解法
1913年,谢菲尔德的冶金学家哈里·布里尔利试图改进枪管用钢。枪管在高温高压下会被侵蚀和腐蚀。他用不同铬含量的钢合金做实验,一根接一根地测试,想找到能经受住考验的材料。
工作了几个月后,他做的所有枪管都腐蚀了——除了那根含约14%铬的。这根没有生锈。他发现的正是不锈钢。铬与氧结合,在表面生成一层薄而坚硬的氧化层,阻隔了氧气接触铁,所以钢不再生锈。
这就是不锈钢强度高、耐腐蚀的原因——不是因为涂了漆或涂层,而是因为保护是金属本身的一部分。铬的氧化层具有自修复性,即使表面被刮伤,它也能重新形成。铬相对于铁更负的电势促使它形成这层钝化膜。
这个发现纯属意外,合金并非布里尔利的初衷,但它解决的问题远不止枪管。不锈钢后来被用于厨房水槽、刀具、手术器械、工业设备和建筑结构。最常见的18:8不锈钢含18%铬和8%镍。
What it achieved
铬的氧化物使钢钝化
为什么有效
普通钢生锈是因为氧气接触铁,生成红色的氧化铁。
铬的氧化物(Cr2O3)形成坚硬表面层,阻止氧气接触铁。
铬的电势比铁更负,使其成为钝化层而非牺牲层。
这层氧化物在刮伤后会自修复,因此保护是金属本身的属性,而非外加的。
可以借鉴什么
与其用易磨损的涂层保护脆弱的材料,不如把保护融入材料本身,使其不断自我再生。
后续
布里尔利于1913年制出不锈钢,其耐腐蚀性能被理解后迅速推广应用。最常见的18:8级别含18%铬和8%镍,用于水槽、刀具和医疗器械;更耐腐蚀的级别添加钼,用于建筑结构。它被采纳不是因为更硬或更强,而是因为自修复氧化层让它能在普通钢无法存活的环境中持久。发明优先权有争议,但布里尔利的名字与这一实用突破联系在一起。
从这里,追溯依据
参考来源
- Case Study: How Chromium Protects Steel mse.engin.umich.edu
- Stainless steel en.wikipedia.org