震惊冶金专家的古铁柱
在印度首都新德里南郊一座72米的高塔旁有根举世闻名的铁柱，看外观，就像一根黑黝黝的烟囱，实际高7.21米，加上埋在地下起支撑作用的部分，共有8.14米高，直径约0.4米，越往上逐渐变细，顶部则是铃铛一样的圆形装饰。铁柱上的一些部位还刻有一些梵文。它全部是铸铁造就，估计总共重达6吨多。这外貌和这些数据并没有什么吸引人的地方。但是如果了解它的历史，就会觉得它很不一般了。据考证，它很可能是在公元375年到公元413年建造的，为的是纪念印度古代一位王，现在人把它与叱咤一时的阿育王联系起来，把铁柱叫成“阿育王铁柱”。还有人考证说铁柱是公元前912年建造的。就是说，这根铁柱大约经历了1600年到2900年的岁月，如今依然保持着最初的模样！
我们知道，铁是很容易锈蚀的，一块铁块或一根铁棍扔在外面，不出几年，它就全部锈蚀成铁锈了，非常纯净的铁或许锈蚀很慢，但是要冶炼出接近100%的铁，现在的技术也难以达到。这也许就是古代留下的巨石建筑和巨石柱很普遍，但留下的金属物体很少的原因吧。然而阿育王铁柱并非纯铁制造，它含铁量为98%左右，这样的铸铁如何能历经千年而不锈？这可以说震惊了全世界的考古学家和冶金专家。
铁柱竟然自有防护能力
是铁柱的成分特别吗？根据成分化验，冶金专家能化验出铁柱中除了铁之外，还含有接近2%的磷，这种成分在现在的冶金技术冶炼的铁中很少有。现在的冶炼过程一般会加入石灰石，石灰石的加入会把原本矿石中的磷变成磷酸钙等矿渣滤掉了。不过如果向铁中加入磷，试验的结果，铁块也是很容易锈蚀。
是铁柱有一层保护膜吗？检测发现，铁柱外层确实有一层膜，根据x光衍射技术分析这层膜的结构，发现它是磷酸铁、磷酸和水形成的结晶膜，这层结晶膜规则而致密，正是这层膜保护了铁柱不被氧化锈蚀。
当研究者用特殊打磨方法把这层膜打磨掉后，露出的铁很快就生锈了。研究者很后悔并很担心，这次的破坏会不会让铁柱锈蚀出一个洞，进而整个毁掉铁柱？若是这样，他就是罪人了。但让他惊奇而高兴的是，这个保护膜被破坏掉的部分在锈蚀了一段时间后，竟然不会再继续锈蚀下去了！含磷铁柱竟然有防护自己被氧化锈蚀的能力，这与铁等物质扔进浓硫酸中的表现差不多，铁表面会因浓硫酸的氧化而形成致密氧化膜，阻碍浓硫酸进一步氧化内部的铁，从而保护了铁。
铁柱的自我保护膜是如何形成的
看来古代的冶金工艺很有绝招，他们并不用石灰把磷除掉，而是保留了磷的成分，尽量把别的杂质去除。含磷的铁柱开始并不耐腐蚀，可以说氧化锈蚀得很快，在表面会快速形成不规则的氧化铁粉末。对于一般的铁来说，之后氧气和水会继续透过氧化铁粉末，氧化内部的铁。但是对于阿育王铁柱来说，外层铁的氧化导致铁表面磷的含量相对增多，于是之后磷会与氧气和水反应生成磷酸等成分，氧化铁也会变成磷酸铁和水。
开始这几种成分只是覆盖在铁柱表面，随着外界空气干燥和潮湿的不断更替，磷酸及磷酸铁等会不断经历脱水和吸水的过程，相当于反复溶解和结晶一样，这几种成分就逐渐在铁柱表面形成了一层致密的结晶膜，这个过程需要很长时间，时间越长，这层结晶膜越致密，就像酒越酿越香一样。于是阿育王铁柱经历的年代越久远，它外层的保护膜越致密，它就越不容易被氧化锈蚀。
印度模仿铁柱研制防腐蚀铁
这就是阿育王铁柱耐锈蚀的原因。据报道，之后印度的冶金专家也仿照铁柱的成分研制耐腐蚀的铸铁，但是要得到阿育王铁柱这样的铁还是不容易。
现在的铁含有的是少量的碳和锰，磷则是现代冶炼技术极力要去除的杂质，因为磷会在铁的颗粒之间的界面上呆着，让铁整体上变得很脆。但是同样是含磷的阿育王铁柱却为什么能够异常坚韧？
印度冶金专家可以说是克服了重重困难，通过加入另一种金属并采用特殊的热处理方式，终于能够让磷进入铁的颗粒内部，与铁均匀地混合，如此得到的铁果然不脆，而且很坚韧。印度在2006年公布了这项研究成果，含磷2.5%的耐腐蚀铸铁！但这项技术与古人的冶炼工艺好像还不太一致，因为古铁柱中并没有加人另一种金属，看来古人的炼铁工艺很可能更简单。
选自《大科技》2012.5A
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