راز زنگ نزدن «استنلِس استیل»

یک زنگ خطر دائمی برای «آهن» این است که به راحتی در هوا و آب اکسید می‌شود. حتی فولاد (آلیاژ سخت آهن با آثار کربن) به راحتی زنگ می‌زند، به این معنا که اکسیداسیون به فولاد در ساختمان‌ها، اتومبیل‌ها و لوازم خانگی آسیب می‌رساند. اما همانطور که از نام «فولاد ضدزنگ» یا همان «استنلس استیل» پیداست، به نظر نمی‌رسد زنگ بزند. اما راز این زنگ نزدن چیست؟

به گزارش فرادید، به زبان ساده، شیمی فولاد ضد زنگ، اکسیژن موجود در هوا و محیط را از رسیدن به آهن فولاد باز می‌دارد و از واکنش اکسیداسیون مضر جلوگیری می‌کند.

وقتی آهن با اکسیژن واکنش شیمیایی نشان می‌دهد تا اکسید آهن را شکل دهد، فولاد معمولی زنگ می‌زند. اگرچه زنگ‌زدگی در کل برای انسان ضرری ندارد، اما می‌تواند آهن را به شدت خورده و آن را ناایمن و زشت کند.

فولاد معمولی آلیاژی از ۹۹٪ آهن و بین ۰.۲٪ تا ۱٪ کربن است، در حالی که فولاد ضدزنگ معمولاً بین ۶۲٪ تا ۷۵٪ آهن، تا ۱٪ کربن و بیش از ۱۰.۵٪ کروم دارد. فولاد ضدزنگ همچنین معمولاً دارای چند درصد نیکل است که می‌تواند کار با آن را هم سخت‌تر و هم آسان‌تر کند.

کروم کلید مقاومت در برابر زنگ‌زدگی فولاد ضدزنگ است. کروم با اکسیژن موجود در محیط (معمولاً در هوا و همچنین زیر آب) واکنش می‌دهد تا یک «لایه غیرفعال» از اکسید کروم (Cr2O3) روی سطح فلز ایجاد کند. این لایه از رسیدن اکسیژن به آهن در فولاد برای ایجاد زنگ جلوگیری می‌کند.

لایه‌ی غیرفعال روی فولاد ضدزنگ تنها چند نانومتر ضخامت دارد، پس «نامرئی» است. لایه‌ی اکسید کروم همچنین می‌تواند در صورت آسیب خودش را ترمیم کند. لایه‌ی اکسید کروم خنثی یا بی‌اثر است، به این معنا که از نظر شیمیایی با مواد دیگر واکنش نشان نمی‌دهد و از سطح فلز خارج نمی‌شود و همین امر سبب می‌شود فولاد ضد زنگ برای تولید مواد غذایی، جراحی و سایر کاربردها مناسب باشد.

کشف تصادفی

فولاد ضد زنگ مدرن سال ۱۹۱۲ توسط متخصص ذوب فلزات انگلیسی، هَری برِرلی که در حال مطالعه آلیاژهای فولادی برای جلوگیری از خوردگی در لوله‌های تفنگ بود، ساخته شد.

بررلی آلیاژی از آهن، کربن، کروم و نیکل ایجاد کرد، اما این آلیاژ برای لوله تفنگ مناسب نبود، بنابراین آن را در حیاط خلوت خود انداخت. چند هفته بعد، برلی متوجه شد آلیاژ براق حیاط خانه‌اش زنگ نزده، بنابراین روی این ماده کار کرد و سال ۱۹۱۵ آن را به دنیا معرفی کرد.

فولاد ضدزنگ در حال حاضر سالانه حدود ۴ درصد از فولاد مصرفی سراسر جهان را تشکیل می‌دهد: تقریباً ۲ میلیارد تن.

اما ساخت فولاد ضدزنگ پیچیده و پرهزینه است (معمولاً بین سه تا پنج برابر هزینه تولید فولاد معمولی) و گنجاندن عناصر فلزی خاص در آلیاژها (مانند مولیبدنوم برای کاربردهای زیر آبی) می‌تواند آن را همچنان گران‌تر کند.

در نتیجه، بیشتر کاربردهایی که به فولاد نیاز دارند، از فولاد معمولی یا کربنی استفاده می‌کنند، چه در شرایطی که زنگ نمی‌زند یا جایی که با یک لایه بیرونی رنگ یا پوشش دیگر محافظت می‌شود.

با این حال فولاد ضدزنگ امروزه بیش از همیشه کاربرد دارد، از جمله در تولید مواد غذایی و ایمنی مواد غذایی.

فولاد ضدزنگ مزایای زیادی نسبت به جایگزین‌ها دارد: در برابر خوردگی ناشی از اسیدهای غذا و مواد شیمیایی پاک‌کننده (بر خلاف آلومینیوم و مس) مقاوم است و غذایی را که با آن تماس داشته باشد، آلوده نمی‌کند.

فولاد ضدزنگ بادوام، قوی‌تر از آلومینیوم و بهداشتی است و سطحی غیر متخلخل دارد که می‌توان آن را به راحتی تمیز و ضدعفونی کرد.