
生锈是对我们周围的铁的持续威胁,这很容易在空气和水中氧化。即使是钢(具有碳痕迹)的硬铁 - 硬质 - 很容易生锈,这意味着氧化会损害建筑物,汽车和电器中的钢铁。
但是,顾名思义,不锈钢似乎没有生锈。那是什么秘密?
简而言之,不锈钢的化学性质可防止空气和环境中的氧气进入钢中的铁,从而防止了有害的氧化反应。
当铁与氧反应形成氧化铁时,常规钢生锈。尽管生锈通常对人类并不有害,但它会巨大的腐蚀铁,使其不安全和丑陋。
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常规钢是99%铁的合金,约为0.2%至1%的碳,而不锈钢通常含有62%至75%的铁,高达1%的碳,超过10.5%的铬。不锈钢通常还包含几个镍的百分之几,这可以使其更加艰难,更易于使用。
铬是不锈钢防锈性的关键,材料科学家蒂姆·柯林斯与世界钢铁协会行业集团联盟的一家基于比利时的非营利组织WorldStainless秘书长告诉Live Science。
铬在环境中与氧气反应 - 通常在空气中,也是水下 - 在金属表面上产生氧化铬(CR2O3)的“被动层”。柯林斯解释说,这层可防止氧气在钢中伸入铁生产。
他说,不锈钢上的被动层只有几纳米厚,因此看不见。氧化铬的层也可以自我损坏。它是惰性的,这意味着它不会与其他物质进行化学反应。柯林斯补充说,它不会渗出金属的表面,这使得不锈钢适合食品生产,手术和其他应用。
意外发现
现代不锈钢是由英国冶金学家哈里·布雷利(Harry Brearley)于1912年开发的,他正在研究钢合金以防止枪桶中的腐蚀。
Brearley用铁,碳,铬和镍制成了合金。柯林斯说,但这不适合枪桶,所以他把它扔在后院。几周后,布雷利注意到院子里的闪亮合金没有生锈 - 因此他开发了材料,并于1915年将其介绍给了世界。
柯林斯说,防锈的不锈钢现在约占全球使用的钢的4% - 近20亿吨。
但是,不锈钢是复杂且制造昂贵的 - 通常是普通钢的生产成本的三到五倍 - 在合金中包含特殊的金属元素(例如用于水下应用的钼)可以使其更昂贵。
结果,大多数需要钢的应用都使用常规或碳钢,无论是在不生锈的条件下还是由油漆外层保护或其他涂层保护的情况。
Collins说,现在不锈钢用于使用更多的应用,包括在食品生产和食品安全方面。
约翰·霍普金斯大学食品科学家坎莎·谢尔克(Kantha Shelke)告诉Live Science,不锈钢在替代方案中具有许多优势:与铝和铜不同,它可以抵抗食物酸和清洁化学物质的腐蚀 - 并且不会污染或污染任何触及的食物。
她在一封电子邮件中写道,不锈钢也耐用,比铝更坚固,卫生性,具有非孔的表面,可以轻松清洁和消毒。