從不銹鋼說起

王暉

你可能覺得難以置信，不銹鋼是科學家在偶然間發現的。

20世紀初，英國科學家亨利·布雷爾利接受委托，研究武器的改進工作。那時，士兵用的步槍槍膛極易磨損，布雷爾利想發明一種不易磨損的合金鋼。為此，他每天都在實驗室里研究各種合金鋼的性能。他雖然經歷了許多次失敗，但并沒有因此而氣餒，仍一如既往、堅持不懈地進行著研究工作。

一天，布雷爾利用一種含大量鉻的合金鋼做實驗，經耐磨實驗后，他發現這種合金鋼并不適合制造槍支。于是，他記錄下實驗結果，把這種合金鋼扔了。一天，實驗人員清理廢棄試驗品，在搬運時發現在一堆銹跡斑斑的鋼材中，有一塊鋼材閃閃發亮。布雷爾利對其產生了濃厚的興趣，決定好好研究一下這塊鋼材有什么特殊之處。

布雷爾利通過查閱實驗記錄發現，原來這是一塊含鉻的合金鋼，不怕酸、堿、鹽。這一無意的發現，使布雷爾利非常開心，他決定研究不生銹的合金鋼。為了找出鉻在合金鋼中的最佳含量，布雷爾利把金屬鉻與碳素鋼按不同的比例熔合，制成含鉻量不等的合金鋼樣品，再把這些合金鋼樣品分別放到氧化性和腐蝕性很強的硝酸溶液里加熱。很多次試驗后，他發現一個重要的規律：鉻的含量大于13%的合金鋼抗腐蝕性較好。試驗結果表明，這類鉻鋼樣品20克，在稀硝酸里煮一天，也只溶解0.2克左右。就這樣，不銹鋼誕生了。后來，布雷爾利被譽為“不銹鋼之父”。

當布雷爾利還是孩子的時候，他幫母親做過很多家務，深知清洗、干燥刀叉和勺子是一件非常辛苦的事。自16世紀起，他的家鄉謝菲爾德成為餐具工業的中心。布雷爾利心里盤算道：“這種不耐磨卻耐腐蝕的鋼材，不能制槍支，是否可以做餐具呢？”當時的餐具主要由碳鋼或標準銀制造。前者會生銹，使用起來不方便；后者很昂貴，而且還會變黯淡。

布雷爾利說干就干，動手制作了樣品，并將樣品遞交給餐具商，沒想到卻吃了閉門羹。后來，他解釋道：“鋼鐵生銹已經被大家所接受，就像重力一樣，沒有人疑問……（人們）都知道它會生銹。”但他仍不放棄，又嘗試了很多家餐具商，最終讓不銹鋼餐具普及開來。

同學們，為什么含鉻的合金不生銹呢？眾所周知，金屬在空氣中很容易與空氣中的氧氣、水蒸氣等物質發生化學反應，使其表面形成一層薄膜。如果這層薄膜是像鐵銹一樣疏松多孔的，就不能有效阻止金屬繼續與氧氣、水蒸氣等發生化學反應，金屬會繼續生銹。如果這層薄膜是致密的，它就能有效保護金屬不再繼續被腐蝕。當不銹鋼暴露在空氣中時，它所含的鉻會被氧化，生成一層致密的三氧化二鉻鈍化膜，從而使不銹鋼與空氣中的氧氣、水蒸氣等物質隔離開來，不易生銹。

我們看到的不銹鋼絕大多數是鉻不銹鋼（一般含鉻13%以上）和鎳鉻不銹鋼（一般含鎳8%、鉻18%）。由于鎳在不銹鋼中能提高其韌性，所以鎳鉻不銹鋼的耐腐蝕性和機械加工性更加優良。

20世紀30年代，德國科學家發明了經濟實用的鍍鉻防銹技術，使不銹鋼的應用更加廣闊。今天，不銹鋼與鍍鉻防銹技術已被廣泛應用于日常生活、化工設備、醫療器械、船舶制造等行業。