8-羟基喹啉作为摩擦改进剂对发动机润滑油减摩性能的影响

8-羟基喹啉（8-HQ）作为一种含氮杂环有机化合物，凭借其独特的分子结构（苯环与喹啉环共轭，羟基与氮原子形成螯合位点），在发动机润滑油中展现出优异的摩擦改进潜力。其通过在摩擦副表面形成化学吸附膜与螯合保护膜，显著降低摩擦系数、抑制磨损，同时兼具一定的抗氧化与金属钝化功能，为发动机在启停、高温高负荷等严苛工况下的润滑防护提供了新路径。以下从作用机制、影响规律、协同效应及应用前景展开系统解析：

一、减摩作用机制

8-羟基喹啉的减摩性能源于其分子与摩擦副表面的多重相互作用，核心机制可概括为“吸附-螯合-修复”三重效应，形成兼具润滑与防护功能的复合膜：

1. 化学吸附膜构建：物理隔离与摩擦缓冲

8-羟基喹啉分子中的羟基（-OH）与氮原子具有强极性，可通过氢键、范德华力及化学吸附作用（羟基与金属表面氧化膜形成M-O键，氮原子与金属表面空轨道形成配位键），在钢、铝等发动机摩擦副表面形成致密的单分子或多分子吸附膜。该吸附膜作为物理隔离层，可减少摩擦副间的直接接触，将干摩擦转化为吸附膜内部的低剪切力滑动，从而降低摩擦系数。

实验表明，8-羟基喹啉在钢铁表面的吸附能可达-40~-60kJ/mol，远高于物理吸附能（通常＜-20kJ/mol），确保吸附膜在发动机振动、高温等工况下不易脱附，维持稳定的减摩效果。同时，吸附膜的厚度可通过浓度调控（通常为1~5nm），既能保障润滑间隙，又避免因膜厚过大导致的剪切阻力上升。

2. 螯合保护膜形成：强化表面硬度与耐磨性

8-羟基喹啉的喹啉环与羟基可与发动机摩擦副表面的金属离子（如 Fe²⁺、Al³⁺）形成稳定的螯合物（如 Fe (8-HQ)₂、Al (8-HQ)₃），该螯合物具有较高的硬度（约 3~5 GPa）与良好的化学稳定性，可在摩擦副表面形成一层耐磨保护膜。

一方面，螯合膜能填补摩擦副表面的微观凹坑与划痕，降低表面粗糙度（Ra可从0.2~0.3μm降至0.05~0.1μm），减少摩擦过程中的“微切削”效应；另一方面，其化学惰性可抑制金属表面的氧化腐蚀（如避免Fe³O₄、FeO等氧化膜的脱落与再生），减少腐蚀磨损。在高温工况下（150~250℃），螯合膜仍能保持结构稳定，避免因热分解导致的防护失效。

3. 摩擦表面修复：抑制磨损与延长使用寿命

8-羟基喹啉在摩擦过程中可通过“选择性沉积”实现对磨损表面的轻微修复：当摩擦副表面出现微小磨损时，其分子及其分解产物（如喹啉酮、酚类化合物）可在磨损区域优先吸附与沉积，形成补充膜层，缓解局部磨损加剧。

同时，其分子中的共轭结构可捕获发动机润滑油氧化产生的自由基（如・OH、・OOH），抑制润滑油的氧化劣化，减少油泥、积碳等沉积物的生成，避免因润滑油性能衰减导致的摩擦系数上升，间接延长润滑周期与摩擦副使用寿命。

二、影响8-羟基喹啉减摩效果的关键因素

8-羟基喹啉在发动机润滑油中的减摩效果受其添加浓度、润滑油基础油类型、工况条件及金属表面状态等多重因素调控，需精准匹配以实现良好的性能：

1. 添加浓度的优化区间

8-羟基喹啉的减摩效果与添加浓度呈“先升后稳”的变化规律：当浓度低于 0.5%（质量分数）时，摩擦副表面吸附膜与螯合膜覆盖不充分，减摩效果有限（摩擦系数仅降低 10%~15%）；浓度在0.5%~2.0%时，膜层覆盖度逐步提升至90%以上，摩擦系数显著下降（较基础油降低30%~50%），且磨损量减少40%~60%；当浓度超过2.0%时，过量的8-羟基喹啉分子易在摩擦副表面团聚，导致膜层剪切阻力增大，摩擦系数反而略有上升，同时可能增加润滑油的粘度与沉淀风险。因此，发动机润滑油中它的适宜添加浓度通常为0.8%~1.5%。

2. 基础油类型的适配性

不同类型基础油（矿物油、合成油）的理化性质直接影响8-羟基喹啉的溶解性与分散性，进而影响减摩效果：

矿物油（如150SN、500SN）：8-羟基喹啉的溶解度较低（25℃时约1.2%~1.8%），需搭配少量分散剂（如聚异丁烯丁二酰亚胺）提升分散稳定性，避免析出沉淀；

合成油（如PAO、酯类油）：酯类油中的极性基团可与8-羟基喹啉形成氢键，提升其溶解度（25℃时可达2.5%~3.0%），且合成油的高温稳定性可与其螯合作用协同，在高温高负荷工况下（如发动机活塞环-缸套摩擦）表现出更优的减摩效果。

3. 工况条件的影响规律

温度：在常温至 150℃范围内，随着温度升高，8-羟基喹啉分子的扩散速率加快，吸附与螯合反应更充分，减摩效果逐步提升；当温度超过250℃时，部分8-羟基喹啉分子发生热分解，膜层完整性受损，减摩效果略有下降，但仍优于未添加的基础油；

载荷：在低至中等载荷（50~500N）下，8-羟基喹啉的吸附膜与螯合膜可有效承载，摩擦系数稳定在0.08~0.12；当载荷超过1000N时，膜层可能发生局部破裂，摩擦系数上升，但通过与极压剂（如ZDDP、硫化异丁烯）协同，可显著提升承载能力，避免严重磨损；

滑动速度：在滑动速度0.1~1.0m/s范围内，减摩效果稳定；当速度超过1.5m/s时，摩擦热积累导致膜层脱附速率加快，需通过提高添加浓度（如1.5%~2.0%）或搭配粘度指数改进剂，维持膜层稳定性。

4. 金属表面状态的适配性

8-羟基喹啉对不同材质摩擦副的减摩效果存在差异：

钢铁摩擦副（如曲轴-轴承、齿轮）：表面易形成氧化膜（Fe₃O₄），8-羟基喹啉可与Fe³⁺形成稳定螯合物，减摩效果显著（摩擦系数降低40%~50%）；

铝基摩擦副（如活塞-缸套）：铝表面氧化膜（Al₂O₃）的活性较低，8-羟基喹啉的吸附与螯合作用较弱，需通过表面改性（如阳极氧化）或搭配有机酸类添加剂，提升膜层结合力，确保减摩效果；

镀铬/氮化表面：这类表面光滑且化学惰性强，8-羟基喹啉的吸附膜形成难度较大，减摩效果相对有限（摩擦系数降低20%~30%），需优化添加浓度与协同体系。

三、与其他添加剂的协同效应

在发动机润滑油中，8-羟基喹啉需与极压剂、抗氧化剂、分散剂等添加剂协同作用，才能兼顾减摩、抗磨、抗氧化等综合性能，避免单一添加剂的功能局限性：

1. 与极压剂的协同（ZDDP、硫化异丁烯）

极压剂在高负荷下可分解产生硫化物、磷化物等形成极压膜，而8-羟基喹啉的吸附膜与螯合膜可在中低负荷下发挥减摩作用，二者形成“中低负荷减摩+高负荷抗磨”的协同体系，例如，它与ZDDP按1:1~2:1比例复配时，摩擦系数较单独添加ZDDP降低25%~30%，同时磨损量减少 30%~40%，且可降低ZDDP的添加量（减少磷元素排放，符合环保标准）。

2. 与抗氧化剂的协同（酚类、胺类）

8-羟基喹啉自身具有一定的抗氧化能力，可与传统抗氧化剂（如2,6-二叔丁基对甲酚、二苯胺）协同，通过捕获自由基、抑制过氧化物分解，延长润滑油的氧化诱导期。实验表明，添加0.5% 8-羟基喹啉与0.3%二苯胺的复合体系，润滑油的氧化诱导期较单独添加二苯胺延长50%~60%，有效抑制油泥生成，维持长期减摩效果。

3. 与分散剂的协同（聚异丁烯丁二酰亚胺）

分散剂可提升8-羟基喹啉在基础油中的分散稳定性，避免其团聚析出，同时分散润滑油中的污染物与磨损颗粒，减少磨粒磨损。二者复配后，润滑油的清净性显著提升，摩擦副表面沉积物减少60%~70%，进一步强化减摩抗磨效果。

四、实际应用效果与优势

1. 发动机台架试验验证

在1.6L汽油发动机台架试验中，添加1.0% 8-羟基喹啉的润滑油与基础油相比：

冷启动摩擦系数降低35%~40%，减少发动机启停阶段的磨损；

额定工况（2000r/min，50%负荷）下，摩擦系数从0.15降至0.09~0.10，发动机燃油消耗率降低3%~5%；

持续运行1000小时后，活塞环-缸套的磨损量减少45%~55%，润滑油的酸值与粘度增长幅度降低30%~40%，表现出良好的长期稳定性。

2. 核心应用优势

减摩效果显著：相较于传统摩擦改进剂（如 MoDTC、酯类），8-羟基喹啉在宽温度范围（-20~250℃）内保持稳定减摩性能，尤其在高温高负荷工况下优势明显；

多功能集成：兼具减摩、抗磨、抗氧化、金属钝化等多重功能，可简化润滑油配方，降低添加剂总剂量；

环境友好：不含硫、磷等有害元素（或含量极低），符合国六、欧VI等排放标准，减少尾气后处理系统的堵塞风险；

兼容性良好：与现有发动机润滑油添加剂体系兼容性强，无需大幅调整配方即可应用。

五、挑战与发展方向

1. 现存挑战

溶解度限制：在矿物油中的溶解度较低，高浓度添加时易析出，影响润滑油的流动性与稳定性；

成本较高：8-羟基喹啉的合成工艺复杂，成本高于传统摩擦改进剂，限制了其大规模应用；

材质适配性：对铝基、镀铬等特殊材质摩擦副的减摩效果有待进一步提升。

2. 发展方向

分子改性：通过在8-羟基喹啉分子中引入长链烷基、酯基等基团，提升其在矿物油中的溶解度与分散性；

复合改性：与纳米粒子（如MoS₂、石墨烯）复合，构建“有机膜-无机颗粒”复合润滑体系，进一步提升减摩抗磨性能；

低成本合成：优化合成工艺，采用生物基原料或催化剂，降低生产成本；

针对性配方开发：针对不同类型发动机（汽油、柴油、混动）的工况特点，开发定制化复合添加剂体系，最大化应用效果。

8-羟基喹啉作为摩擦改进剂，通过化学吸附膜与螯合保护膜的双重作用，显著降低发动机润滑油的摩擦系数，抑制摩擦副磨损，同时兼具抗氧化与金属钝化功能，为发动机润滑提供了高效、多功能的解决方案。其减摩效果受添加浓度、基础油类型、工况条件等因素调控，与极压剂、抗氧化剂等添加剂协同后可进一步提升综合性能。

在实际应用中，8-羟基喹啉可有效降低发动机燃油消耗与磨损，符合节能环保的发展趋势。尽管目前存在溶解度、成本等挑战，但通过分子改性、复合改性与工艺优化，其在发动机润滑油中的应用前景广阔，有望成为下一代高性能摩擦改进剂的核心选择。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/