的摩擦系數(shù)上升，間接延長潤滑周期與摩擦副使用壽命。

二、影響8-羥基喹啉減摩效果的關(guān)鍵因素

8-羥基喹啉在發(fā)動機潤滑油中的減摩效果受其添加濃度、潤滑油基礎(chǔ)油類型、工況條件及金屬表面狀態(tài)等多重因素調(diào)控，需精準(zhǔn)匹配以實現(xiàn)良好的性能：

1. 添加濃度的優(yōu)化區(qū)間

8-羥基喹啉的減摩效果與添加濃度呈“先升后穩(wěn)”的變化規(guī)律：當(dāng)濃度低于 0.5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時，摩擦副表面吸附膜與螯合膜覆蓋不充分，減摩效果有限（摩擦系數(shù)僅降低 10%~15%）；濃度在0.5%~2.0%時，膜層覆蓋度逐步提升至90%以上，摩擦系數(shù)顯著下降（較基礎(chǔ)油降低30%~50%），且磨損量減少40%~60%；當(dāng)濃度超過2.0%時，過量的8-羥基喹啉分子易在摩擦副表面團(tuán)聚，導(dǎo)致膜層剪切阻力增大，摩擦系數(shù)反而略有上升，同時可能增加潤滑油的粘度與沉淀風(fēng)險。因此，發(fā)動機潤滑油中它的適宜添加濃度通常為0.8%~1.5%。

2. 基礎(chǔ)油類型的適配性

不同類型基礎(chǔ)油（礦物油、合成油）的理化性質(zhì)直接影響8-羥基喹啉的溶解性與分散性，進(jìn)而影響減摩效果：

礦物油（如150SN、500SN）：8-羥基喹啉的溶解度較低（25℃時約1.2%~1.8%），需搭配少量分散劑（如聚異丁烯丁二酰亞胺）提升分散穩(wěn)定性，避免析出沉淀；

合成油（如PAO、酯類油）：酯類油中的極性基團(tuán)可與8-羥基喹啉形成氫鍵，提升其溶解度（25℃時可達(dá)2.5%~3.0%），且合成油的高溫穩(wěn)定性可與其螯合作用協(xié)同，在高溫高負(fù)荷工況下（如發(fā)動機活塞環(huán)-缸套摩擦）表現(xiàn)出更優(yōu)的減摩效果。

3. 工況條件的影響規(guī)律

溫度：在常溫至 150℃范圍內(nèi)，隨著溫度升高，8-羥基喹啉分子的擴散速率加快，吸附與螯合反應(yīng)更充分，減摩效果逐步提升；當(dāng)溫度超過250℃時，部分8-羥基喹啉分子發(fā)生熱分解，膜層完整性受損，減摩效果略有下降，但仍優(yōu)于未添加的基礎(chǔ)油；

載荷：在低至中等載荷（50~500N）下，8-羥基喹啉的吸附膜與螯合膜可有效承載，摩擦系數(shù)穩(wěn)定在0.08~0.12；當(dāng)載荷超過1000N時，膜層可能發(fā)生局部破裂，摩擦系數(shù)上升，但通過與極壓劑（如ZDDP、硫化異丁烯）協(xié)同，可顯著提升承載能力，避免嚴(yán)重磨損；

滑動速度：在滑動速度0.1~1.0m/s范圍內(nèi)，減摩效果穩(wěn)定；當(dāng)速度超過1.5m/s時，摩擦熱積累導(dǎo)致膜層脫附速率加快，需通過提高添加濃度（如1.5%~2.0%）或搭配粘度指數(shù)改進(jìn)劑，維持膜層穩(wěn)定性。

4. 金屬表面狀態(tài)的適配性

8-羥基喹啉對不同材質(zhì)摩擦副的減摩效果存在差異：

鋼鐵摩擦副（如曲軸-軸承、齒輪）：表面易形成氧化膜（Fe₃O₄），8-羥基喹啉可與Fe³⁺形成穩(wěn)定螯合物，減摩效果顯著（摩擦系數(shù)降低40%~50%）；

鋁基摩擦副（如活塞-缸套）：鋁表面氧化膜（Al₂O₃）的活性較低，8-羥基喹啉的吸附與螯合作用較弱，需通過表面改性（如陽極氧化）或搭配有機酸類添加劑，提升膜層結(jié)合力，確保減摩效果；

鍍鉻/氮化表面：這類表面光滑且化學(xué)惰性強，8-羥基喹啉的吸附膜形成難度較大，減摩效果相對有限（摩擦系數(shù)降低20%~30%），需優(yōu)化添加濃度與協(xié)同體系。

三、與其他添加劑的協(xié)同效應(yīng)

在發(fā)動機潤滑油中，8-羥基喹啉需與極壓劑、抗氧化劑、分散劑等添加劑協(xié)同作用，才能兼顧減摩、抗磨、抗氧化等綜合性能，避免單一添加劑的功能局限性：

1. 與極壓劑的協(xié)同（ZDDP、硫化異丁烯）

極壓劑在高負(fù)荷下可分解產(chǎn)生硫化物、磷化物等形成極壓膜，而8-羥基喹啉的吸附膜與螯合膜可在中低負(fù)荷下發(fā)揮減摩作用，二者形成“中低負(fù)荷減摩+高負(fù)荷抗磨”的協(xié)同體系，例如，它與ZDDP按1:1~2:1比例復(fù)配時，摩擦系數(shù)較單獨添加ZDDP降低25%~30%，同時磨損量減少 30%~40%，且可降低ZDDP的添加量（減少磷元素排放，符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)）。

2. 與抗氧化劑的協(xié)同（酚類、胺類）

8-羥基喹啉自身具有一定的抗氧化能力，可與傳統(tǒng)抗氧化劑（如2,6-二叔丁基對甲酚、二苯胺）協(xié)同，通過捕獲自由基、抑制過氧化物分解，延長潤滑油的氧化誘導(dǎo)期。實驗表明，添加0.5% 8-羥基喹啉與0.3%二苯胺的復(fù)合體系，潤滑油的氧化誘導(dǎo)期較單獨添加二苯胺延長50%~60%，有效抑制油泥生成，維持長期減摩效果。

3. 與分散劑的協(xié)同（聚異丁烯丁二酰亞胺）

分散劑可提升8-羥基喹啉在基礎(chǔ)油中的分散穩(wěn)定性，避免其團(tuán)聚析出，同時分散潤滑油中的污染物與磨損顆粒，減少磨粒磨損。二者復(fù)配后，潤滑油的清凈性顯著提升，摩擦副表面沉積物減少60%~70%，進(jìn)一步強化減摩抗磨效果。

四、實際應(yīng)用效果與優(yōu)勢

1. 發(fā)動機臺架試驗驗證

在1.6L汽油發(fā)動機臺架試驗中，添加1.0% 8-羥基喹啉的潤滑油與基礎(chǔ)油相比：

冷啟動摩擦系數(shù)降低35%~40%，減少發(fā)動機啟停階段的磨損；

額定工況（2000r/min，50%負(fù)荷）下，摩擦系數(shù)從0.15降至0.09~0.10，發(fā)動機燃油消耗率降低3%~5%；

持續(xù)運行1000小時后，活塞環(huán)-缸套的磨損量減少45%~55%，潤滑油的酸值與粘度增長幅度降低30%~40%，表現(xiàn)出良好的長期穩(wěn)定性。

2. 核心應(yīng)用優(yōu)勢

減摩效果顯著：相較于傳統(tǒng)摩擦改進(jìn)劑（如 MoDTC、酯類），8-羥基喹啉在寬溫度范圍（-20~250℃）內(nèi)保持穩(wěn)定減摩性能，尤其在高溫高負(fù)荷工況下優(yōu)勢明顯；

多功能集成：兼具減摩、抗磨、抗氧化、金屬鈍化等多重功能，可簡化潤滑油配方，降低添加劑總劑量；

環(huán)境友好：不含硫、磷等有害元素（或含量極低），符合國六、歐VI等排放標(biāo)準(zhǔn)，減少尾氣后處理系統(tǒng)的堵塞風(fēng)險；

兼容性良好：與現(xiàn)有發(fā)動機潤滑油添加劑體系兼容性強，無需大幅調(diào)整配方即可應(yīng)用。

五、挑戰(zhàn)與發(fā)展方向

1. 現(xiàn)存挑戰(zhàn)

溶解度限制：在礦物油中的溶解度較低，高濃度添加時易析出，影響潤滑油的流動性與穩(wěn)定性；

成本較高：8-羥基喹啉的合成工藝復(fù)雜，成本高于傳統(tǒng)摩擦改進(jìn)劑，限制了其大規(guī)模應(yīng)用；

材質(zhì)適配性：對鋁基、鍍鉻等特殊材質(zhì)摩擦副的減摩效果有待進(jìn)一步提升。

2. 發(fā)展方向

分子改性：通過在8-羥基喹啉分子中引入長鏈烷基、酯基等基團(tuán)，提升其在礦物油中的溶解度與分散性；

復(fù)合改性：與納米粒子（如MoS₂、石墨烯）復(fù)合，構(gòu)建“有機膜-無機顆粒”復(fù)合潤滑體系，進(jìn)一步提升減摩抗磨性能；

低成本合成：優(yōu)化合成工藝，采用生物基原料或催化劑，降低生產(chǎn)成本；

針對性配方開發(fā)：針對不同類型發(fā)動機（汽油、柴油、混動）的工況特點，開發(fā)定制化復(fù)合添加劑體系，最大化應(yīng)用效果。

8-羥基喹啉作為摩擦改進(jìn)劑，通過化學(xué)吸附膜與螯合保護(hù)膜的雙重作用，顯著降低發(fā)動機潤滑油的摩擦系數(shù)，抑制摩擦副磨損，同時兼具抗氧化與金屬鈍化功能，為發(fā)動機潤滑提供了高效、多功能的解決方案。其減摩效果受添加濃度、基礎(chǔ)油類型、工況條件等因素調(diào)控，與極壓劑、抗氧化劑等添加劑協(xié)同后可進(jìn)一步提升綜合性能。

在實際應(yīng)用中，8-羥基喹啉可有效降低發(fā)動機燃油消耗與磨損，符合節(jié)能環(huán)保的發(fā)展趨勢。盡管目前存在溶解度、成本等挑戰(zhàn)，但通過分子改性、復(fù)合改性與工藝優(yōu)化，其在發(fā)動機潤滑油中的應(yīng)用前景廣闊，有望成為下一代高性能摩擦改進(jìn)劑的核心選擇。

本文來源于黃驊市信諾立興精細(xì)化工股份有限公司官網(wǎng) http://www.autoadvert.cn/