印度的德里铁柱为何能“千年不锈”？

【印度的德里铁柱为何能“千年不锈”？】古印度文明是人类文明的最主要发源地之一。树立在德里Quutat-ul-Islam（伊斯兰之力）寺遗址外的一根铁柱子或许是个例外，这根高7.2米，最粗处直径40.6厘米，总重达5865千克的大铁柱子上刻有“钱德拉”的铭文，印度人称这是为他们的钱德拉王而建造的纪念碑。
钱德拉王本名叫旃陀罗笈多二世，大约是公元420年前后印度河流域的一个君主，因为具体年代无法考证，铁柱大约有1500年左右的历史。
尽管铁柱曾经被当作战利品缴获并搬运到德里，也曾被炮弹击中留下伤痕，但历经1500年的风雨侵蚀，它的上面依然没有多少铁锈，这被认为是一个奇迹。
一般认为，人类最早对铁的利用是从陨石开始的。人们在埃及古老的金字塔中发现了公元前3500年用陨铁制作的珠子，其中含有7.5%的镍，说明它来自一颗铁流星；在图坦卡蒙墓中还发现了一把由陨铁制成的匕首，其中含有相似比例的铁、0.6%的钴和11%的镍。冶金考古学家们认为可能早在公元前2500~3000年，古埃及人就已经在利用陨铁来制作工具了。陨石铁具有相对的柔软性和韧性，易于冷锻，但加热后它会变脆，这是因为其中含有高比例镍的缘故。
人类最早学会从铁矿石中冶炼铁，是在公元前1600年的古巴比伦时期。其后两河流域的炼铁技术随着雅利安人的入侵及迁徙被带到了印度河流域，雅利安人的后代吠陀人由此成为印度冶金业的祖先。
在焦炭被发现和利用前，古人大多燃烧木炭来冶炼铁，通过对这一时期印度出土的铁器以及炉渣进行化学分析，其中掺杂有过量的磷，这被认为是燃烧木炭留下的证据之一。铁中含磷超标在今天来说属于不合格产品，但它却为印度人锻造的铁柱带来了意外的结果。
现在流行的大马士革钢最早产于印度，它的原铁通过贸易回到了中东，并加工出带有美丽花纹的刀具，事实上生产这种铁的工艺早在公元13世纪就已经失传，据称它是由一种被称为“海绵铁”的初级冶炼铁锻打而成，这与日本传统的武士刀的加工原料非常近似。由于木炭无法为矿石加热到足够的温度，铁不能完全熔化，其中会混有少量炉渣、杂质和气孔，需要通过反复加热和锻打来去除。与大马士革钢一样，德里的铁柱也是由这种海绵铁一块一块、一锤一锤地锻打出来的。
冶金学家们已经证实，印度古老铁柱之所以能“防锈”，并不是因为当时的工匠们掌握了什么先进的冶铁技术。恰恰相反，这是因为当时冶炼工艺的落后，导致铁中掺杂了过量磷的结果。
在位于印度中央邦的达尔城，也有一根锻铁的支柱，它的总长度达到13.21米，总重量比德里的铁柱重了整整1吨，据称这根铁柱是公元11世纪帕拉马拉国王Bhoja建立的胜利之柱。现在这根柱子被分割成三截横放在地上。
研究人员从这根倒卧的铁柱上取样进行分析后发现，它与德里铁柱一样掺杂着许多杂质，并且每一部分的杂质比例都不相同，其中磷的含量从0.693%~0.851%，这是一个非常高的比例。而它千年不锈的原因就在这里。
我们知道，铁在潮湿的环境下很容易与空气中的氧气发生氧化反应生成氧化铁，也就是我们常说的铁锈，铁锈产生会腐蚀铁的表面，使其呈多孔的海绵状，从而与空气的接触面增加，这将导致锈蚀向铁件的内部发展。
当铁发生氧化时会首先生成羟基氧化铁，当外部环境合适时，这个化学反应的过程很快。随后，铁中含有的熔渣和还没有被还原的铁氧化物（第二相颗粒）改变了铁的极化特征，使金属界面出现磷富集，从而间接促进了铁的钝化。这时候第二相颗粒作为阴极，而金属本身作为阳极，在潮湿空气中发生微小的电偶腐蚀反应，部分初始氢氧化铁也转化为磁铁矿，这在一定程度上减缓了腐蚀过程。
印度河与恒河流域常常是雨水与干旱交织，这种环境为铁表面的磷酸形成创造了条件，随着时间的推移，在铁的表面形成一层致密的磷酸氢铁水合物结晶，它使铁表面钝化，从而阻止氧气与内部的铁发生化学反应，铁柱也就不再生锈了。