不銹鋼廚具在食品和飲料行業(yè)的應(yīng)用有80多年的歷史了，不銹鋼鍋、碗、熱水壺等用品深受人們喜愛。然而，當(dāng)其與食物接觸時(shí)（尤其是食物烹飪時(shí)），不銹鋼制品可能腐蝕溶出少量金屬離子，當(dāng)過多攝入這些金屬離子時(shí)會(huì)危害人體的健康，因此廚具不銹鋼的安全問題引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。

    1 、實(shí)驗(yàn)方法

    1.1實(shí)驗(yàn)材料與溶液

    實(shí)驗(yàn)材料：201型不銹鋼

    試樣尺寸：30mm×20mm

    預(yù)先處理：其表面用碳化硅水磨砂紙逐級(jí)打磨至1000#，然后用丙酮擦洗除油，酒精和蒸餾水清洗，熱風(fēng)吹干備用。

    測(cè)試介質(zhì)：

    4vol.%HAc溶液

    4vol.%HAc+0.4wt.%NaCl溶液

    溶液溫度：100°C（同時(shí)采用冷凝回流器以防止溶液蒸發(fā)損失）

    溶液體積：100mL

    表1 201不銹鋼的化學(xué)組成

    1.2電化學(xué)測(cè)量

    實(shí)驗(yàn)采用三電極體系，試樣點(diǎn)焊后半浸泡在沸騰溶液中，于1、3、5、7、9、11和13h時(shí)進(jìn)行腐蝕電位與電化學(xué)阻抗譜（EIS）測(cè)量。

    1.3金屬元素溶出量測(cè)量

    將試樣完全浸泡于沸騰測(cè)試溶液中，當(dāng)浸泡時(shí)間達(dá)到1、3、5、7、9、11時(shí)更換新的溶液，并分別取0~1h、1~3h、3~5h、5~7h、7~9h、9~11h、11~13h時(shí)間段的浸泡液10mL，測(cè)量金屬元素Fe、Cr、Ni和Mn的溶出量，并計(jì)算金屬元素在相應(yīng)時(shí)間的溶出速率。

    1.4表面分析

    取出浸泡13h后的試樣，并用蒸餾水清洗、吹干，對(duì)試樣表面鈍化膜進(jìn)行XPS分析。測(cè)量前表面濺射5s以降低污染物的影響。X射線激發(fā)源為Al（1486.6eV），用C結(jié)合能（284.8eV）對(duì)測(cè)得的譜峰進(jìn)行校正，測(cè)試結(jié)果用XPSPEAK41進(jìn)行分析。

    2、結(jié)果與討論

    2.1腐蝕電位與電化學(xué)阻抗譜演變特征

    
    圖1 試樣在溶液（a）4%HAc和（b）4%HAc+0.4%NaCl  中的腐蝕電位曲線

    由圖1可知，試樣表面在沸騰溶液中均可逐漸形成保護(hù)性鈍化膜，使得腐蝕電位升高；但是，溶液中添加NaCl會(huì)減緩鈍化膜的形成與生長(zhǎng)，使腐蝕電位達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間延長(zhǎng)，并導(dǎo)致13h時(shí)穩(wěn)定電位值下降約50mV。

        圖2 試樣在兩種溶液中浸泡13h后的電化學(xué)阻抗譜

    由圖2可知，兩種溶液中Nyquist圖均由一段曲率半徑很大的容抗弧組成，并且兩條容抗弧幾乎重合在一起，說明它們的曲率半徑差別較小。由于腐蝕電位與阻抗值均較高，試樣表面鈍化膜與電荷轉(zhuǎn)移過程的時(shí)間常數(shù)差別較小，故而兩種溶液中阻抗譜均呈現(xiàn)簡(jiǎn)單容抗特征，可用等效電路Rs（Qf（Rf（QdlRt）））對(duì)圖2中阻抗譜進(jìn)行解析。

    表2 阻抗參數(shù)的擬合數(shù)據(jù)

    由表2中數(shù)據(jù)對(duì)比分析可獲得如下幾方面信息：（1）無論溶液中是否引入Cl-，不銹鋼試樣表面均可形成保護(hù)性鈍化膜，使得腐蝕阻力Rp值在13h浸泡后高達(dá)105Ωcm2，當(dāng)然Cl-也會(huì)使腐蝕阻力降低約20%；（2）沸騰HAc溶液中添加0.4%NaCl會(huì)增強(qiáng)溶液的電導(dǎo)率，使得溶液電阻Rs明顯降低；（3）溶液中引入Cl-使Y0,f與Y0,dl均變大，即鈍化膜和雙電層電容均增大，根據(jù)點(diǎn)缺陷模型，這主要與鈍化膜吸收溶液中的Cl-而導(dǎo)致鈍化膜缺陷增多有關(guān)。

    2.2試樣表面鈍化膜的XPS分析

    圖3兩種溶液中浸泡13h后試樣表面的XPS寬譜：（a） 4%HAc和（b） 4%HAc + 0.4%NaCl

    由圖3可知，兩種溶液中形成的鈍化膜有較強(qiáng)的Fe、Cr、Mn、O和C元素響應(yīng)峰（其中C來自于污染物），而Ni、Cu元素響應(yīng)峰十分微弱。Fe和Cr響應(yīng)峰的組成根據(jù)文獻(xiàn)可知，鈍化膜主要由Fe、Cr的氧化物或/和氫氧化物等物質(zhì)組成。對(duì)于含NaCl的溶液，鈍化膜中還檢測(cè)到Cl元素，說明Cl-被吸收進(jìn)入了鈍化膜。

    表3 試樣基體及浸泡13h后表面鈍化膜的原子數(shù)比值

    由表3可知，這些數(shù)據(jù)表明201不銹鋼表面的Fe和Mn在沸騰溶液中發(fā)生了優(yōu)先腐蝕而形成了富Cr鈍化膜，并且Fe比Mn更易被腐蝕溶解。在4%HAc溶液中添加0.4%NaCl會(huì)導(dǎo)致試樣表面鈍化膜的Fe/Cr和Mn/Cr比值均降低，說明Cl-對(duì)不銹鋼表面Fe和Mn的腐蝕溶解具有一定程度的加速作用，尤其是Fe因被加速腐蝕而使Mn/Fe比值從0.20略微升高到0.23，這些結(jié)果與表2中Rp值的降低（從4.64?105降到3.72?105Ωcm2）相一致。

    2.3金屬元素的溶出速率

   
    圖4 兩種溶液中試樣在不同浸泡時(shí)間的 （a） Fe、（b） Cr、（c） Mn和（d） Ni溶出速率

    由于浸泡初期金屬元素的溶出速率相對(duì)較高，國家標(biāo)準(zhǔn)（GB9684）采用試樣在沸騰溶液中浸泡0.5h的溶出量作為指標(biāo)，規(guī)定餐/廚具用不銹鋼的Cr與Ni元素溶出量分別小于4和1μgcm-2，Mn元素溶出量尚未明確的限定。從圖4可見，201型不銹鋼經(jīng)1h浸泡后，在4%HAc沸騰溶液中的Cr與Ni元素溶出量分別為0.23和0.17μgcm-2，而在4%HAc+0.4%NaCl沸騰溶液中的Cr與Ni元素溶出量為0.29和0.19μgcm-2。由此可知，兩種溶液中Cr與Ni元素的溶出量均遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值，說明201型不銹鋼在食物環(huán)境中具有良好耐蝕性。

    3、結(jié)論

    （1）在4%HAc和4%HAc+0.4%NaCl沸騰溶液中，201型Cr-Mn系不銹鋼均處于穩(wěn)定鈍化腐蝕狀態(tài)，其表面能形成保護(hù)性富Cr鈍化膜，使腐蝕阻力達(dá)105Ωcm2。

    （2）兩種沸騰溶液中，不銹鋼的金屬元素Fe和Mn在浸泡初期會(huì)發(fā)生優(yōu)先腐蝕，其初期溶出速率相對(duì)較高，但隨浸泡時(shí)間延長(zhǎng)，腐蝕電位和金屬元素的溶出速率均趨于穩(wěn)定。金屬元素的穩(wěn)定溶出速率從大到小順序?yàn)椋篎e>Mn>Cr>Ni，但溶出速率值均很小。

    （3）在4%HAc沸騰溶液中添加0.4%NaCl對(duì)不銹鋼的初期腐蝕具有較大影響，會(huì)促進(jìn)Fe與Mn的腐蝕溶出，導(dǎo)致腐蝕電位下降，但腐蝕進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后其影響較小，僅使腐蝕電位和腐蝕阻力輕微下降、Fe與Mn的穩(wěn)定溶出速率稍有增大，而對(duì)Cr與Ni的穩(wěn)定溶出過程幾乎沒有影響。

小編建議：

    大家最好不要使用不銹鋼鍋長(zhǎng)時(shí)間煮沸騰狀態(tài)的菜品哦，比如煲湯的話還是用砂鍋更好~