一、鐵的生銹

  眾所周知，在自然界(jie)存(cun)在的(de)金(jin)(jin)(jin)屬中，除(chu)Au（金(jin)(jin)(jin)）、Pt（鉑）等貴金(jin)(jin)(jin)屬系(xi)以游離金(jin)(jin)(jin)屬狀態(tai)存(cun)在外(wai)，其他金(jin)(jin)(jin)屬，例(li)如鐵(tie)（Fe），在自然界(jie)則系(xi)以磁鐵(tie)礦和褐鐵(tie)礦礦石(shi)的(de)形式非常穩定(ding)地存(cun)在。但是(shi)(shi)(shi)，人們通過冶金(jin)(jin)(jin)，把(ba)鐵(tie)礦石(shi)變(bian)成(cheng)鋼(gang)(gang)鐵(tie)②，就是(shi)(shi)(shi)將鋼(gang)(gang)鐵(tie)從氧化鐵(tie)（礦石(shi)）的(de)穩定(ding)狀態(tai)變(bian)成(cheng)了不(bu)穩定(ding)狀態(tai)。自然界(jie)的(de)萬物(wu)都有從不(bu)穩定(ding)態(tai)“回歸”到(dao)穩定(ding)態(tai)的(de)強烈傾向，這是(shi)(shi)(shi)自然規(gui)律。鋼(gang)(gang)鐵(tie)在大(da)氣(qi)中的(de)生銹就是(shi)(shi)(shi)這種“回歸”現(xian)象的(de)自然反映。

  生銹(xiu)就是(shi)鋼(gang)鐵(tie)(tie)與(yu)大(da)氣(qi)中的(de)氧作用，在(zai)表(biao)面(mian)形成了(le) 沒(mei)有(you)保(bao)護性的(de)疏松且易剝落的(de)富鐵(tie)(tie)氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)或氫氧化(hua)(hua)(hua)物(wu)，也(ye)就是(shi)鋼(gang)鐵(tie)(tie)又變回了(le)“礦石(shi)”。鐵(tie)(tie)的(de)生銹(xiu)，是(shi)鐵(tie)(tie)在(zai)大(da)氣(qi)中從(cong)金(jin)屬(shu)變成的(de)離(li)子(zi)化(hua)(hua)(hua)過程，是(shi)一(yi)種典型的(de)腐蝕現象(xiang)。為了(le)防止(zhi)鋼(gang)鐵(tie)(tie)生銹(xiu)（腐蝕），人們只(zhi)有(you)人為地采取(qu)表(biao)面(mian)涂(tu)漆等(deng)措施，以防止(zhi)大(da)氣(qi)與(yu)鋼(gang)鐵(tie)(tie)相接觸。涂(tu)漆一(yi)旦(dan)受到破壞，鋼(gang)鐵(tie)(tie)還會繼續生銹(xiu)。

二、不銹(xiu)鋼為什么(me)不生鐵銹(xiu)和耐腐蝕(shi)

  早期不銹鋼(gang)的不生鐵銹，曾被人們認為是一種“神奇”的現象，但是經過長期研究和實踐，人們對此已經有了完全清楚的了解：不銹鋼的不生鐵銹和鋼鐵的生鐵銹二者屬于同一種自然現象。研究發現，隨鋼中含鉻量的增加，鋼的耐蝕性提高，當鋼中含鉻量≥12％后，在大氣中耐蝕性有一個突變，鋼從不耐腐蝕到耐腐蝕，而且不生鐵銹（如圖1.1）。人們把鋼從不耐腐蝕到耐腐蝕，從生銹變為不生銹，稱為從活化過渡到鈍化，從活化態變成了鈍化態。通俗地說，鈍（化）態實際上是不銹鋼與周圍腐蝕性介質之間的反應遲鈍，即不敏感的狀態。

  研(yan)究表明(ming)，含(han)鉻量≥12％后，鋼具有了不銹性(xing)的(de)(de)(de)原因是由(you)于(yu)表面自動形(xing)成一(yi)種(zhong)厚度非(fei)常(chang)薄(bo) 的(de)(de)(de)無(wu)色、透(tou)明(ming)且非(fei)常(chang)光滑的(de)(de)(de)一(yi)層富(fu)鉻的(de)(de)(de)氧化(hua)(hua)物(wu)膜(mo)（示意(yi)圖見圖1.2），這(zhe)層膜(mo)的(de)(de)(de)形(xing)成防止了鋼的(de)(de)(de)生銹。這(zhe)層膜(mo)稱為(wei)鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)。這(zhe)層鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)的(de)(de)(de)形(xing)成實(shi)際(ji)上是鋼中鉻元(yuan)素(su)把自己(ji)易形(xing)成氧化(hua)(hua)物(wu)（鈍(dun)化(hua)(hua)膜(mo)）保(bao)護(hu)自己(ji)的(de)(de)(de)特性(xing)給予了鋼的(de)(de)(de)結果。

  進一步研究還(huan)發現，在(zai)氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)酸(suan)介質(zhi)中(zhong)，例如在(zai)硝酸(suan)中(zhong)，隨鋼(gang)中(zhong)含鉻(ge)量的(de)(de)增加，鋼(gang)的(de)(de)腐蝕(shi)速度(du)下(xia)降，當含鉻(ge)量達到(dao)較高含量時，此(ci)鋼(gang)便具有了耐(nai)(nai)蝕(shi)性(xing)（見圖1.3）。在(zai)氧化(hua)(hua)(hua)性(xing)介質(zhi)中(zhong)，不銹鋼(gang)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)的(de)(de)原因也是由于(yu)表面鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)膜的(de)(de)形成。同理，鋼(gang)在(zai)酸(suan)介質(zhi)中(zhong)從不耐(nai)(nai)腐蝕(shi)到(dao)耐(nai)(nai)腐蝕(shi)，也稱之為從活化(hua)(hua)(hua)過渡到(dao)鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)，從活化(hua)(hua)(hua)態變為鈍(dun)化(hua)(hua)(hua)態。

三、鈍化膜(mo)

  研究(jiu)表(biao)明(ming)，鈍化(hua)(hua)膜(mo)不(bu)僅很(hen)薄且(qie)無(wu)色透(tou)明(ming)并可自(zi)然形成，而且(qie)非常穩定(ding)，鈍化(hua)(hua)膜(mo)是連續的、無(wu)孔的、不(bu)易溶解、質(zhi)較硬且(qie)附著力強(qiang)并難以剝落的一種氧化(hua)(hua)物（氫氧化(hua)(hua)物），即使(shi)在(zai)使(shi)用中(zhong)受(shou)到破壞還可很(hen)快(kuai)自(zi)行修復(fu)。

  研究(jiu)表明，鉻鎳(nie)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)鈍化(hua)膜呈(cheng)雙層(ceng)結構，外層(ceng)為(wei)氫氧化(hua)物或鹽酸(suan)的(de)沉積(ji)層(ceng)，內(nei)層(ceng)為(wei)具有(you)防(fang)護性的(de)富鉻氧化(hua)物膜。18-8（304）鉻鎳(nie)不(bu)銹(xiu)鋼的(de)鈍化(hua)膜一般(ban)為(wei)4M3O4 SiO2 H2O，M為(wei)Cr、Ni、Fe等元素。        

  鈍化(hua)膜(mo)的化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)、結構和(he)性(xing)質隨不銹鋼(gang)的化(hua)學(xue)成(cheng)分(fen)、處理方法(fa)（冷、熱(re)(re)加(jia)工(gong)，熱(re)(re)處理，拋(pao)光(guang)，酸洗和(he)表面(mian)加(jia)工(gong)等）的不同以及使用環境的差異也有所不同。

  研究(jiu)還(huan)表明(ming)，隨鋼(gang)中含鉻(ge)量(liang)的增(zeng)加，鋼(gang)的鈍(dun)化膜會從晶態(tai)(tai)膜變為非晶態(tai)(tai)膜（見(jian)表1.1）。由于(yu)非晶態(tai)(tai)膜缺陷(xian)少，結(jie)構表面均(jun)勻，鉻(ge)元(yuan)素更易富(fu)集，所以(yi)較普通晶態(tai)(tai)膜具有(you)更高的強(qiang)度(du)和耐蝕性。