元素家族连载铬闪亮,坚硬,还

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20世纪初正是第一次世界大战前夕,欧洲列强们嗅到了战火的硝烟味,各自埋头备战,大批军事人才聚集在实验室里研究新技术新材料。

年,英国谢菲尔德的两大钢铁生产商布朗公司和菲斯公司联合成立了一家实验室:布朗菲斯。他们聘请布雷尔利开发新型钢铁合金,以应付庞大的军火需求。从年开始,布雷尔利要解决一个棘手的问题——在战场上,士兵们最头疼的问题是枪管、炮管总是容易磨损,使用一段时间就要运回后方整修。他让实验室里的小伙子们按照各种比例将不同元素掺入钢铁里熔炼,然后测试它们的耐磨损性能,性能优异的留作开发,劣质的则堆放在角落里,时间一长,废弃样品甚至房间里都放不下了,只能堆放在户外。一个契机就这样悄悄诞生了。

几个月后,悄然进入年,然而耐磨项目还未完成,正当布雷尔利焦头烂额地布置实验任务时,一个小伙子冲进来,拿着一块光亮的样品叫了起来:“快看!快看!”

“有什么好看的?”布雷尔利没好气的说,“从垃圾堆里翻出金子了?”

“你看这块样品在外面放了几个月,即使日晒雨淋,却仍然如此光亮!”

布雷尔利不禁睁大了眼睛,这真是意外收获!要知道,钢铁最怕的就是水腐蚀,几个月户外的日晒雨淋后还不生锈,在当时是不可想象的。对于当时的冶金学家们来说,耐磨只是一个眼下的应用性难题,而解决腐蚀则是一个革命性的课题!

布雷尔利翻出实验记录本,根据编号记录找到了这个样品的成分,这是一种含铬12.8%和含碳0.24%的合金。他带领团队继续研究,轮流用酸、碱、盐等“满清十大酷刑”去考验这种新的金属,这块高冷的金属始终不为所动。

几天以后,实验员们终于被它折服了,准备用他们常用的方法——硝酸的乙醇溶液——给它蚀刻上标示,这时才发现蚀刻根本不起作用,大家不禁相视而笑,他们面对的真是价值千金的大发明“不锈钢”啊!

布雷尔利很快找到了商机,他的老同学斯图亚特正在当时英国最有名的莫斯利刀具公司任总经理,布雷尔利请求他帮忙看看自己的新发明能不能用来做刀具。几个星期以后,斯图亚特的好消息就过来了,他们已经成功的解决了刀具的硬化工艺,新发明的商业化应用到来了。科学家布雷尔利给他的新发明起名:“rustlesssteel”(不生锈的钢),商人斯图亚特很不满意,改成了“stainlesssteel”(不被玷污的钢),这一称呼沿用至今。中文的翻译倒是很接地气:不锈钢,让人一看就懂。

不锈钢之所以能如此耐腐蚀,是因为当它暴露在空气里的时候,它的表面的铬元素就形成了一层致密的三氧化二铬,这层氧化膜是如此的薄,所以不会影响金属表面的光滑和金属光泽。这层氧化膜还不会跟水和空气继续反应,当表层被刮擦伤后,新的氧化膜又迅速生成。铝合金虽比钢轻,也耐腐蚀,但表层的氧化膜确是灰色的,不如不锈钢光亮。另一方面,铝较软,而铬是硬度最大的金属,莫氏硬度高达9,所以不易磨损。虽然不锈钢成本较高,却仍然用途广泛。

不锈钢除了做刀具外,最早用于餐具。由于铝离子会导致老年痴呆,所以光亮大气的不锈钢餐具显然是最佳选择,唯一的缺点是比较重。

医疗器械也用不锈钢,结实耐用,光亮如新,稍有污染就能看得出来。

很多工业装置、设备、管道、储罐等也用不锈钢材质。

在建筑业,不锈钢较重的弱点限制了它的应用,但如果在不计较重量的情况下,不锈钢还是很经济实用的。

不锈钢的潜力还远未被发掘出来呢!现在它已经成为3D打印的候选材料之一,只是需要高温熔铸。

不锈钢只是铬元素巨大魅力的一角。由于它特别光亮,又是硬度最大金属,因此将它镀在其他材料表面,形成一层光亮无比而又坚固耐磨的表面,非常拉风,也非常实用。我们的手表看起来如此光亮,就是因为镀了一层铬,再比如自行车、汽车的轮毂。工人们会经常说他们在镀“克罗米”,其实就是铬的英文“Chromium”。

年,在秦始皇兵马俑二号坑内发现了一批青铜剑,它们在黄土下沉睡了多年,出土时依然光亮如新,锋利无比。科研人员测试后发现,这是因为剑的表面有一层10微米厚的铬盐化合物。

这一发现被报道之后,立刻有专家学者指出,这正是西方20世纪才发明的“铬盐氧化”表面处理技术。其实,这一层氧化膜确实是10微米,但其中只含有2%的铬,以氧化铬的形式存在,跟现代的镀铬技术无关。已经有专家通过数据指出,这些铬元素分布几无规律,可能是使用、埋藏过程中偶然渗入的。




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