ステンレスは元々錆びている？ | 知識は奪われない財産〜雑学・小ネタ集〜

Q：ステンレスって

錆びないんですかね

A：鉄にクロムを

混ぜることによって

内部までの酸化を

防いでいます

詳細：高温に強く
錆びないのがステンレスの特徴です
ステンレスの主原料は鉄ですが
鉄だけでは
空気や水の中の酸素と反応して
酸化鉄である錆びが生じてしまいます
そこで、常温で酸化されることのない
「クロム」を混ぜます
鉄に「クロム」を混ぜた合金をつくると
すぐに表面は酸化されますが
内部まで酸化をしようとする作用を
「クロム」が止めるので
合金の表面を酸化膜が覆う形になります
この「錆びの膜」によって
内部の鉄を保護し
独特の光沢が保たれて
腐食を防いでいます

内部までの酸化を

混ぜ込んだクロムによって

防いでいるということですね

ステンレス鋼
1. 鉄の錆
まとめ

ステンレス鋼

鉄に一定以上のクロムを含ませた
腐食耐性を持つ合金鋼

クロム：銀白色で硬く、天然では酸化物の形で産出(クロム鉄鉱)、常温では錆びにくく、耐腐食性・耐熱性に優れる

合金鋼(ごうきんこう)：炭素鋼に元素を添加させてその性質を改善し、目的に適合するようにした鋼(はがね)

炭素鋼：２％以下の炭素を含む鉄、加工が容易で、炭素含有量が増えるほど鋼は硬くなるが脆くなる

ステンレス鋼の規格

クロム含有量が 10.5 %（質量パーセント濃度）以上、炭素含有量が 1.2 % 以下の鋼と定義される。単にステンレスとも呼ばれ、かつては不銹鋼（ふしゅうこう）と呼ばれていた。1910年代前半ごろに発明・実用化された。
参考：wikipedia

銹：錆び、空気や湿気などの作用で金属表面に生じる酸化物や炭酸塩などの皮膜

炭酸塩：主に加熱により二酸化炭素が発生して金属酸化物を生じさせる

なぜ錆びないのか？

ステンレス鋼に含まれているクロムによって不働態皮膜という数ナノメートル(10億分の1m)の極めて薄い皮膜が表面に形成されて金属を腐食から保護している
不働態皮膜は傷がついても回復し、ステンレス鋼は一般的な環境なら錆びることはないが、万能というわけではなく、局所的な腐食はあり得る
生活排水・下水などの塩化物イオン(Cl⁻)濃度が高い環境では孔食などに注意が必要といわれている

不働態皮膜(ふどうたいひまく)：金属表面に腐食作用に抵抗する酸化被膜が生じた状態のこと

Cl⁻：Chlorine(クローリーン)、塩素の元素記号、陰イオン

イオン　：電気を帯びた原子・原子団、正の電気を帯びたものを陽イオン、負の電気を帯びたものを陰イオンという

陽イオン：電子を放出し、＋の電気を帯びたイオン
(ex.ナトリウムイオン)

陰イオン：電子を受け取り、ーの電気を帯びたイオン
(ex.塩化物イオン)

孔食(こうしょく)：材料中の一部が穴状に侵食する腐食、塩化物イオンを含む水溶液中で起こりやすい

鉄の錆

化学反応

錆は、酸化還元反応により鉄表面が電子を失ってイオン化し、鉄表面から脱落して行くことで進行する。電気化学的な反応なので、錆が発生するかどうかは電位と pH に依存する。生じたイオンは酸素により鉄酸化物（酸化鉄）、または水により含水酸化物（水酸化鉄やオキシ水酸化鉄）に変化して鉄表面に堆積する。
参考：wikipedia

酸化還元反応：原子・イオン・化合物間で電子の授受がある反応、一組の酸化される物質と還元される(物質から酸素が奪われる)物質が両方存在して完結する

イオン化：電気的に中性の原子や分子が電子を失うか得るかをすることでイオンになること、電離

電位：２点間に一定の電気量を運ぶために必要なエネルギー

pH(ペーハー)：水素イオン濃度指数、液の酸性・アルカリ性を表すのに用いる、中性は７・酸性は７より小さい・アルカリ性は７より大きい

すなわち

酸素や水がある所に鉄を放置すると錆が生じる
錆自身が水分や汚れを留め、鉄表面に凸凹を形成して反応する面積が増大することで急速に錆は進行してしまい、悪循環になる
河川や海洋では、水と大気が同時に存在する水面が最も錆びやすい

錆を誘発するもの

海水

海水は「Cl⁻」が、海風には塩の粒子が含まれているので、海岸部では耐候性鋼のものでも無塗装では使えない模様(塩害)

耐候性鋼(たいこうせいこう)：鋼表面に保護性錆を形成するように設計された低鉄合金鋼、緻密な錆が鋼材表面を保護し、錆の進展が時間の経過と共に抑制される

体液

汗・血液・尿などにも「Cl−」が含まれており、鉄鋼に錆を生じさせる、素手で触らないようにし、よく手入れをすることが必要

融雪剤

融雪剤に含まれている塩化カルシウムにも「Cl⁻」が含まれており、鉄製が主な自動車に錆を生じさせる
防錆塗料などが進化しているが、厳冬地では車外から確認できない隙間から融雪剤を含む水分が入り込むことがある

塩化カルシウム：除湿剤・融雪剤・豆腐用凝固剤などに利用される

とにもかくにも「Cl⁻」←が錆びさせるようですね

錆のお手入れ

軽い赤錆は金属製のワイヤーブラシでこする
軽い青錆は「酢：塩＝1：1」の液に漬ける・「重曹：水＝2：1」のペーストを塗る

赤錆にも重曹ペーストが使用出来るようです

錆の利用

使えなくなってしまったものの

代表的な錆ですが

使い捨てカイロなどに

この化学反応が利用されています

カイロ

鉄が大気中の酸素と反応して酸化鉄(水酸化第二鉄)になる際に出る熱を利用
カイロ内の成分は、鉄粉の錆促進のための水・サラサラさせるための保水剤「バーミキュライト」・空気を取り込んで酸素の供給促進のための活性炭が含まれている
カイロ本体は空気を通さない不織布・カイロ外装も空気を遮断するフィルムで出来ている

バーミキュライト：「ヒル石」という人口用土、カイロ内にある多くの水分を取り込んで鉄粉を湿らせない保水剤の役目を担う

不織布：繊維を織らずに絡み合わせたシート状のもの、繊維を熱・機械的・化学的な作用で接着したもの