راز زنگ نزدن «استنلِس استیل» چیست؟

یک هشدار ثابت برای آهن این است که به راحتی در هوا و آب اکسید می شود. حتی فولاد (آلیاژ سخت آهن با آثار کربن) به راحتی زنگ می‌زند، به این معنی که اکسیداسیون به فولاد در ساختمان‌ها، اتومبیل‌ها و لوازم خانگی آسیب می‌زند. اما همانطور که از نام “فولاد ضد زنگ” پیداست، به نظر نمی رسد زنگ زده باشد. اما راز تماس نگرفتن چیست؟

به عبارت ساده، شیمی فولاد ضد زنگ از رسیدن اکسیژن هوا و محیط به آهن فولاد جلوگیری می کند و از واکنش های اکسیداسیون مضر جلوگیری می کند.

فولاد معمولی زمانی زنگ می زند که آهن با اکسیژن واکنش شیمیایی می دهد و اکسید آهن را تشکیل می دهد. اگرچه زنگ به طور کلی برای انسان بی ضرر است، اما می تواند آهن را به شدت خورده و آن را ناامن و نامناسب کند.

فولاد معمولی آلیاژی از ۹۹ درصد آهن و بین ۰.۲ تا ۱ درصد کربن است، در حالی که فولاد ضد زنگ معمولاً بین ۶۲ تا ۷۵ درصد آهن، تا ۱ درصد کربن و بیش از ۱۰.۵ درصد کروم دارد. فولاد ضد زنگ نیز معمولاً دارای چند درصد نیکل است که می تواند کار با آن را سخت تر و آسان تر کند.

کروم کلید مقاومت در برابر زنگ زدگی فولاد ضد زنگ است. کروم با اکسیژن موجود در محیط (معمولاً در هوا و همچنین در زیر آب) واکنش می دهد و یک “لایه غیرفعال” از اکسید کروم (Cr2O3) روی سطح فلز تشکیل می دهد. این لایه از رسیدن اکسیژن به آهن در فولاد جلوگیری می کند و باعث زنگ زدگی می شود.

لایه غیرفعال روی فولاد ضد زنگ تنها چند نانومتر ضخامت دارد، بنابراین “نامرئی” است. لایه اکسید کروم نیز در صورت آسیب می تواند خود را ترمیم کند. لایه اکسید کروم خنثی یا بی اثر است، به این معنا که از نظر شیمیایی با مواد دیگر واکنش نمی دهد و از سطح فلز جدا نمی شود، که فولاد ضد زنگ را برای تولید مواد غذایی، جراحی و سایر کاربردها مناسب می کند.

کشف تصادفی

فولاد ضد زنگ مدرن در سال ۱۹۱۲ توسط متالورژیست انگلیسی، هری بریرلی، که در حال مطالعه آلیاژهای فولادی برای جلوگیری از خوردگی در لوله های تفنگ بود، ساخته شد.

بریرلی آلیاژی از آهن، کربن، کروم و نیکل ساخت، اما برای لوله تفنگ مناسب نبود، بنابراین آن را در حیاط خلوت خود ریخت. چند هفته بعد، برلی متوجه شد که آلیاژ براق حیاط خانه اش زنگ نمی زند، بنابراین روی این ماده کار کرد و آن را در سال ۱۹۱۵ به دنیا معرفی کرد.

فولاد ضد زنگ در حال حاضر حدود ۴ درصد از مصرف فولاد جهان را در سال به خود اختصاص می دهد: تقریباً ۲ میلیارد تن.

اما ساخت فولاد ضد زنگ پیچیده و پرهزینه است (معمولاً سه تا پنج برابر هزینه تولید فولاد معمولی) و گنجاندن عناصر فلزی خاص در آلیاژها (مانند مولیبدن برای کاربردهای زیر آب) می تواند آن را حتی گرانتر کند.

در نتیجه، بیشتر کاربردهایی که به فولاد نیاز دارند، از فولاد ساده یا کربنی استفاده می کنند، چه در جایی که زنگ نمی زند و یا در جایی که توسط لایه بیرونی رنگ یا پوشش دیگری محافظت می شود.

با این حال، امروزه فولاد ضد زنگ بیش از هر زمان دیگری از جمله در تولید مواد غذایی و ایمنی مواد غذایی استفاده می شود.

فولاد ضد زنگ مزایای زیادی نسبت به گزینه های جایگزین دارد: در برابر خوردگی ناشی از اسیدهای غذا و مواد شیمیایی پاک کننده (برخلاف آلومینیوم و مس) مقاوم است و مواد غذایی که با آن در تماس است را آلوده نمی کند.

فولاد ضد زنگ بادوام، قوی تر از آلومینیوم و بهداشتی است، با سطحی غیر متخلخل که به راحتی تمیز و ضدعفونی می شود.