8-羥基喹啉作為摩擦改進劑對發動機潤滑油減摩性能的影響

8-羥基喹啉（8-HQ）作為一種含氮雜環有機化合物，憑借其獨特的分子結構（苯環與喹啉環共軛，羥基與氮原子形成螯合位點），在發動機潤滑油中展現出優異的摩擦改進潛力。其通過在摩擦副表面形成化學吸附膜與螯合保護膜，顯著降低摩擦系數、抑制磨損，同時兼具一定的抗氧化與金屬鈍化功能，為發動機在啟停、高溫高負荷等嚴苛工況下的潤滑防護提供了新路徑。以下從作用機制、影響規律、協同效應及應用前景展開系統解析：

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”三重效應，形成兼具潤滑與防護功能的復合膜：

1. 化學吸附膜構建：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，將干摩擦轉化為吸附膜內部的低剪切力滑動，從而降低摩擦系數。

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

2. 螯合保護膜形成：強化表面硬度與耐磨性

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

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；另一方面，其化學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℃），螯合膜仍能保持結構穩定，避免因熱分解導致的防護失效。

3. 摩擦表面修復：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”實現對磨損表面的輕微修復：當摩擦副表面出現微小磨損時，其分子及其分解產物（如喹啉酮、酚類化合物）可在磨損區域優先吸附與沉積，形成補充膜層，緩解局部磨損加劇。

同時，其分子中的共軛結構可捕獲發動機潤滑油氧化產生的自由基（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致的摩擦系數上升，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鍵因素

8-羥基喹啉在發動機潤滑油中的減摩效果受其添加濃度、潤滑油基礎油類型、工況條件及金屬表面狀態等多重因素調控，需精準匹配以實現良好的性能：

1. 添加濃度的優化區間

8-羥基喹啉的減摩效果與添加濃度呈“先升后穩”的變化規律：當濃度低于 0.5%（質量分數）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，摩擦系數顯著下降（較基礎油降低30%~50%），且磨損量減少40%~60%；當濃度超過2.0%時，過量的8-羥基喹啉分子易在摩擦副表面團聚，導致膜層剪切阻力增大，摩擦系數反而略有上升，同時可能增加潤滑油的粘度與沉淀風險。因此，發動機潤滑油中它的適宜添加濃度通常為0.8%~1.5%。

2. 基礎油類型的適配性

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

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可與8-羥基喹啉形成氫鍵，提升其溶解度（25℃時可達2.5%~3.0%），且合成油的高溫穩定性可與其螯合作用協同，在高溫高負荷工況下（如發動機活塞環-缸套摩擦）表現出更優的減摩效果。

3. 工況條件的影響規律

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

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，摩擦系數穩定在0.08~0.12；當載荷超過1000N時，膜層可能發生局部破裂，摩擦系數上升，但通過與極壓劑（如ZDDP、硫化異丁烯）協同，可顯著提升承載能力，避免嚴重磨損；

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

4. 金屬表面狀態的適配性

8-羥基喹啉對不同材質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⁺形成穩定螯合物，減摩效果顯著（摩擦系數降低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，提升膜層結合力，確保減摩效果；

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

三、與其他添加劑的協同效應

在發動機潤滑油中，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. 與極壓劑的協同（ZDDP、硫化異丁烯）

極壓劑在高負荷下可分解產生硫化物、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荷下發揮減摩作用，二者形成“中低負荷減摩+高負荷抗磨”的協同體系，例如，它與ZDDP按1:1~2:1比例復配時，摩擦系數較單獨添加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，符合環保標準）。

2. 與抗氧化劑的協同（酚類、胺類）

8-羥基喹啉自身具有一定的抗氧化能力，可與傳統抗氧化劑（如2,6-二叔丁基對甲酚、二苯胺）協同，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期。實驗表明，添加0.5% 8-羥基喹啉與0.3%二苯胺的復合體系，潤滑油的氧化誘導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. 與分散劑的協同（聚異丁烯丁二酰亞胺）

分散劑可提升8-羥基喹啉在基礎油中的分散穩定性，避免其團聚析出，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%，進一步強化減摩抗磨效果。

四、實際應用效果與優勢

1. 發動機臺架試驗驗證

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

冷啟動摩擦系數降低35%~40%，減少發動機啟停階段的磨損；

額定工況（2000r/min，50%負荷）下，摩擦系數從0.15降至0.09~0.10，發動機燃油消耗率降低3%~5%；

持續運行1000小時后，活塞環-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%，表現出良好的長期穩定性。

2. 核心應用優勢

減摩效果顯著：相較于傳統摩擦改進劑（如 MoDTC、酯類），8-羥基喹啉在寬溫度范圍（-20~250℃）內保持穩定減摩性能，尤其在高溫高負荷工況下優勢明顯；

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等排放標準，減少尾氣后處理系統的堵塞風險；

兼容性良好：與現有發動機潤滑油添加劑體系兼容性強，無需大幅調整配方即可應用。

五、挑戰與發展方向

1. 現存挑戰

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定性；

成本較高：8-羥基喹啉的合成工藝復雜，成本高于傳統摩擦改進劑，限制了其大規模應用；

材質適配性：對鋁基、鍍鉻等特殊材質摩擦副的減摩效果有待進一步提升。

2. 發展方向

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，提升其在礦物油中的溶解度與分散性；

復合改性：與納米粒子（如MoS₂、石墨烯）復合，構建“有機膜-無機顆粒”復合潤滑體系，進一步提升減摩抗磨性能；

低成本合成：優化合成工藝，采用生物基原料或催化劑，降低生產成本；

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

8-羥基喹啉作為摩擦改進劑，通過化學吸附膜與螯合保護膜的雙重作用，顯著降低發動機潤滑油的摩擦系數，抑制摩擦副磨損，同時兼具抗氧化與金屬鈍化功能，為發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、基礎油類型、工況條件等因素調控，與極壓劑、抗氧化劑等添加劑協同后可進一步提升綜合性能。

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

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