Rozsdamentes acél: itt a megdöbbentő magyarázat, miért nem rozsdásodik

Ennek a fényes vasötvözetnek a különleges kémiai összetétele olyan védőréteget hoz létre a felületén, amely megakadályozza a rozsdásodást. A rozsdamentes acél a véletlennek köszönheti a létét.

A rozsda állandó veszélyt jelent a minket körülvevő vasra, amely a levegőben és a vízben egyaránt könnyen oxidálódik. Még az acél - a vas nyomokban szénnel kevert kemény ötvözete - is könnyen rozsdásodik, ami azt jelenti, hogy az oxidáció károsítja az épületekben, autókban és készülékekben lévő acélt. A rozsdamentes acél azonban, ahogy a neve is mutatja, nem rozsdásodik.

Rozsdamentes acélból készült edények
Fotó: Mint Images via AFP/© Mint Images

A rozsdamentes acél titka 

Egyszerűen fogalmazva, a rozsdamentes acél kémiai összetétele megakadályozza, hogy a levegőben és a környezetben lévő oxigén elérje az acélban lévő vasat, így megakadályozza a káros oxidációs reakciót. A hagyományos acél akkor rozsdásodik, amikor a vas kémiai reakcióba lép az oxigénnel, és vasoxidot képez. Bár a rozsda általában nem káros az emberre, drasztikusan károsíthatja a vasszerkezetet és nem biztonságossá, ráadásul csúnyává teheti azt. 

A hagyományos acél 99% vasból és körülbelül 0,2-1% szénből álló ötvözet, míg a rozsdamentes acél jellemzően 62-75% vasat, legfeljebb 1% szenet és több mint 10,5% krómot tartalmaz. 

A rozsdamentes acélban általában néhány százalék nikkel is található, ami keményebbé és könnyebben megmunkálhatóvá teszi. 

A króm a rozsdamentes acél rozsdaállóságának kulcsa, mondta a Live Science-nek Tim Collins anyagtudós, a Worldstainless, a World Steel Association ipari csoporttal szövetséges belga székhelyű nonprofit szervezet főtitkára. 

A króm felületén a környezetben - általában a levegőben, de a víz alatt is - oxigénnel reakcióba lépve króm-oxid (Cr2O3) „passzív réteg” jön létre. Ez a réteg megakadályozza, hogy az oxigén elérje az acélban lévő vasat, és rozsdát alakítson ki

 - magyarázta Collins. 

A rozsdamentes acél passzív rétege mindössze néhány nanométer vastag, így láthatatlan. A króm-oxid réteg ráadásul képes öngyógyulni, ha megsérül; inert, ami azt jelenti, hogy nem lép kémiai reakcióba más anyagokkal; és nem szivárog ki a fém felületén túlra, ami alkalmassá teszi a rozsdamentes acélt az élelmiszerek készítésére, a sebészetre és más alkalmazásokra - tette hozzá Collins. 

Véletlen felfedezés 

A modern rozsdamentes acélt 1912-ben fejlesztette ki Harry Brearley angol kohász, aki az acélötvözeteket tanulmányozta a fegyvercsövek korróziójának megelőzésére. Brearley vasból, szénből, krómból és nikkelből állított elő egy ötvözetet. De ez nem volt alkalmas fegyvercsőnek, ezért eldobta a hátsó kertjében, mondta Collins. 

A konyhákban előszeretettel használnak rozsdamentes acélból készül eszközöket
Fotó: Connect Images via AFP / Connect Images via AFP/Connect Images / Pancake Pictures

Néhány héttel később Brearley észrevette, hogy az udvarán lévő fényes ötvözet nem rozsdásodik - így kifejlesztette az anyagot, és 1915-ben bemutatta a világnak. 

Collins szerint a rozsdamentes rozsdamentes acél ma már a világszerte évente felhasznált acél mintegy 4%-át - közel 2 milliárd tonnát - teszi ki. 

Nem olcsó anyag 

A rozsdamentes acél előállítása bonyolult és drága - jellemzően három-ötszöröse a hagyományos acél előállítási költségének - és a speciális fémelemek (például a víz alatti alkalmazásokhoz használt molibdén) ötvözetekbe való beépítése még drágábbá teheti. Emiatt a legtöbb olyan alkalmazásban, ahol acélra van szükség, hagyományos vagy szénacélt használnak, lehetőleg olyan körülmények között, ahol az nem rozsdásodik, vagy ahol külső festékréteggel vagy más bevonattal védik. 

Collins szerint azonban a rozsdamentes acélt ma már több alkalmazásban használják, mint valaha, többek között az élelmiszer-előállításban és az élelmiszerbiztonságban. Kantha Shelke, a Johns Hopkins Egyetem élelmiszerkutatója a Live Science-nek elmondta, hogy 

a rozsdamentes acélnak számos előnye van az alternatívákkal szemben: ellenáll az élelmiszersavak és a tisztító vegyszerek okozta korróziónak - ellentétben az alumíniummal és a rézzel -, és nem szennyezi be az élelmiszereket, amelyekhez hozzáér.

 A rozsdamentes acél tartós is, erősebb az alumíniumnál, és higiénikus, nem porózus felületű, könnyen tisztítható és fertőtleníthető - írta Shelke e-mailben.