从不锈钢说起

王晖

你可能觉得难以置信，不锈钢是科学家在偶然间发现的。

20世纪初，英国科学家亨利·布雷尔利接受委托，研究武器的改进工作。那时，士兵用的步枪枪膛极易磨损，布雷尔利想发明一种不易磨损的合金钢。为此，他每天都在实验室里研究各种合金钢的性能。他虽然经历了许多次失败，但并没有因此而气馁，仍一如既往、坚持不懈地进行着研究工作。

一天，布雷尔利用一种含大量铬的合金钢做实验，经耐磨实验后，他发现这种合金钢并不适合制造枪支。于是，他记录下实验结果，把这种合金钢扔了。一天，实验人员清理废弃试验品，在搬运时发现在一堆锈迹斑斑的钢材中，有一块钢材闪闪发亮。布雷尔利对其产生了浓厚的兴趣，决定好好研究一下这块钢材有什么特殊之处。

布雷尔利通过查阅实验记录发现，原来这是一块含铬的合金钢，不怕酸、碱、盐。这一无意的发现，使布雷尔利非常开心，他决定研究不生锈的合金钢。为了找出铬在合金钢中的最佳含量，布雷尔利把金属铬与碳素钢按不同的比例熔合，制成含铬量不等的合金钢样品，再把这些合金钢样品分别放到氧化性和腐蚀性很强的硝酸溶液里加热。很多次试验后，他发现一个重要的规律：铬的含量大于13%的合金钢抗腐蚀性较好。试验结果表明，这类铬钢样品20克，在稀硝酸里煮一天，也只溶解0.2克左右。就这样，不锈钢诞生了。后来，布雷尔利被誉为“不锈钢之父”。

当布雷尔利还是孩子的时候，他帮母亲做过很多家务，深知清洗、干燥刀叉和勺子是一件非常辛苦的事。自16世纪起，他的家乡谢菲尔德成为餐具工业的中心。布雷尔利心里盘算道：“这种不耐磨却耐腐蚀的钢材，不能制枪支，是否可以做餐具呢？”当时的餐具主要由碳钢或标准银制造。前者会生锈，使用起来不方便；后者很昂贵，而且还会变黯淡。

布雷尔利说干就干，动手制作了样品，并将样品递交给餐具商，没想到却吃了闭门羹。后来，他解释道：“钢铁生锈已经被大家所接受，就像重力一样，没有人疑问……（人们）都知道它会生锈。”但他仍不放弃，又嘗试了很多家餐具商，最终让不锈钢餐具普及开来。

同学们，为什么含铬的合金不生锈呢？众所周知，金属在空气中很容易与空气中的氧气、水蒸气等物质发生化学反应，使其表面形成一层薄膜。如果这层薄膜是像铁锈一样疏松多孔的，就不能有效阻止金属继续与氧气、水蒸气等发生化学反应，金属会继续生锈。如果这层薄膜是致密的，它就能有效保护金属不再继续被腐蚀。当不锈钢暴露在空气中时，它所含的铬会被氧化，生成一层致密的三氧化二铬钝化膜，从而使不锈钢与空气中的氧气、水蒸气等物质隔离开来，不易生锈。

我们看到的不锈钢绝大多数是铬不锈钢（一般含铬13%以上）和镍铬不锈钢（一般含镍8%、铬18%）。由于镍在不锈钢中能提高其韧性，所以镍铬不锈钢的耐腐蚀性和机械加工性更加优良。

20世纪30年代，德国科学家发明了经济实用的镀铬防锈技术，使不锈钢的应用更加广阔。今天，不锈钢与镀铬防锈技术已被广泛应用于日常生活、化工设备、医疗器械、船舶制造等行业。