铬元素的发现和不锈钢的诞生

铬元素的发现和不锈钢的诞生

2017-01-23 作者: xuzhiping 浏览: 4073 次

摘要: 铬元素的发现 1770年,俄罗斯矿物学家帕拉斯在乌拉尔地区采集到一块奇特的矿石,他在工作日记中曾这样描述过它:“这种矿石有各种颜色,有些像是朱砂。这种沉重的矿石晶体具有不规则的四面体,嵌在石英中好像红宝石……”后来他将这种矿石标本送往欧洲的一些化学实验室,希望...

铬元素的发现

1770年,俄罗斯矿物学家帕拉斯在乌拉尔地区采集到一块奇特的矿石,他在工作日记中曾这样描述过它:“这种矿石有各种颜色,有些像是朱砂。这种沉重的矿石晶体具有不规则的四面体,嵌在石英中好像红宝石……”后来他将这种矿石标本送往欧洲的一些化学实验室,希望对它进行分析与研究。

1794年,法国化学家沃克兰研究了这种矿石,只发现其中含有铅及铁和铝等成分。三年以后,他再次研究这种矿石。当他将1份矿石粉末与2份碳酸钾混合并加水煮沸后,除了得到碳酸铅的沉淀以外,还发现溶液呈现黄色。当他向黄色的溶液中加入氯化汞时,得到一种红色的沉淀,这种沉淀与氯化亚锡反应后转变为绿色。原来沃克兰接触到了多种铬离子。

沃克兰意识到在这些颜色变化的背后,隐藏着一种新的化学元素。第二年(1798年),他果然从中分离得到一种新的金属,并取名为Chromium(Cr,铬),词根的原意是“颜色”,因为不同价态铬的化合物和它的离子会呈现不同的颜色。例如:二价铬的强酸盐大多呈蓝色;六价铬离子呈鲜艳的橙黄色;硫酸铬呈黑紫色,仿佛乌金墨玉;三氯化铬(CrCl3)呈深绿色,好像茂密的森林,三氧化铬为紫红色,犹如晚霞;氯化亚铬(CrCl2)为白色,如雪一般……

不锈钢的诞生

铬是一种银灰色的金属,它的硬度达到莫氏9级,是最硬的金属之一。它在空气和水中都非常稳定。铬的耐腐蚀性在金属中也是出类拔萃的。因此,人们常将铬镀在其他金属的表面,一方面有保护作用,另一方面具有很好的装饰效果。例如汽车、摩托车和自行车等的一些零件,以及钟表盘、眼镜架、门把手、小刀、汤匙等日用品,经过镀铬(俗称“镀克罗米”)处理后,件件又光又亮,十分漂亮。

将铬加入钢铁中即可炼制不锈钢,据说这是一个纯属偶然的发现。1913年,英国科学家布里尔受命研制适于制造枪管的合金钢,一次他炼制了一种铬铁合金,经过测试,这种合金材料并不符合制造枪管的要求,因此随手将它丢进了废品堆。经过一段时间以后,布里尔偶然走过废品堆,发现大部分被丢弃的钢铁样品都已镑蚀,而只有一种钢材依然毫不生镑,而且闪亮发光。布里尔立即将它取回重新进行研究,原来它就是铬铁合金。于是“不锈钢”之名也应运而生。

铬铁为什么不会生镑?因为金属铬的化学性质极为稳定,不会被空气氧化和雨水锈蚀,就是接触到像硝酸那样的强氧化剂,它的表面也可以形成一层致密的三氧化二铬保护层,从而阻止进一步被氧化。因此将铬掺入钢铁中,即可炼出一种能够阻止电化学腐蚀的不锈钢。

不锈钢一般含铬量为12%左右(最高可达17%~19%),还含有8%~13%的镍(不含镍的俗称“不锈铁”),同时要求钢铁中的含碳量要低(0.1%),因为过多的碳会形成碳铬化合物从钢的晶粒边界析出,从而降低了铬在晶体内部的含量,使炼出的钢材抗腐蚀能力下降。由于不镑钢的含碳量低,所以它的耐磨性稍逊于一般钢材。

除了不锈钢以外,铬还可炼制具有其他特殊用途的合金。例如:含铬1.5%的合金钢,坚硬耐磨,适于制作滚珠轴承;含铬25%~30%的合金钢,极耐高温与腐蚀,适于制造轧钢机上的导板,它的使用寿命要比普通铸铁长500倍;还有铬与镍的合金,是制造电热器和电炉中电热丝的重要材料;等等。

铬钢的种类十分繁多,常用代号表示不同类别的铬钢。一般Cr前面的数字,表示这种铬钢含碳量的千分数;而0后面的数字则表示铬的百分含量。例如,“1013”表示含碳0.1%、含铬13%的不锈铁。又如,“2Crl8Nil9”表示含碳0.2%、含铬18%、含镍19%的不锈钢。倘若钢材中还有其他重要成分,其代号还可以继续延伸。

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