
生鏽是對我們周圍的鐵的持續威脅,這很容易在空氣和水中氧化。即使是鋼(具有碳痕跡)的硬鐵 - 硬質 - 很容易生鏽,這意味著氧化會損害建築物,汽車和電器中的鋼鐵。
但是,顧名思義,不銹鋼似乎沒有生鏽。那是什麼秘密?
簡而言之,不銹鋼的化學性質可防止空氣和環境中的氧氣進入鋼中的鐵,從而防止了有害的氧化反應。
當鐵與氧反應形成氧化鐵時,常規鋼生鏽。儘管生鏽通常對人類並不有害,但它會巨大的腐蝕鐵,使其不安全和醜陋。
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常規鋼是99%鐵的合金,約為0.2%至1%的碳,而不銹鋼通常含有62%至75%的鐵,高達1%的碳,超過10.5%的鉻。不銹鋼通常還包含幾個鎳的百分之幾,這可以使其更加艱難,更易於使用。
鉻是不銹鋼防銹性的關鍵,材料科學家蒂姆·柯林斯與世界鋼鐵協會行業集團聯盟的一家基於比利時的非營利組織WorldStainless秘書長告訴Live Science。
鉻在環境中與氧氣反應 - 通常在空氣中,也是水下 - 在金屬表面上產生氧化鉻(CR2O3)的“被動層”。柯林斯解釋說,這層可防止氧氣在鋼中伸入鐵生產。
他說,不銹鋼上的被動層只有幾納米厚,因此看不見。氧化鉻的層也可以自我損壞。它是惰性的,這意味著它不會與其他物質進行化學反應。柯林斯補充說,它不會滲出金屬的表面,這使得不銹鋼適合食品生產,手術和其他應用。
意外發現
現代不銹鋼是由英國冶金學家哈里·布雷利(Harry Brearley)於1912年開發的,他正在研究鋼合金以防止槍桶中的腐蝕。
Brearley用鐵,碳,鉻和鎳製成了合金。柯林斯說,但這不適合槍桶,所以他把它扔在後院。幾週後,布雷利注意到院子裡的閃亮合金沒有生鏽 - 因此他開發了材料,並於1915年將其介紹給了世界。
柯林斯說,防鏽的不銹鋼現在約佔全球使用的鋼的4% - 近20億噸。
但是,不銹鋼是複雜且製造昂貴的 - 通常是普通鋼的生產成本的三到五倍 - 在合金中包含特殊的金屬元素(例如用於水下應用的鉬)可以使其更昂貴。
結果,大多數需要鋼的應用都使用常規或碳鋼,無論是在不生鏽的條件下還是由油漆外層保護或其他塗層保護的情況。
Collins說,現在不銹鋼用於使用更多的應用,包括在食品生產和食品安全方面。
約翰·霍普金斯大學食品科學家坎莎·謝爾克(Kantha Shelke)告訴Live Science,不銹鋼在替代方案中具有許多優勢:與鋁和銅不同,它可以抵抗食物酸和清潔化學物質的腐蝕 - 並且不會污染或污染任何觸及的食物。
她在一封電子郵件中寫道,不銹鋼也耐用,比鋁更堅固,衛生性,具有非孔的表面,可以輕鬆清潔和消毒。