Чому нержавіюча сталь не ржавіє: науковець розкрив секрет

10 вересня, 12:16

Іржа є постійною загрозою для заліза, яке легко окислюється як на повітрі, так і у воді. Навіть сталь легко іржавіє, тобто окислення пошкоджує конструкції у будівлях, автомобілях і приладах.

Проте нержавіюча сталь не має цієї проблеми. Науковець пояснив, що особливий хімічний склад цього блискучого сплаву заліза створює захисний шар на його поверхні, який запобігає іржавінню, пише LiveScience.

У чому все ж секрет нержавіюча сталі

Хімічний склад нержавіючої сталі не дозволяє кисню в повітрі та навколишньому середовищі досягати заліза в сталі, запобігаючи шкідливій реакції окислення.

За словами експертів, звичайна сталь іржавіє, коли залізо вступає в хімічну реакцію з киснем з утворенням оксиду заліза. Хоча іржа, як правило, не шкідлива для людини, вона може сильно роз’їдати залізо та робити його небезпечним і потворним.

Звичайна сталь – це сплав із 99% заліза та приблизно від 0,2% до 1% вуглецю, тоді як нержавіюча сталь зазвичай містить від 62% до 75% заліза, до 1% вуглецю та понад 10,5% хрому. Нержавіюча сталь також зазвичай містить кілька відсотків нікелю, що може зробити її міцнішою та легшою для роботи.

Дослідник матеріалів Тім Коллінз наголосив, що хром є ключовим фактором стійкості нержавіючої сталі до іржі. Адже цей елемент реагує з киснем у навколишньому середовищі для створення "пасивного шару" оксиду хрому (Cr2O3) на поверхні металу. Цей шар перешкоджає потраплянню кисню до заліза в сталі та утворення іржі.

За словами Коллінза, пасивний шар нержавіючої сталі має товщину лише кілька нанометрів і тому невидимий. Шар оксиду хрому також може самовідновлюватися, якщо він пошкоджений. Цікаво, що він інертний, тобто не вступає в хімічну реакцію з іншими речовинами, а також він не вимивається за межі поверхні металу, що робить нержавіючу сталь придатною для виробництва харчових продуктів, хірургії та інших застосувань.

Випадкове відкриття

Сучасна нержавіюча сталь була розроблена в 1912 році англійським металургом Гаррі Брірлі, який вивчав сталеві сплави для запобігання корозії в стволах гармат.

Тім Коллінз розповів, що Брірлі створив сплав із заліза, вуглецю, хрому та нікелю. Але він не підходив для ствола пістолета, тож дослідник викинув його у своєму дворі. Через кілька тижнів науковець помітив, що блискучий сплав у його дворі не поржавів, тож він розробив матеріал і представив його світові в 1915 році.

За словами Коллінза, нержавіюча сталь зараз становить близько 4% сталі, що використовується в усьому світі щороку, тобто майже 2 мільярди тонн.

Але виготовлення нержавіючої сталі є складним і дорогим процесом – зазвичай у три-п’ять разів дорожче, ніж звичайна сталь. А додавання спеціальних металевих елементів у сплави (наприклад, молібдену для підводних застосувань) може зробити її ще дорожчою.

Науковець з харчових продуктів Університету Джона Гопкінса Канта Шелке зазначила, що нержавіюча сталь має багато переваг. Адже вона стійка до корозії, викликаної харчовими кислотами та хімікатами для чищення – на відміну від алюмінію та міді – і не забруднює їжу, до якої вона торкається.

Нержавіюча сталь також довговічна, міцніша за алюміній і гігієнічна, має непористу поверхню, яку можна легко очистити та дезінфікувати, наголосила Канта Шелке.