
不锈钢是我们日常生活中常见的材料,它具有出色的耐腐蚀性,能在弱腐蚀介质如空气、水和蒸汽中不生锈,同时在强腐蚀介质如酸、碱和盐溶液中也有良好的抵抗能力。主要成分是铁,与其他钢类一样,但它具有独特的特性。
不锈钢的历史可以追溯到第一次世界大战中,当时英国科学家亨利布里尔利受委托研发一种高强度、耐磨损的。在他的实验中,他尝试向钢中添加一定量的铬以提高其性能,但结果并未达到预期效果。他意外发现加入铬的钢在丢弃废铁堆中后并未生锈,与其他铁制品形成鲜明对比。经过进一步的实验和研究,布里尔利发现添加了约12%铬元素的钢在酸、碱等环境中表现稳定,于是申请了专利并开始大规模生产,从此诞生了不锈钢。
亨利布里尔利的发现引出了一个问题:为什么含有和钢同样主要元素铁的不锈钢不会生锈?我们知道,铁容易被空气中的氧气氧化,形成暗红色的铁锈。但不锈钢的特性在于其与空气接触时,表面会形成一层致密的氧化膜,主要由铬的氧化物组成。这层薄膜有效地隔绝了内部铁与空气接触,从而防止了进一步的氧化和腐蚀。这层薄膜即使在受损后也能迅速修复,保证了不锈钢的长久使用。
进一步来说,添加的铬元素提高了铁的电位,使其更不容易被氧气氧化。铬的活动性比铁强,当两种金属接触时,活动性更强的铬会保护铁不被氧化,自身则加速氧化形成保护性的氧化薄膜。这就是不锈钢“不锈”的科学原因。
但值得注意的是,不锈钢并非在所有情况下都能保持其耐腐蚀的特性。特定条件下,表面的薄膜可能会受到腐蚀,出内部结构,导致生锈。内部结构的变化也会影响不锈钢的性能和耐久性。尽管不锈钢具有出色的耐腐蚀性,但仍需要适当的养护。
铝合金是一种例外,尽管它容易与氧气发生反应,但由于其表面形成的致密氧化物结构——氧化铝,它能有效隔离内部铝与空气的接触,从而保持其稳定性。这与不锈钢的防护机制有相似之处。不锈钢的耐腐蚀性源于其独特的成分和结构,但在使用过程中仍需要注意保养。
