不銹鋼廚具在食品和飲料行業的應用有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，當其與食物接觸時（尤其是食物烹飪時），不銹鋼制品可能腐蝕溶出少量金屬離子，當過多攝入這些金屬離子時會危害人體的健康，因此廚具不銹鋼的安全問題引起了社會各界的廣泛關注。

    1 、實驗方法

    1.1實驗材料與溶液

    實驗材料：201型不銹鋼

    試樣尺寸：30mm×20mm

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

    測試介質：

    4vol.%HAc溶液

    4vol.%HAc+0.4wt.%NaCl溶液

    溶液溫度：100°C（同時采用冷凝回流器以防止溶液蒸發損失）

    溶液體積：100mL

    表1 201不銹鋼的化學組成

    1.2電化學測量

    實驗采用三電極體系，試樣點焊后半浸泡在沸騰溶液中，于1、3、5、7、9、11和13h時進行腐蝕電位與電化學阻抗譜（EIS）測量。

    1.3金屬元素溶出量測量

    將試樣完全浸泡于沸騰測試溶液中，當浸泡時間達到1、3、5、7、9、11時更換新的溶液，并分別取0~1h、1~3h、3~5h、5~7h、7~9h、9~11h、11~13h時間段的浸泡液10mL，測量金屬元素Fe、Cr、Ni和Mn的溶出量，并計算金屬元素在相應時間的溶出速率。

    1.4表面分析

    取出浸泡13h后的試樣，并用蒸餾水清洗、吹干，對試樣表面鈍化膜進行XPS分析。測量前表面濺射5s以降低污染物的影響。X射線激發源為Al（1486.6eV），用C結合能（284.8eV）對測得的譜峰進行校正，測試結果用XPSPEAK41進行分析。

    2、結果與討論

    2.1腐蝕電位與電化學阻抗譜演變特征

    
    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性鈍化膜，使得腐蝕電位升高；但是，溶液中添加NaCl會減緩鈍化膜的形成與生長，使腐蝕電位達到穩定的時間延長，并導致13h時穩定電位值下降約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移過程的時間常數差別較小，故而兩種溶液中阻抗譜均呈現簡單容抗特征，可用等效電路Rs（Qf（Rf（QdlRt）））對圖2中阻抗譜進行解析。

    表2 阻抗參數的擬合數據

    由表2中數據對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性鈍化膜，使得腐蝕阻力Rp值在13h浸泡后高達105Ωcm2，當然Cl-也會使腐蝕阻力降低約20%；（2）沸騰HAc溶液中添加0.4%NaCl會增強溶液的電導率，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，根據點缺陷模型，這主要與鈍化膜吸收溶液中的Cl-而導致鈍化膜缺陷增多有關。

    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的Fe、Cr、Mn、O和C元素響應峰（其中C來自于污染物），而Ni、Cu元素響應峰十分微弱。Fe和Cr響應峰的組成根據文獻可知，鈍化膜主要由Fe、Cr的氧化物或/和氫氧化物等物質組成。對于含NaCl的溶液，鈍化膜中還檢測到Cl元素，說明Cl-被吸收進入了鈍化膜。

    表3 試樣基體及浸泡13h后表面鈍化膜的原子數比值

    由表3可知，這些數據表明201不銹鋼表面的Fe和Mn在沸騰溶液中發生了優先腐蝕而形成了富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會導致試樣表面鈍化膜的Fe/Cr和Mn/Cr比值均降低，說明Cl-對不銹鋼表面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較高，國家標準（GB9684）采用試樣在沸騰溶液中浸泡0.5h的溶出量作為指標，規定餐/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元素的溶出量均遠小于標準規定值，說明201型不銹鋼在食物環境中具有良好耐蝕性。

    3、結論

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

    （2）兩種沸騰溶液中，不銹鋼的金屬元素Fe和Mn在浸泡初期會發生優先腐蝕，其初期溶出速率相對較高，但隨浸泡時間延長，腐蝕電位和金屬元素的溶出速率均趨于穩定。金屬元素的穩定溶出速率從大到小順序為：Fe>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對不銹鋼的初期腐蝕具有較大影響，會促進Fe與Mn的腐蝕溶出，導致腐蝕電位下降，但腐蝕進入穩定狀態后其影響較小，僅使腐蝕電位和腐蝕阻力輕微下降、Fe與Mn的穩定溶出速率稍有增大，而對Cr與Ni的穩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時間煮沸騰狀態的菜品哦，比如煲湯的話還是用砂鍋更好~