不锈钢和铬的发现

不锈钢和铬的发现

钢铁是现代工业的宠儿，宏伟的工业化计划需要各种钢材——不锈钢、结构钢、工具钢、滚珠轴承钢等等，它们大多含有铬。

不锈钢的发现是很偶然的。1913年，英国科学家布里尔在研制合金时，制得一种铬铁合金成品，因性能不符合标准，就把它抛在一边。过了一段很长的时间，废品堆里的不少金属已被锈蚀得千疮百孔、面目皆非了，而独独那块被抛弃的铬铁合金却依然故我，完整无恙。布里尔十分惊奇，把它拣回去重新研究，终于制成了最早的不锈钢。

含有微量铬的刚玉就是人们通常说的红宝石

为什么不锈钢特别耐腐蚀呢?原来，铬在潮湿的空气中很稳定。当接触到强氧化剂浓硝酸时，首先在金属表面形成一层致密的三氧化二铬薄膜，阻止进一步被氧化。合金中添加铬，也会形成这种稳定的薄膜，阻止电化学腐蚀。在钢中加进12%以上的铬(有的含铬17%～19%，含镍8%～13%)，就得到不锈钢。这种钢的含碳量要求低于允许的最小含碳量(0.1%)。因为过多的碳会形成碳化物，在钢的晶粒边界析出，从而降低铬在晶粒内部的含量，使钢难以抵抗酸和氧的作用。

不锈钢具有很好的韧性和耐腐蚀性。人们曾做过试验:用重量都为20克的不锈钢和普通碳素钢各一块，放进稀硝酸中煮上一天，取出称重，结果普通碳索钢重13.6克，而不锈钢却重19.8克。在常温下，不锈钢同空气、水蒸气、海水、酸、碱等接触，耐蚀性很好。因此，汽车工业普遍地采用不锈钢来造内燃机零件;化学工业用不锈钢来制造各种管道、反应塔等防腐设备;造船工业用不锈钢来制造轮船、汽艇和潜水艇的船身。在日常生活中，人们常同不锈钢打交道。手表，全钢的表带和表后盖都是用不锈钢做的;半钢的，表后盖是不锈钢做的，而表壳是用其他金属做的。现在，茶杯、饭锅、蒸锅，也有用不锈钢制的。医疗器械，如手术刀、剪、注射器、针头等，大多是用不锈钢做的。人们常说的镀“克罗米”，其实就是镀铬。

在合金中，加进数量不同的铬，可以制造出各种不同用途的合金。滚珠轴承钢坚硬而耐磨，这种钢含1%的碳、1.5%的铬。铬钢中含有25%～30%的铬，可以经受1000℃的高温。这种钢做的零件，受热后也不起“鳞皮”。镍、铬和铁的合金，可以制成良好的加热元件，如果再加进钴和钼，能耐650℃～900℃的高温，可用来制造涡轮机的叶片。钴、钼和铬的合金，对人体无害，可用于外科的修补材料。一种以锰、铬和锑合金为主的材料，它的磁性可随温度的改变而变化，普遍应用于自动装置中。

轮船外壳长期浸在海水中，往往受到腐蚀。1969年，日本的一艘5万吨级的矿石船，因船身腐蚀断裂而沉没。因此，各国科学家纷纷进行研究耐海水腐蚀的钢材。我国研制了一种铬铝的合金钢，耐海水腐蚀性能比普通碳素钢高一倍。国外研制的铬硅合金钢，能在金属表面形成硫酸盐膜，也很耐腐蚀。

铬的化合物三氧化二铬，颜色绚丽。在氧化铝中添加一定量的氧化铬，就可人工造出光彩夺目的红宝石来。氧化铬还用于制造拖拉机发动机摩擦零件。当氧化铬燃烧时，形成了细小的颗粒，它们飞落在汽缸的内壁和其他摩擦表面上。在摩擦过程中，把所有粗糙的地方都磨平抛光，使零件紧密地吻合。录音磁带表层的颗粒，用氧化铬替代氧化铁，录音质量显著提高了。

铬耐大气腐蚀的特性是金属王国中出类拔萃的。科学家曾经试验在金属表面上镀铬，遇到不少困难，花了75年时间才得到解决。1920年，人们发现，只有六价铬才能生产出符合要求的铬镀层，它开始用于电解液中。六价铬有毒性，现已开始用三价铬代替它。根据不同的要求，镀层厚薄也不同。汽车、摩托车和自行车的外部零件上，镀层厚度在0.1毫米以下，而用于装饰美观的镀层，如眼镜架、钟表表面、手表带、门把手、车灯、照相机架，镀层薄到0.0002——0.005毫米。在一些炮筒、枪管内壁，镀铬层很薄，可是当发射了千百发以后，镀层仍然存在。

镀铬层还另有妙用。镀铬的聚苯乙烯比不镀铬的塑料耐用，它不受磨损、弯曲和冲击等的影响。用这种材料做零件，使用寿命也长。用薄的镀铬层来保护金刚石，那些有细小氧化裂纹的天然金刚石，仿佛披上了一件碳化铬的“铠甲”，从而得到了双重的效果:既可使金刚石做的刀具、钻头更耐用，又可使金刚石变得更硬。