夏天,最解暑的莫过于刚从冰箱里取出的一罐罐可乐、雪碧或是凉茶。这样的场景已经司空见惯,可是很少有人知道,包装这些饮料的易拉罐,其中所蕴含的技术丝毫不亚于飞机零件。易拉罐的主体是由金属铝构造的,可如果我们真的取一小块铝片放到可乐里,用不了多久,铝片上就会产生氢气构成的气泡,最终整个铝片都会溶解到可乐中去,因为铝这种材料非常容易被腐蚀。然而,易拉罐居然可以在这样的饮料中浸泡安然无恙。
这多亏了在易拉罐内部薄薄的一层涂膜。通常情况下,我们并不会注意到这层薄膜,因为它实在是太薄了,厚度还不及头发丝直径的十分之一。不过,就是这层膜阻断了可乐与易拉罐相接触,于是铝制的易拉罐就能幸免于难了。
用保护层隔绝金属和腐蚀性液体或气体接触,这是最常见的一种防锈手段。日常生活中,有一种常用的合金叫做马口铁,其实就是铁裹附了一层金属锡。更为常见的是油漆,涂抹在金属表面,也是为了防止金属和空气或水接触,这样就不容易生锈了。不过,用涂层的方式防锈,也有不少缺点,比如给易拉罐的内部喷涂料,如果有些地方没有覆盖到,那就很容易因为生锈导致强度下降,这只易拉罐便会化身一颗定时炸弹。
还好除了保护层之外,还有一种名为阴极保护的防锈手段,常年泡在海水里的船只就要依靠这种办法。我们知道,把一块铁片放到硫酸铜溶液里,铁片就会置换出其中的铜,因为铁的金属活动性要强过铜。如果把两个金属活动性不同的金属放到一起,比如铁和铜贴合在一起呢?我们会发现,铜没那么容易生锈了,可是铁却锈得更快了。同理,如果在铁皮上焊接一块比铁更活泼的金属锌,那么铁皮就会变得稳定,可就是牺牲金属锌了。
这一原理被称为“阴极保护”,两种不同的金属就好比是一个电池的两极,阴极金属自身发生腐蚀,让阳极的金属得以存续。所以,当我们再看到船壳上焊接的锌块时就不必感到奇怪了,是它们让船舶能够抵御强腐蚀性的海水。
但这还不是最保险的办法。
很多年以来,人们都以为生锈是大多数金属的永恒宿命,只有金、铂、铱等少数金属可以逃脱,即使是银、铜、水银这些比较稳定的金属,只要条件适合,它们也还是会生锈,至于铁,生锈就如同瘟疫一般蔓延不止。
直到1914年,历史才被改写了——英国工程师布里尔利给这个世界带来了一种全新的合金,虽然主体还是铁,可就算放到盐水里,这种合金却仍然光亮如新,于是布里尔利将它称为“Stainless Steel”,也就是大名鼎鼎的“不锈钢”。不锈钢之所以会不锈,是因为在金属铁中加了一些铬,有时还有一些其他金属,它们在合金表面形成的致密保护层,如同金属自身的免疫系统一般,让生锈这个瘟疫也无可奈何。
如今,我们的生活已经离不开不锈钢,上天、入地,切菜、割肉,书写、雕塑……不锈钢无所不能,这一切都受益于它的最重要特性——不会生锈。尽管如此,人类仍然不敢说已经战胜了锈蚀这个魔鬼,或许,防锈将会成为人类史上耗时最久的一场战争。一个电路板没生锈的AI:但是,对生锈这种现象加以利用,也能化腐朽为神奇。戳这里查看我们的往期文章:铁生锈真的有害无益吗?
知识点化学九年级下当前世界上每年因腐蚀而报废的金属设备和材料相当于年产量的20~40%,防止金属腐蚀已成为科学研究和技术领域的重大问题。