林曉冬
中科院金屬所國家金屬腐蝕控制工程技術研究中心
我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫牟途甙喾N材質，如木質、塑料、陶瓷和不銹鋼等。與木質材料相比，不銹鋼表面光滑、不易滋生細菌；與塑料相比，不銹鋼耐高溫、不易變軟；而與陶瓷相比，不銹鋼的韌性較好、不易破碎?；谏鲜鰞?yōu)點，不銹鋼餐具在日常生活中得到了普遍應用，已成為家庭用品不可或缺的一部分。然而，作為我們舌尖上的物品，雖然對不銹鋼餐具的使用已習以為常，但你真的了解不銹鋼嗎？不銹鋼是由什么組成的，它與傳統(tǒng)的鐵器有何區(qū)別？不銹鋼真的不會生銹嗎，若出現(xiàn)銹斑后還能否繼續(xù)使用？日常生活中我們該如何合理使用不銹鋼、避免不銹鋼生銹？對于這些問題，很多人可能一時難以回答。本文將從不銹鋼的成分組成出發(fā)，解釋其抗腐蝕機理，并列舉腐蝕可能出現(xiàn)的情況，提出合理的腐蝕防護措施。
不銹鋼最早由英國科學家亨利？布雷爾利發(fā)明，并于1916年開始量產(chǎn)，因此亨利？布雷爾利也被成為“不銹鋼之父”[1]。一百多年來，經(jīng)過科學家的不斷研究，目前不銹鋼已具有多種類型。例如，根據(jù)結構組成可分為奧氏體不銹鋼、鐵素體不銹鋼、雙相不銹鋼和馬氏體不銹鋼等[2]。目前家庭中常用的不銹鋼餐具，如刀、叉、筷子、勺、碗及果盤等，多為奧氏體不銹鋼（常見牌號為304不銹鋼）。奧氏體不銹鋼的化學成分主要包含鐵、鉻、鎳等元素，而傳統(tǒng)鐵器主要包含鐵和碳元素。從二者成分上可以看出，不銹鋼耐腐蝕的原因可能在于其含有鉻、鎳等合金元素，而基本不含碳元素。事實上，科學研究表明，不銹鋼耐腐蝕的真正原因是其中的鉻元素通過與氧反應，在不銹鋼表面形成了一層致密的氧化鉻薄膜[3]。雖然這層氧化膜僅有幾納米厚，但它的存在相當于給不銹鋼穿上了“防護外衣”，阻擋了外部腐蝕性介質的侵入，從而有效提高了不銹鋼的腐蝕抗力。
盡管不銹鋼具有良好的耐腐蝕性能，但并不代表不銹鋼不會生銹，當不銹鋼表面的“防護外衣”存在缺陷或者被破壞時，不銹鋼也會發(fā)生腐蝕。在腐蝕過程中，不銹鋼中的鐵元素與氧元素發(fā)生化學反應而生成紅褐色的三氧化二鐵，即為我們平常所說的“鐵銹”。日常生活中導致不銹鋼腐蝕的因素有很多，可以歸納為以下幾點：
(1) 當不銹鋼自身質量不好，表面存在很多夾雜物時，不銹鋼容易發(fā)生腐蝕。這是因為不銹鋼表面的氧化鉻保護膜在夾雜物處存在缺陷，且夾雜物與不銹鋼的成分和結構均不相同，容易在溶液中形成微電池，造成夾雜物附近的不銹鋼基體發(fā)生嚴重的電化學腐蝕，并產(chǎn)生銹斑。
(2) 當不銹鋼長期與鹽溶液接觸時，不銹鋼容易發(fā)生腐蝕。在日常飲食中，我們經(jīng)常使用不銹鋼的碗或盤盛菜，使用不銹鋼的勺子或筷子夾取，或者用不銹鋼菜刀切咸菜等。這些菜里一般都含有食用鹽（即氯化鈉），若不銹鋼餐具使用后沒有及時清洗，殘存在餐具表面的氯離子會穿透并破壞表面的保護膜[4]，從而導致不銹鋼發(fā)生腐蝕，產(chǎn)生銹斑。我們知道，位于海邊的不銹鋼制品往往不耐腐蝕，這也歸因于此。
(3) 當不銹鋼與酸性溶液接觸時，不銹鋼容易發(fā)生腐蝕。食用醋是生活中常用的一種調味料，但若利用不銹鋼的器皿盛醋，不銹鋼表面的保護膜會很快被破壞，不銹鋼基體也會與食用醋發(fā)生化學反應而被腐蝕掉，使不銹鋼表面變得粗糙，甚至發(fā)生穿孔。
(4) 當不銹鋼表面被人為破壞時，不銹鋼容易發(fā)生腐蝕。不銹鋼餐具在使用后，表面可能存在污漬，有些人會使用鋼絲球等硬質物品清除。然而，此種方法在清除污漬的同時，也會破壞不銹鋼表面的保護膜，使基體暴露于外部環(huán)境中，若此時與鹽溶液或酸溶液接觸，不銹鋼餐具會發(fā)生腐蝕。
當不銹鋼餐具發(fā)生腐蝕后，可視情況決定繼續(xù)使用還是放棄使用。雖然鐵、鉻、鎳均為人體必需的微量元素，但這些元素在人體內(nèi)的含量都很低，正常人體內(nèi)鐵的含量為3~5克，鉻含量為6~7毫克，鎳含量為10毫克左右。如果攝入過多的鐵、鉻和鎳元素，可能會引發(fā)腸胃不適、惡心、嘔吐、過敏等癥狀[5]。因此，當不銹鋼餐具表面只出現(xiàn)輕微腐蝕時，可以選擇繼續(xù)使用，但當表面腐蝕較為嚴重時，應放棄使用并及時更換。
為節(jié)約我國鋼鐵資源，保護我們身體健康，需要我們在日常生活中做好不銹鋼餐具或其他用品的腐蝕防護工作。根據(jù)上述不銹鋼容易出現(xiàn)腐蝕的條件，可以采取以下防護措施：(1) 購買時注意挑選表面光華、無夾雜物的不銹鋼餐具；(2) 盡量避免使用不銹鋼餐具盛取食用醋或腌制食材，使用后注意及時清洗并瀝干水分；(3) 避免使用鋼絲球、小刀等硬質物品清除不銹鋼表面污漬，若表面劃傷后不要立即使用；(4) 若不銹鋼餐具表面已出現(xiàn)腐蝕斑，如果有條件，可以使用細砂紙進行打磨拋光，并放置一段時間，待打磨表面重新生成保護膜、完成自修復后再使用。
科學研究告訴我們，沒有不腐蝕的不銹鋼，只有不發(fā)生腐蝕的環(huán)境。不銹鋼表面的保護膜并非堅不可摧，相反，在某些環(huán)境下可能非常脆弱。不銹鋼并非真的不會生銹，但只要我們平時注意合理使用，就能使其發(fā)揮應有的價值，不會對我們的身體健康產(chǎn)生危害。
參考文獻
[1] 郭小英. 不銹鋼百年發(fā)展歷程及展望[N]. 世界金屬導報, 2013-07-23(B14).
[2] 嚴彪. 不銹鋼手冊[M]. 化學工業(yè)出版社, 2009.
[3] 黃健中, 左禹. 材料的耐蝕性和腐蝕數(shù)據(jù)[M], 化學工業(yè)出版社, 2003.
[4] Zhang B, Wang J, Wu B, et al., Unmasking chloride attack on the passive film of metals [J], Nature Communications, 2018, 9(1): 2559.
[5] 鉻對人體及環(huán)境的影響[EB], 金屬百科, 亞洲金屬網(wǎng).