欧阳平，陈严华，张贤明，陈凌，孙立敏

(1.重庆工商大学 废油资源化技术与装备教育部工程研究中心，重庆 400067;2.解放军65435 部队保障处，黑龙江 哈尔滨 150000)

润滑油是机械运转的血液，润滑添加剂则是现代高级润滑油的精髓，是提高润滑油性能的关键［1］。六元含氮杂环添加剂是其中一类重要的润滑添加剂，多由六元含氮杂环官能团和极压抗磨活性元素结合在同一个分子上构成，因具有无灰、热稳定性好、致密化学结构，其较高的电子云密度、原子半径小、吸附于金属表面的分子间易形成氢键，使横向引力增强和油膜强度提高，并能有效抑制分子中S、P 活性元素的过度腐蚀等特点［2-3］，同时分子结构中极压抗磨活性元素的存在，所以其具有优良的摩擦学性能而在润滑油中广泛应用，也是现代润滑添加剂研究的热点。

本文评述了近年来三嗪类、喹唑啉类、磷嗪类等六元含氮杂环润滑添加剂的摩擦学性能研究，总结了存在的问题，并展望了未来的研究方向。

1 三嗪类

三嗪环中因具有致密的杂环结构和较高的电子云密度，且含有多个带孤对电子的N 原子易与金属表面的正电荷点作用，形成稳定的络合吸附膜，从而表现出优良的摩擦学性能。结构简式见表1。

表1 三嗪类润滑添加剂Table 1 Triazine lubricating additives

其摩擦学机理为［4-10］:含氮三嗪杂环、氨基和酯基等极性基团在摩擦副表面发生物理化学吸附形成吸附膜，之后在长时间和高负荷作用下吸附膜破裂，活性元素S 等与磨斑表面反应形成了复杂的混合边界润滑膜，从而有效地提高了其摩擦学性能，但边界复合膜的组成存在分歧。李芬芳等［5］认为主要为S、N 复合边界润滑膜;Zeng X Q 等［4］、Yi H L 等［8］、Peng L L 等［9］主要为FeS、FeSO4和有机氮化合物组成的复合膜，熊丽萍等［6］认为除此之外还有FePO4;Peng L L 等［9］发现还有Fe2O3，Yang G B 等［7］发现除此之外还有含氮三嗪杂环、有机胺等组成的复合膜;Peng L L 等［10］认为边界润滑膜中S 主要以FeS存在，没有提出其它物质;而Sheng L P 等［11］发现稳定的边界润滑膜能控制S、P 造成的腐蚀磨损。所以，S/P 的存在对摩擦学性能有显著性影响，适中的S 含量有助于使得反应膜的生成和磨去达到最佳平衡。

2 喹唑啉类

喹唑啉类润滑添加剂中两个处于间位的N 原子和两个极性羰基的存在，使得其更易与金属表面相结合，形成更稳定的正离子过渡态，生成更致密的表面膜，从而具有优良的摩擦学性能。结构简式见表2。

表2 喹唑啉类润滑添加剂Table 2 Quinazoline lubricating additives

其摩擦学机理为［12-16］:首先，喹唑啉酮环具有孤对电子的N 原子能紧密地吸附在金属表面和分子中的长链烃基与基础油分子相吸附形成致密吸附膜，加之它的强配位能力在摩擦条件下与金属表面形成一层配位复合的聚合物保护膜，起到保护金属的作用，其次喹唑啉酮类润滑添加剂能够在摩擦化学反应中生成由氧化亚铁、有机氮化物和含氮金属配合物等组成的混合边界润滑膜，从而提高其摩擦学性能。值得指出的是，无灰、无硫磷的喹唑啉类是一类环保型润滑添加剂，但对其相关的研究却并不多见。

3 磷嗪类

含芳氧基的磷嗪及其氟代衍生物润滑添加剂因具有高的热稳定性被广泛用作高温润滑添加剂［17-18］;并且由于磷嗪环、芳氧基尤其是氟代芳氧基和含氟烷氧基的存在，因而具有优良的摩擦学性能。结构简式见表3。性能的关键。

表3 磷嗪类润滑添加剂Table 3 Phosphazene lubricating additives

4 其它类

除上述几种研究较多的六元含氮杂环润滑添加剂之外，还有哌嗪类、吗啉类和六氢吡啶类等六元含氮杂环润滑添加剂。结构简式见表4。

表4 其它类六元含氮杂环润滑添加剂Table 4 Other hexahydroxy nitrogen-containing heterocyclic lubricating additives

其摩擦学机理为［19-24］:磷嗪类润滑添加剂在摩擦副表面发生复杂的摩擦化学反应生成的边界润滑膜提高其抗磨减摩性能，但对边界润滑膜的成分同样存在分歧。卢启明等［19］认为边界润滑膜主要为Fe3(PO4)2和FeF2等物质组成，并且作为高温润滑添加剂氟含量对其摩擦学特性具有重要影响;王芳等［20］、朱佳媚等［22］、Liu W M 等［25］认为边界膜由一层含O、C、F、N、P 的保护膜以及金属氟化物组成，朱佳媚等［21］认为除此之外还有FePO4等物质存在。但Chao S H 等［26］发现FeF2是决定保护膜润滑

含对位的2 个N 原子的六元杂环哌嗪类、O 原子取代哌嗪环上的一个N 原子的吗啉类以及同周期不同族C 原子取代哌嗪环的一个N 原子的六氢吡啶类都具有良好的摩擦学性能，并且它们的作用机理相似:六元含氮杂环润滑添加剂在摩擦过程中发生摩擦化学反应生成化学反应膜起到保护作用;由于六元含氮杂环的种类不同，所以边界润滑膜的主要成分不同。张志刚等［28］合成的哌嗪衍生物在摩擦过程中生成的是富碳和硫的表面膜;水琳等［29］合成的吗啉衍生物发生摩擦化学反应生成的是由有机含氮化合物、氧化铁和其它含氮有机化合物组成的边界润滑膜，但吗啉环在摩擦化学反应中是否分解需要进一步研究;王励申等［30］、杨攀龙等［31］合成的六氢吡啶类在发生摩擦化学反应生成的是由硫化铁、铁的有机化合物或其它含硫的无机化合物组成的表面膜提高其极压性能，但没有深入研究其抗磨减摩性能。

5 结论

综上所述，六元含氮杂环润滑添加剂具有优良的摩擦学性能，但是随着现代机械设备性能的不断提高和环保法规要求的日益苛刻，都对润滑提出了更加严格的要求。因此结合目前研究现状，对其未来发展进行如下展望:

(1)加强新型六元含氮杂环润滑添加剂的研究，尤其需要加强新型六元含氮杂环母体的研究。传统六元含氮杂环润滑添加剂如三嗪类、磷嗪类等已经研究较多，而一些新兴的六元含氮杂环母体却研究较少，如喹唑啉类、吗啉类等。

(2)加强环境友好型六元含氮杂环润滑添加剂研究。尽管含S、含P 和含S/P 的六元含氮杂环润滑添加剂都具有优良的摩擦学性能，但随着环保法规及排放标准对润滑油中S、P 等日益苛刻的限制，大力开展符合环保要求的新型无S/P 六元含氮杂环润滑添加剂研究是大势所趋。

(3)加强六元含氮杂环润滑添加剂摩擦学性能的基础与应用研究，重点是摩擦学机理研究。如边界润滑保护膜中的化合物组成与摩擦工况的关系、复配性能研究如实际应用中与其它润滑添加剂复配使用的摩擦学机理以及其它润滑添加剂存在时对摩擦学机理的影响。

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