不銹鋼——從垃圾堆中“撿”來的發(fā)現(xiàn)發(fā)明！

不銹鋼的發(fā)明已有近百年的歷史。隨著材料科學(xué)的飛速發(fā)展，不銹鋼并沒有因?yàn)槠鋬?yōu)異的性能而被淘汰，而是與時(shí)俱進(jìn)，不斷煥發(fā)出新的活力。尤其是對于這種從垃圾堆中“撿”來的發(fā)明，它可以獲得目前的狀態(tài)，這在一開始絕對是出乎意料的。

垃圾堆“撿”來的不銹鋼

第一次世界大戰(zhàn)開始后不久，英國科學(xué)家亨利·布里利受英國軍械庫的委托修理和改進(jìn)武器。當(dāng)時(shí)，士兵在前線作戰(zhàn)中使用的步槍，經(jīng)過長時(shí)間的射擊，很快就被磨損了，這不僅降低了射擊精度和射程，而且影響了步槍的使用壽命。他首先認(rèn)為槍管不耐磨，應(yīng)該用堅(jiān)硬耐磨的材料制成。

于是布里利開始開發(fā)耐磨合金鋼。他認(rèn)為各種金屬都有自己的優(yōu)點(diǎn)。如果幾種金屬熔合成一種合金，它們可能不容易磨損。他在鋼中加入了各種元素，做了很多實(shí)驗(yàn)，但都不理想，這讓他非常失望。布萊爾測試過的每一塊合金，如果磨損不好，他就把它丟在實(shí)驗(yàn)室外面的垃圾堆里。隨著實(shí)驗(yàn)的繼續(xù)，垃圾堆里的垃圾越來越多，布里利不得不把它清理干凈。

在清理垃圾時(shí)，布里利的助手看到垃圾堆里的合金鋼大部分都生銹了，但有一種合金像鏡子一樣明亮，沒有生銹。助理很驚訝，很快把它撿起來交給了老師。布里利接過閃閃發(fā)光的合金鋼，仔細(xì)看了一會兒，納悶：這么多合金鋼都成了銹疙瘩，為什么沒有銹斑？

布里利如獲至寶，對這種不銹鋼進(jìn)行了研究和分析。結(jié)果表明，該鋼含鉻量為12.8%，含碳量為0.24%。他把鉻鋼分別浸泡在酸、堿和鹽溶液中，結(jié)果沒有銹跡。沒有發(fā)現(xiàn)耐磨材料，而是無意中發(fā)明了“不銹鋼”。其性能由耐磨合金鋼轉(zhuǎn)變?yōu)槟臀g合金鋼。

這種不銹鋼價(jià)格昂貴，因?yàn)樗秀t，而且它比較軟，不耐磨。它有什么用？布瑞爾苦思冥想，終于想到：明亮的不銹鋼餐具實(shí)在太理想了，既高貴又典雅。1916年，布萊爾獲得英國技術(shù)專利，開始大量生產(chǎn)不銹鋼。因此，他被稱為“不銹鋼之父”。

不銹鋼不銹之謎

鋼鐵在潮濕的空氣或水中，會在其表面形成紅褐色的鐵銹，這就是俗稱的鐵銹。如果在鋼中加入鉻使其變成鉻鋼，鋼就不會生銹。這是為什么呢？

原來，在元素周期表中，鐵和鉻的排列位置很接近。它們具有相似的電子層結(jié)構(gòu)和相同的晶格類型，并且它們的原子可以在晶格中的任何位置被替換。正是這種結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致了鋼材性能的變化。具體來說，普通鋼材與水作用后，其中的鐵元素會與水形成水合氧化鐵，即紅褐色銹。但加入鉻后，由于鉻可以代替鋼中的鐵，它不會產(chǎn)生水合氧化鐵的銹，所以它會變成耐腐蝕的不銹鋼。

鉻不銹鋼可以通過在鋼中添加鉻來制造。同樣，如果加入鎳、錳、鈦、銅以及位置稍遠(yuǎn)的鉬、鋁、硅和一些稀土元素，也可以制造出不同類型的不銹鋼，這為開發(fā)多種不銹鋼、擴(kuò)大其應(yīng)用范圍創(chuàng)造了有利條件。

不銹鋼中的“主角”

布里爾利發(fā)明不銹鋼后，鉻和鎳被用作制造不銹鋼的主要元素。例如，最常用的鉻鎳不銹鋼含有18%的鉻和8%的鎳。這樣，每年不銹鋼生產(chǎn)中鉻和鎳的消耗量是相當(dāng)可觀的。然而，地球上鉻和鎳的儲量不僅少而且分布不均。例如，鉻主要儲存在南非（占世界的70%）和津巴布韋（占世界的21%），而鎳主要儲存在加拿大、中國和俄羅斯。因此，鉻和鎳是許多國家的稀缺資源。

美國和日本缺乏鉻和鎳資源，這迫使它們致力于無鉻鎳不銹鋼的開發(fā)。美國開發(fā)的錳（30%）鋁（10%）不銹鋼具有良好的耐海水腐蝕性和耐磨性。結(jié)果表明，在不銹鋼中加入1%左右的硅，則具有較好的耐海水腐蝕性能，適合于電渣精煉。

鑄態(tài)黃銅的硬度和抗拉強(qiáng)度均高于船用黃銅。因此，在船舶螺旋槳制造中，錳鋁硅不銹鋼已逐漸取代黃銅。日本開發(fā)的無鉻鎳不銹鋼是在碳含量小于0.4%的錳鋁硅不銹鋼中加入微量釩、鈮、氮制成的一種新型耐蝕不銹鋼。這種耐海水腐蝕性好的不銹鋼已廣泛應(yīng)用于船舶。

彩色不銹鋼

不銹鋼以其優(yōu)異的耐蝕性、強(qiáng)韌性和加工性能，特別是其美觀明亮的外觀，深受人們的喜愛。不銹鋼除了廣泛應(yīng)用于海洋、化工、能源、食品等行業(yè)外，還廣泛應(yīng)用于建材、家用電器、交通工具、注重外觀和表面裝飾的工藝美術(shù)產(chǎn)品中。

隨著不銹鋼作為裝飾產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，人們對其表面顏色和藝術(shù)性的要求不斷提高，使不銹鋼表面朝著先進(jìn)、裝飾、藝術(shù)的方向發(fā)展。因此，對不銹鋼表面進(jìn)行了處理，使其更加美觀實(shí)用。不銹鋼表面的著色，特別是不銹鋼表面的著色處理，特別是不銹鋼表面的浮雕處理，市場需求正以每年10%以上的速度增長。

彩色不銹鋼是在普通鉻鎳不銹鋼表面形成的一種耐大氣腐蝕的高級有機(jī)涂層。這些涂料主要包括有機(jī)硅聚酯樹脂涂料、有機(jī)硅丙烯酸樹脂涂料和氟化乙烯樹脂涂料。噴涂這些涂層的彩色不銹鋼具有加工性能好、表面涂層附著力牢固、經(jīng)久耐用、表面美觀等特點(diǎn)。由于其華麗的外觀，彩色不銹鋼主要用于建筑物的內(nèi)外裝飾板、屋頂、門窗以及工藝品、太陽能吸收器、家用電器和儀器儀表。

不銹鋼表面壓花是用花紋輥軋制而成的壓花制品。這種不銹鋼主要用于建筑外墻、電梯內(nèi)外裝飾等。近年來，它的應(yīng)用已經(jīng)擴(kuò)展到廚房用品。此外，還生產(chǎn)雙浮雕不銹鋼。

電鍍不銹鋼主要是鍍銅不銹鋼，在普通不銹鋼表面鍍上一層銅。這種不銹鋼現(xiàn)在被廣泛用作屋頂材料。另外，不銹鋼表面有導(dǎo)電性好的鍍鎳不銹鋼，主要用作鋰電池的外殼。

不銹鋼蝕刻是用耐酸油墨在不銹鋼表面上印刷一定圖案，然后浸入酸性溶液中進(jìn)行蝕刻的產(chǎn)品。蝕刻圖案的深度可選擇性控制，并可與繪畫、氧化著色相結(jié)合，生產(chǎn)出藝術(shù)水平較高的工藝品。

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