چرا فولاد ضدزنگ، زنگ نمی زند؟ - سفر به کیش

غزال زیاری: زنگ زدگی خطری دائمی برای اشیای آهنی اطراف ماست که به راحتی در مجاورت هوا و آب اکسید می شوند. حتی فولاد (آلیاژ سخت آهن با ترکیبی از کربن) به راحتی زنگ می زند؛ بدین معنا که اکسیداسیون، به فولاد به کاررفته در ساختمان ها، اتومبیل ها و لوازم خانگی آسیب می رساند.

اما همان طور که از نامش پیداست، فولاد ضدزنگ (Stainless steel) زنگ نمی زند؛ اما راز این ماجرا در کجا نهفته است؟

ترکیب جادویی فولاد ضدزنگ

به زبان ساده، شیمی به کاررفته در فولاد ضدزنگ، در واقع مانع از رسیدن اکسیژن موجود در هوا و محیط به آهن فولاد شده و از واکنش اکسیداسیون مضر جلوگیری می نماید. زمانی که آهن با اکسیژن، واکنش شیمیایی می دهد و اکسید آهن تشکیل می گردد، فولاد معمولی دچار زنگ زدگی خواهد شد.

اگر چه به طورکلی، زنگ زدگی برای انسان مضر نیست، اما می تواند باعث خوردگی آهن شده و آن را زشت و ناایمن کند.

فولاد معمولی، آلیاژی متشکل از 99٪ آهن و بین 0.2٪ تا 1٪ کربن است؛ اما فولاد ضدزنگ معمولاً بین 62٪ تا 75٪ آهن، 1٪ کربن و بیش از 10.5٪ کروم دارد. در عین حال در فولاد ضدزنگ چند درصد نیکل نیز وجود دارد که همین کار کردن با آن را سخت تر و از بعضی لحاظ آسان تر می نماید.

تیم کالینز، دانشمند مواد و دبیر کل Worldstainless (سازمان غیرانتفاعی مستقر در بلژیک و متحد با گروه صنعتی انجمن دنیای فولاد) در این باره شرح داد: کروم، کلید مقاومت فولاد ضدزنگ در برابر زنگ زدگی است. کروم با اکسیژن موجود در محیط (هوا و آب) واکنش می دهد و یک لایه غیرفعال از اکسید کروم (Cr2O3) را روی سطح فلز ایجاد می نماید. این لایه از رسیدن اکسیژن به آهن موجود در فولاد جلوگیری نموده و مانع از زنگ زدن آن می گردد.

او در ادامه به این نکته اشاره نمود که لایه غیرفعال روی فولاد ضدزنگ، تنها چند نانومتر ضخامت دارد و از همین رو، نامرئی است. حتی درصورتی که لایه اکسید کروم آسیب ببیند، می تواند به خودی خودترمیم گردد؛ یعنی در حالتی بی اثر، ازنظر شیمیایی با مواد دیگر واکنش نشان نخواهد داد. کالینز به این نکته اشاره نمود که این از سطح فلز شسته نمی گردد و از همین رو، فولاد ضدزنگ برای فراوری ظروف طبخ غذا، جراحی و سایر کاربردها ایده آل است.

کشف تصادفی فولاد ضدزنگ

در سال 1912 بود که هری برلی، متالورژیست انگلیسی به صورتی تصادفی، فولاد ضدزنگ مدرن را کشف کرد. او زمانی که مشغول مطالعه آلیاژهای فولادی برای جلوگیری از خوردگی در لوله های تفنگ بود، به فولاد ضدزنگ رسید و آلیاژی از آهن، کربن، کروم و نیکل ایجاد کرد.

کالینز دراین باره شرح داد: آلیاژی که او فراوری کرد، برای لوله تفنگ مناسب نبود. به همین دلیل برلی آن را در حیاط خلوت خود انداخت و چند هفته بعد، متوجه شد که این آلیاژ براق، دچار زنگ زدگی نشده است؛ از همین رو، این ماده را توسعه داد و در سال 1915 این آلیاژ مجذوب کننده را به دنیایان معرفی کرد.

طبق گفته کالینز، در حال حاضر فولاد ضدزنگ، حدود 4 درصد از فولاد مورد استفاده سالانه در سراسر دنیا را تشکیل می دهد. (حدود تقریباً 2 میلیارد تن)

البته باید این را در نظر داشت که فرایند ساخت فولاد ضدزنگ، فرایند پیچیده و پرهزینه ای است که هزینه فراوری آن معمولاً بین سه تا پنج برابر فولاد معمولی خواهد بود. در عین حال، گنجاندن عناصر فلزی خاصی در آلیاژها (مثل مولیبدن برای استفاده در زیرآب) می تواند هزینه ساخت آن را همچنان گران تر کند.

درنتیجه، در بیشتر مواقعی که به فولاد احتیاج است، از فولاد معمولی یا کربنی استفاده می گردد؛ چه در شرایطی که زنگ نمی زند یا درجایی که با یک لایه بیرونی رنگ یا پوشش دیگری محافظت می گردد.

کالینز ادامه داد: بااین وجود، حالا از فولاد ضدزنگ برای کاربردهای بیشتری استفاده می گردد؛ از فراوریات مواد غذایی گرفته تا ایمنی مواد غذایی.

کانتا شلکه، دانشمند مواد غذایی دانشگاه جان هاپکینز هم دراین باره گفت: فولاد ضدزنگ مزایای زیادی نسبت به جایگزین های دیگر دارد؛ به عنوان مثال، برخلاف آلومینیوم و مس، در برابر خوردگی ناشی از اسیدهای غذا و مواد شیمیایی پاک کننده مقاوم است و غذایی که با آن تماس دارد را آلوده نمی نماید. فولاد ضدزنگ بادوام تر و قوی تر از آلومینیوم و کاملاً بهداشتی است و سطحی غیر متخلخل دارد که می توان آن را به راحتی تمیز و ضدعفونی کرد.

منبع: livescience

58321