不銹鋼是是我們生活中常見(jiàn)的一種材料，它是一種在空氣、水、蒸汽等弱腐蝕介質(zhì)中不生銹和在酸、堿、鹽溶液等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中耐腐蝕的鋼。不銹鋼也同樣是一種鋼，主要成分就是鐵。

不銹鋼的發(fā)現(xiàn)是在第一次世界大戰(zhàn)中，英國(guó)的一位科學(xué)家亨利?布里爾利受英國(guó)政府的委托研究一種強(qiáng)度高，耐磨損的槍管，于是他在實(shí)驗(yàn)中向鋼中加入一定量的鉻，但鋼的強(qiáng)度并沒(méi)有得到提高，實(shí)驗(yàn)以失敗告終，之后他將這根槍管丟棄在廢鐵堆中。過(guò)了很長(zhǎng)一段時(shí)間，布里爾利就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)奇怪的現(xiàn)象，廢鐵堆里的其它鐵都生銹了，唯有那根槍管一直亮麗如新，毫無(wú)變化，而這根槍管中，布里爾利只是添加了12%的鉻元素，之后它將這根槍管放入酸和堿中，發(fā)現(xiàn)依舊沒(méi)有什么變化，這個(gè)發(fā)現(xiàn)讓布里爾利非常興奮，于是申請(qǐng)了這種不銹的鋼的專利，并開始大量生產(chǎn)，從此，不銹鋼就這樣誕生了。

亨利?布里爾利

那么不銹鋼與鋼同樣的主要元素都是鐵，為什么不銹鋼就不會(huì)生銹呢？我們知道，鐵是非常容易被空氣中的氧氣氧化，生成一層暗紅色的鐵銹。并且鐵銹有一個(gè)非常特殊的性質(zhì)，就是鐵氧化之后生成的氧化鐵（鐵銹）體積會(huì)膨脹，生成的氧化鐵會(huì)因?yàn)榕蛎浂嗷D壓，形成蓬松的結(jié)構(gòu)，最終脫落下來(lái)，外表面的鐵被氧化脫落下來(lái)后，內(nèi)部的鐵原子又會(huì)接觸到外界環(huán)境，繼續(xù)與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成的氧化鐵又繼續(xù)脫落，從而使整個(gè)鐵慢慢被腐蝕掉。

但需要注意的一點(diǎn)是:并不是容易與氧氣發(fā)生反應(yīng)的金屬就容易腐蝕，這還與氧化后反應(yīng)得到的生成物的性質(zhì)有關(guān)系，例如鋁就是一種例外?；蛟S在大多數(shù)人的印象當(dāng)中，鋁是一種很穩(wěn)定的金屬，一般情況下不容易被氧化，能夠長(zhǎng)久的穩(wěn)定存在。其實(shí)這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的，恰恰相反，鋁是很容易就會(huì)被氧化，氧化速度比鐵還要快，但容易氧化≠容易被腐蝕。鋁之所以能夠穩(wěn)定存在是因?yàn)殇X與空氣接觸后很容易被氧化成氧化鋁，但這層氧化鋁的結(jié)構(gòu)非常致密，能夠?qū)?nèi)部的鋁包裹起來(lái)，因此內(nèi)部的鋁將不會(huì)繼續(xù)被空氣所氧化，這就形成了我們平時(shí)對(duì)于鋁的印象——鋁很穩(wěn)定，不會(huì)容易被氧化。

鋁表面氧化物結(jié)構(gòu)

氧化鋁的熔點(diǎn)較高，將內(nèi)部鋁包裹起來(lái)

不銹鋼其實(shí)就是一種特殊的鋼，鋼和鐵都主要是鐵元素構(gòu)成，只是含碳量不同，含碳量在2%以下的鐵碳合金是鋼,含碳量在2%以上的則稱之為生鐵。鋼與鐵的區(qū)別主要體現(xiàn)在物理性質(zhì)上，鐵硬度比較大，但比較脆，而鋼的韌性比較好，可以發(fā)生一定程度的形變。

而不銹鋼就是鋼中含有一定量的鉻元素，普通的不銹鋼中的含鉻量一般能夠達(dá)到12%~18%，除了鐵、鉻、碳這三種元素外，一般還會(huì)加入一定量的鎳、錳、銅、鈷等元素，用于提高不銹鋼的性能。

而鉻元素是使不銹鋼具有耐腐蝕性能的決定元素，可以非常有效的提高鐵的鈍化能力。鉻元素會(huì)在不銹鋼的表面形成一層以Cr2O3為基體的穩(wěn)定表面保護(hù)膜。大約有10um，即使這層膜被破壞了，也能夠很快被修復(fù)。因此可以顯著的提高鋼的耐腐蝕性。

右邊為不銹鋼表面形成的一層致密氧化膜

并且此層氧化膜為透明結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于原來(lái)不銹鋼的外觀毫無(wú)影響，于是，我們看見(jiàn)的不銹鋼在長(zhǎng)久的使用中基本上看不見(jiàn)變化。這就是不銹鋼之所以不銹的一個(gè)非常重要的原因。

氧化鉻晶體結(jié)構(gòu)

氧化鉻晶體

另一方面，加入的鉻元素會(huì)提高鐵的電位，導(dǎo)致鐵不容易被氧氣氧化。鉻的活動(dòng)性比鐵元素強(qiáng)，當(dāng)兩種活動(dòng)性不同的金屬相互接觸時(shí)，化學(xué)性質(zhì)更活潑的金屬會(huì)將活動(dòng)性更弱的金屬保護(hù)起來(lái)，形成一個(gè)類似原電池的結(jié)構(gòu)。于是鉻會(huì)將鐵元素保護(hù)起來(lái)，防止鐵被氧化，而鉻元素會(huì)被加速氧化形成一層氧化薄膜，將不銹鋼表面包裹，形成一個(gè)協(xié)同作用。

以上就是關(guān)于不銹鋼之所以“不銹”的科學(xué)原因，其中的氧化層是一個(gè)關(guān)鍵因素。但不銹鋼只是在一定程度上能夠耐腐蝕，在一些特殊條件下，不銹鋼表面的薄膜也有可能發(fā)生腐蝕，從而不斷暴露出內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，發(fā)生不銹鋼生銹的情況，同時(shí)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化同樣也會(huì)影響不銹鋼的化學(xué)性能，從而改變不銹鋼的耐久性，因此不銹鋼同樣也需要一定的養(yǎng)護(hù)。