歐陽平，陳嚴華，張賢明，陳凌，孫立敏

(1.重慶工商大學 廢油資源化技術與裝備教育部工程研究中心，重慶 400067;2.解放軍65435 部隊保障處，黑龍江 哈爾濱 150000)

潤滑油是機械運轉(zhuǎn)的血液，潤滑添加劑則是現(xiàn)代高級潤滑油的精髓，是提高潤滑油性能的關鍵［1］。六元含氮雜環(huán)添加劑是其中一類重要的潤滑添加劑，多由六元含氮雜環(huán)官能團和極壓抗磨活性元素結(jié)合在同一個分子上構(gòu)成，因具有無灰、熱穩(wěn)定性好、致密化學結(jié)構(gòu)，其較高的電子云密度、原子半徑小、吸附于金屬表面的分子間易形成氫鍵，使橫向引力增強和油膜強度提高，并能有效抑制分子中S、P 活性元素的過度腐蝕等特點［2-3］，同時分子結(jié)構(gòu)中極壓抗磨活性元素的存在，所以其具有優(yōu)良的摩擦學性能而在潤滑油中廣泛應用，也是現(xiàn)代潤滑添加劑研究的熱點。

本文評述了近年來三嗪類、喹唑啉類、磷嗪類等六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑的摩擦學性能研究，總結(jié)了存在的問題，并展望了未來的研究方向。

1 三嗪類

三嗪環(huán)中因具有致密的雜環(huán)結(jié)構(gòu)和較高的電子云密度，且含有多個帶孤對電子的N 原子易與金屬表面的正電荷點作用，形成穩(wěn)定的絡合吸附膜，從而表現(xiàn)出優(yōu)良的摩擦學性能。結(jié)構(gòu)簡式見表1。

表1 三嗪類潤滑添加劑Table 1 Triazine lubricating additives

其摩擦學機理為［4-10］:含氮三嗪雜環(huán)、氨基和酯基等極性基團在摩擦副表面發(fā)生物理化學吸附形成吸附膜，之后在長時間和高負荷作用下吸附膜破裂，活性元素S 等與磨斑表面反應形成了復雜的混合邊界潤滑膜，從而有效地提高了其摩擦學性能，但邊界復合膜的組成存在分歧。李芬芳等［5］認為主要為S、N 復合邊界潤滑膜;Zeng X Q 等［4］、Yi H L 等［8］、Peng L L 等［9］主要為FeS、FeSO4和有機氮化合物組成的復合膜，熊麗萍等［6］認為除此之外還有FePO4;Peng L L 等［9］發(fā)現(xiàn)還有Fe2O3，Yang G B 等［7］發(fā)現(xiàn)除此之外還有含氮三嗪雜環(huán)、有機胺等組成的復合膜;Peng L L 等［10］認為邊界潤滑膜中S 主要以FeS存在，沒有提出其它物質(zhì);而Sheng L P 等［11］發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定的邊界潤滑膜能控制S、P 造成的腐蝕磨損。所以，S/P 的存在對摩擦學性能有顯著性影響，適中的S 含量有助于使得反應膜的生成和磨去達到最佳平衡。

2 喹唑啉類

喹唑啉類潤滑添加劑中兩個處于間位的N 原子和兩個極性羰基的存在，使得其更易與金屬表面相結(jié)合，形成更穩(wěn)定的正離子過渡態(tài)，生成更致密的表面膜，從而具有優(yōu)良的摩擦學性能。結(jié)構(gòu)簡式見表2。

表2 喹唑啉類潤滑添加劑Table 2 Quinazoline lubricating additives

其摩擦學機理為［12-16］:首先，喹唑啉酮環(huán)具有孤對電子的N 原子能緊密地吸附在金屬表面和分子中的長鏈烴基與基礎油分子相吸附形成致密吸附膜，加之它的強配位能力在摩擦條件下與金屬表面形成一層配位復合的聚合物保護膜，起到保護金屬的作用，其次喹唑啉酮類潤滑添加劑能夠在摩擦化學反應中生成由氧化亞鐵、有機氮化物和含氮金屬配合物等組成的混合邊界潤滑膜，從而提高其摩擦學性能。值得指出的是，無灰、無硫磷的喹唑啉類是一類環(huán)保型潤滑添加劑，但對其相關的研究卻并不多見。

3 磷嗪類

含芳氧基的磷嗪及其氟代衍生物潤滑添加劑因具有高的熱穩(wěn)定性被廣泛用作高溫潤滑添加劑［17-18］;并且由于磷嗪環(huán)、芳氧基尤其是氟代芳氧基和含氟烷氧基的存在，因而具有優(yōu)良的摩擦學性能。結(jié)構(gòu)簡式見表3。性能的關鍵。

表3 磷嗪類潤滑添加劑Table 3 Phosphazene lubricating additives

4 其它類

除上述幾種研究較多的六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑之外，還有哌嗪類、嗎啉類和六氫吡啶類等六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑。結(jié)構(gòu)簡式見表4。

表4 其它類六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑Table 4 Other hexahydroxy nitrogen-containing heterocyclic lubricating additives

其摩擦學機理為［19-24］:磷嗪類潤滑添加劑在摩擦副表面發(fā)生復雜的摩擦化學反應生成的邊界潤滑膜提高其抗磨減摩性能，但對邊界潤滑膜的成分同樣存在分歧。盧啟明等［19］認為邊界潤滑膜主要為Fe3(PO4)2和FeF2等物質(zhì)組成，并且作為高溫潤滑添加劑氟含量對其摩擦學特性具有重要影響;王芳等［20］、朱佳媚等［22］、Liu W M 等［25］認為邊界膜由一層含O、C、F、N、P 的保護膜以及金屬氟化物組成，朱佳媚等［21］認為除此之外還有FePO4等物質(zhì)存在。但Chao S H 等［26］發(fā)現(xiàn)FeF2是決定保護膜潤滑

含對位的2 個N 原子的六元雜環(huán)哌嗪類、O 原子取代哌嗪環(huán)上的一個N 原子的嗎啉類以及同周期不同族C 原子取代哌嗪環(huán)的一個N 原子的六氫吡啶類都具有良好的摩擦學性能，并且它們的作用機理相似:六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑在摩擦過程中發(fā)生摩擦化學反應生成化學反應膜起到保護作用;由于六元含氮雜環(huán)的種類不同，所以邊界潤滑膜的主要成分不同。張志剛等［28］合成的哌嗪衍生物在摩擦過程中生成的是富碳和硫的表面膜;水琳等［29］合成的嗎啉衍生物發(fā)生摩擦化學反應生成的是由有機含氮化合物、氧化鐵和其它含氮有機化合物組成的邊界潤滑膜，但嗎啉環(huán)在摩擦化學反應中是否分解需要進一步研究;王勵申等［30］、楊攀龍等［31］合成的六氫吡啶類在發(fā)生摩擦化學反應生成的是由硫化鐵、鐵的有機化合物或其它含硫的無機化合物組成的表面膜提高其極壓性能，但沒有深入研究其抗磨減摩性能。

5 結(jié)論

綜上所述，六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑具有優(yōu)良的摩擦學性能，但是隨著現(xiàn)代機械設備性能的不斷提高和環(huán)保法規(guī)要求的日益苛刻，都對潤滑提出了更加嚴格的要求。因此結(jié)合目前研究現(xiàn)狀，對其未來發(fā)展進行如下展望:

(1)加強新型六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑的研究，尤其需要加強新型六元含氮雜環(huán)母體的研究。傳統(tǒng)六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑如三嗪類、磷嗪類等已經(jīng)研究較多，而一些新興的六元含氮雜環(huán)母體卻研究較少，如喹唑啉類、嗎啉類等。

(2)加強環(huán)境友好型六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑研究。盡管含S、含P 和含S/P 的六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑都具有優(yōu)良的摩擦學性能，但隨著環(huán)保法規(guī)及排放標準對潤滑油中S、P 等日益苛刻的限制，大力開展符合環(huán)保要求的新型無S/P 六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑研究是大勢所趨。

(3)加強六元含氮雜環(huán)潤滑添加劑摩擦學性能的基礎與應用研究，重點是摩擦學機理研究。如邊界潤滑保護膜中的化合物組成與摩擦工況的關系、復配性能研究如實際應用中與其它潤滑添加劑復配使用的摩擦學機理以及其它潤滑添加劑存在時對摩擦學機理的影響。

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