一、鐵的生銹

  眾所周知，在自然界存在的金屬中，除Au（金）、Pt（鉑）等貴金屬系以游離金屬狀態(tài)存在外，其他金屬，例如鐵（Fe），在自然界則系以磁鐵礦和褐鐵礦礦石的形式非常穩(wěn)定地存在。但是，人們通過(guò)冶金，把鐵礦石變成鋼鐵②，就是將鋼鐵從氧化鐵（礦石）的穩(wěn)定狀態(tài)變成了不穩(wěn)定狀態(tài)。自然界的萬(wàn)物都有從不穩(wěn)定態(tài)“回歸”到穩(wěn)定態(tài)的強(qiáng)烈傾向，這是自然規(guī)律。鋼鐵在大氣中的生銹就是這種“回歸”現(xiàn)象的自然反映。

  生銹就是鋼鐵與大氣中的氧作用，在表面形成了 沒(méi)有保護(hù)性的疏松且易剝落的富鐵氧化物或氫氧化物，也就是鋼鐵又變回了“礦石”。鐵的生銹，是鐵在大氣中從金屬變成的離子化過(guò)程，是一種典型的腐蝕現(xiàn)象。為了防止鋼鐵生銹（腐蝕），人們只有人為地采取表面涂漆等措施，以防止大氣與鋼鐵相接觸。涂漆一旦受到破壞，鋼鐵還會(huì)繼續(xù)生銹。

二、不銹鋼為什么不生鐵銹和耐腐蝕

  早期不銹鋼的不生鐵銹，曾被人們認(rèn)為是一種“神奇”的現(xiàn)象，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期研究和實(shí)踐，人們對(duì)此已經(jīng)有了完全清楚的了解：不銹鋼的不生鐵銹和鋼鐵的生鐵銹二者屬于同一種自然現(xiàn)象。研究發(fā)現(xiàn)，隨鋼中含鉻量的增加，鋼的耐蝕性提高，當(dāng)鋼中含鉻量≥12％后，在大氣中耐蝕性有一個(gè)突變，鋼從不耐腐蝕到耐腐蝕，而且不生鐵銹（如圖1.1）。人們把鋼從不耐腐蝕到耐腐蝕，從生銹變?yōu)椴簧P，稱為從活化過(guò)渡到鈍化，從活化態(tài)變成了鈍化態(tài)。通俗地說(shuō)，鈍（化）態(tài)實(shí)際上是不銹鋼與周?chē)g性介質(zhì)之間的反應(yīng)遲鈍，即不敏感的狀態(tài)。

  研究表明，含鉻量≥12％后，鋼具有了不銹性的原因是由于表面自動(dòng)形成一種厚度非常薄 的無(wú)色、透明且非常光滑的一層富鉻的氧化物膜（示意圖見(jiàn)圖1.2），這層膜的形成防止了鋼的生銹。這層膜稱為鈍化膜。這層鈍化膜的形成實(shí)際上是鋼中鉻元素把自己易形成氧化物（鈍化膜）保護(hù)自己的特性給予了鋼的結(jié)果。

  進(jìn)一步研究還發(fā)現(xiàn)，在氧化性酸介質(zhì)中，例如在硝酸中，隨鋼中含鉻量的增加，鋼的腐蝕速度下降，當(dāng)含鉻量達(dá)到較高含量時(shí)，此鋼便具有了耐蝕性（見(jiàn)圖1.3）。在氧化性介質(zhì)中，不銹鋼耐腐蝕的原因也是由于表面鈍化膜的形成。同理，鋼在酸介質(zhì)中從不耐腐蝕到耐腐蝕，也稱之為從活化過(guò)渡到鈍化，從活化態(tài)變?yōu)殁g化態(tài)。

三、鈍化膜

  研究表明，鈍化膜不僅很薄且無(wú)色透明并可自然形成，而且非常穩(wěn)定，鈍化膜是連續(xù)的、無(wú)孔的、不易溶解、質(zhì)較硬且附著力強(qiáng)并難以剝落的一種氧化物（氫氧化物），即使在使用中受到破壞還可很快自行修復(fù)。

  研究表明，鉻鎳不銹鋼的鈍化膜呈雙層結(jié)構(gòu)，外層為氫氧化物或鹽酸的沉積層，內(nèi)層為具有防護(hù)性的富鉻氧化物膜。18-8（304）鉻鎳不銹鋼的鈍化膜一般為4M3O4 SiO2 H2O，M為Cr、Ni、Fe等元素。        

  鈍化膜的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)隨不銹鋼的化學(xué)成分、處理方法（冷、熱加工，熱處理，拋光，酸洗和表面加工等）的不同以及使用環(huán)境的差異也有所不同。

  研究還表明，隨鋼中含鉻量的增加，鋼的鈍化膜會(huì)從晶態(tài)膜變?yōu)榉蔷B(tài)膜（見(jiàn)表1.1）。由于非晶態(tài)膜缺陷少，結(jié)構(gòu)表面均勻，鉻元素更易富集，所以較普通晶態(tài)膜具有更高的強(qiáng)度和耐蝕性。