那張人人都在引的相容表,出處是錯的

去查「不鏽鋼螺絲可不可以鎖鋁件」,你會在二十個網站上看到同一張表—— 每種金屬給一個「陽極指數」,兩個相減,戶外不得超過 0.15 V、 室內 0.25 V、溫濕度受控 0.50 V。幾乎每一份都說它出自 MIL-STD-889。 我們去把 MIL-STD-889 讀了。

MIL-STD-889 裡面實際上有什麼

現行版是 MIL-STD-889D,2021 年 7 月 21 日, 標題《Galvanic Compatibility of Electrically Conductive Materials》。 2026 年 4 月 29 日的 Notice 1 確認它仍然有效。 它取代 889C(2016),889C 取代 889B(1976,後續 notice 到 1993)。

在可以讀到全文的這幾版裡:

  • 889B——表 I 是材料群組與保護系統的矩陣;表 II 是海水中的電偶序,按活性到高貴排序,沒有附任何數值
  • 889C——§3.3 要你查表 I 判斷相對相容性;表 II 是海水電偶序,註明資料出自 Army Missile Command 的報告;表 B-I 是純金屬的標準電極電位,那又是另一回事。
  • 889D——表 I 到表 III 給的是在 1:1 面積比、人工海水浸泡條件下的陽極腐蝕速率,分成 0 到 6 級。0 級是低於 0.009 mil/year,那就是「相容」的定義。

沒有任何一版有叫做 Anodic Index 的表,也沒有 0.15/0.25/0.50 V 這條規則。 889D 講得更直接:§3.10 明說它自己的表 IV 電偶序僅供參考, 不得用於決定電偶相容性;前言則說舊的電位差方法沒有納入動力學, 並不是真正的腐蝕速率指標。

889 的初版與 A 版我們拿不到可靠的全文,所以這裡的說法會比網路上的窄一點: 在可以核對的版本裡,那張表不在, 而且沒有任何原始頁面支持這個歸屬。

那張表真正的出處

MIL-F-14072D (ER),1990 年 10 月 4 日—— 一份地面電子設備的表面處理規格。它的 表 VI「Compatible couples」有一欄,欄名就寫著 「Anodic Index (0.01 V)」, 旁邊還列著相對飽和甘汞電極(SCE)的 EMF、材料群組與允許的配對。 金那一組 EMF 是 +0.15 V、指數 0;鎂是 −1.60 V、指數 175。

同樣的方法也出現在連接器規格裡——MIL-DTL-26482H 與 MIL-DTL-28754E 都用一個衍生的陽極指數,並訂 0.25 V 的最大差值。 NASA-STD-6012A 有它自己改過的版本,把所有導電碳歸為 Group 0, 鎂變成 190 而不是 175,所以 NASA 也不是常見那張表的來源。

那個指數是一個衍生尺度,不是材料常數。 有人把一組在室溫海水、相對 SCE 量到的電偶序拿來分群、 以 0.01 V 為單位離散化,再把零點平移到金。 被大量傳抄的版本把電解液與參考電極刪掉了。 那不代表原始資料沒有條件,那代表副本把條件弄丟了。

那三個門檻只追得到一個地方,而它引錯了標準

完整的「惡劣/一般/受控」三級規則,0.15、0.25、0.50 V, 可以定位到 ANSI/SCTE 129-2007 §2.3.5, 一份有線電視產業的標準。那份文件列出這三個門檻, 並把它歸給 MIL-STD-889。那個歸屬是錯的, 而這條規則看起來就是從那裡擴散出去的。

這一組三個數字更早的權威出處,查不到。 其中 0.25 V 單獨拿出來是有軍規依據的——MIL-F-14072D §3.13 以及上面那兩份連接器規格——但那些是地面電子設備與連接器的規格, 這個數字被搬離那個適用範圍之後就撐不住了。

NASA 自己的規則更嚴,而且帶條件:電位差不得超過 0.25 V, 除非實測的耦合電流密度在 1 µA/cm² 以下、沒有蝕坑, 而且試驗的面積比要符合實際設計。最後那一句才是重點, 而那正是那張表沒有辦法表達的東西。

為什麼一個電壓門檻沒辦法單獨回答這個問題

電位差告訴你的是驅動傾向——哪一邊會被攻擊,以及這個電池被推得多用力。 它不告訴你速率,因為速率取決於極化行為、電解液的導電度、 實際潤濕的面積比、有鈍化膜者的鈍化狀態、氧氣供應、溫度與潤濕時間。

面積比是其中算式最清楚的一個。電流在兩極守恆,所以 I = Aaia = Ac|ic|, 而在陰極控制、極化可忽略的情況下, ia ≈ |ic| Ac/Aa。 MIL-STD-889D 附錄 C §C.2.8 講得很具體:陰極控制下, 陰極面積增加兩到三倍、極化可忽略時,電流通常也增加同樣的倍數; 但在混合控制下不成比例,在陽極控制下陰極面積影響很小。

所以大陰極配小陽極是危險的幾何, 也因此小鋁螺絲鎖大片不鏽鋼,比小不鏽鋼螺絲鎖大片鋁更糟。 889B 與 889C 直接這樣寫,建議小螺栓採用相同或更高貴的材料。 機理的完整版在 不鏽鋼螺絲鎖鋁件

不鏽鋼在電偶序上不只佔一個位置

流動海水中、相對 SCE 的典型腐蝕電位:

材料/狀態V vs SCE
鎂與鎂合金−1.60 到 −1.63
−0.98 到 −1.03
鋁合金−0.76 到 −1.00
碳鋼、鑄鐵−0.60 到 −0.72
304 不鏽鋼,活性態−0.44 到 −0.58
316/317 不鏽鋼,活性態−0.33 到 −0.46
304 不鏽鋼,鈍態−0.04 到 −0.10
316/317 不鏽鋼,鈍態0.00 到 −0.10
+0.04 到 +0.06
石墨+0.20 到 +0.30

不鏽鋼出現兩次,而它那兩個位置之間差了數百毫伏—— 取區間中點估算,304 約 0.44 V、316 約 0.35 V。 活性態的 304 就緊鄰碳鋼,邊緣甚至重疊。 在遮蔽、低流速或曝氣不良的含氯環境裡, 這些鋼種可能移向約 −0.5 V vs SCE。

這件事改變的是風險的種類,不是單純把方向倒過來。 不鏽鋼螺絲仍然避免了「緊固件成為小陽極」這件事。 如果它在含氯的縫隙裡失鈍,暴露就轉移到螺絲自己的點蝕、 縫隙腐蝕或開裂——而失鈍同時也可能縮小它對鋁的驅動差。 母材的電偶暴露與緊固件本身的局部腐蝕要各自檢查, 其中一項不能代替另一項。

不鏽鋼為什麼會有鈍化膜、什麼會把它拿掉,在 A2 與 A4 不是「比較好」的等級

台灣不是那張表上的「一般環境」

如果你要從表上挑一列門檻,你挑的那一列對「這個零件住在哪裡」 做了一個假設。在台灣製造或安裝的東西,那個假設通常要比看起來更嚴。

台中港為期一年的曝露試驗,把碳鋼、鋅、銅、鋁 全部依 ISO 9223 分類為 C4。 交通部運輸研究所 2024 年的報告把台灣描述為炎熱、高濕、鹽分高的海島環境, 並指出北部到西部沿海在秋冬的氯鹽沉積較高。 更早一份涵蓋 23 個測站的研究則發現,多數地點對鋅具高腐蝕性。

  • 沿海、港區、迎風面、屋頂、半戶外設備箱,以及任何冷氣會凝露的地方,都應該當成鹽霧加高濕的暴露來看。
  • 「室內」不等於受控。沒有除濕的倉庫、地下室、密閉設備櫃,都可能長時間停在會凝露的濕度。
  • 乾燥天氣沉積下來的鹽會留在那裡,下一次高濕時重新吸水,變回一層導電的薄膜。

剛鍍好的鋅件另有它自己的儲存問題——見 白鏽是一個儲存問題

與其查一個數字,不如做這幾件事

  1. 把三個條件拆掉一個。電偶腐蝕需要電接觸、共用的電解液、可閉合的電流路徑,三者同時存在。絕緣墊圈與襯套、密封、排水、濕式安裝,都比去找一組「相容的金屬」更直接。
  2. 兩邊都塗,或者塗陰極。只塗陽極是個陷阱:那層塗層上一個小破口會變成極小的陽極,而對面的大陰極原封不動。889D §5.4 建議兩邊都塗,或對陰極採犧牲性表面處理。
  3. 先把幾何弄對,再談化學。用比較高貴的小緊固件,往往是正確的設計,不是錯誤。
  4. 別忘了非金屬。石墨與碳纖維複材都是很強的陰極。CFRP 對鋁是這個問題的常見版本,而其中一邊根本不是金屬。
  5. 查一下非電偶類的禁配。889D 附錄 A §A.4.7 警告鈦與鎘、鋅、銀之間可能發生金屬誘發脆化。用電位做的相容表永遠不會告訴你這件事。
  6. 真的重要就去試。ASTM G71 規範在電解液中進行與評估電偶腐蝕試驗,那是替你自己這一組配對取得實際數字的路。

另外注意「相容」這兩個字宣稱了什麼。889D §5.1 提醒: 它的意思是在指定條件下電偶腐蝕很低。 它沒有說任何關於點蝕、縫隙腐蝕或應力腐蝕開裂的事。

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機理與面積比論證的完整版在 不鏽鋼螺絲鎖鋁件。 鍍層那道隔絕買到什麼、能撐多久,在 表面處理怎麼選; 那兩個常被當成階梯的不鏽鋼等級,在 A2 與 A4

參考資料

  • MIL-STD-889D,2021 年 7 月 21 日,《Galvanic Compatibility of Electrically Conductive Materials》——§§1.1–1.3、3.10、5.1、5.3–5.5,表 I–IV,附錄 A §A.4.7,附錄 C §§C.2.7–C.2.12;Notice 1,2026 年 4 月 29 日(確認有效)
  • MIL-STD-889C(2016)§3.3、表 I/II/B-I;MIL-STD-889B(1976)表 I–II
  • MIL-F-14072D (ER),1990 年 10 月 4 日——§3.13 與表 VI「Compatible couples」,欄名「Anodic Index (0.01 V)」
  • MIL-DTL-26482H §6.6/表 XXXI;MIL-DTL-28754E §6.5/表 VI——衍生陽極指數,0.25 V 最大差值
  • NASA-STD-6012A——表 1(修改過的陽極指數)與 §4.9.4a
  • ANSI/SCTE 129-2007 §2.3.5——0.15/0.25/0.50 V 規則,以及它對 MIL-STD-889 的歸屬
  • ASTM G82-98(2021)e1——電偶序的建立與用於預測;ASTM G71-81(2024)——在電解液中進行與評估電偶腐蝕試驗
  • ISO 16364:2026——電偶腐蝕控制指引;ISO 7441:2015;ISO 9223:2012
  • Lo 與 Lin,2018,Materials and Corrosion——台中港一年曝露,ISO 9223 C4;Corrosion Science 48 (2006)——台灣 23 測站研究;交通部運輸研究所,2024
  • Australasian Corrosion Association——海水電偶序電位

任何一個組裝的允收,由你的圖面與你自己的試驗決定。

在同一個問題的緊固件那一側,結構螺栓規範提供了一種耐候型式,並 說明型式未經指定時兩種都可以供貨

有一份標準把異種金屬這個問題變成了一項設計特徵: 一根螺柱可以是兩種材料摩擦焊起來的, 好讓會變成焊道的那一端與母材相同。

這一篇屬於第 1 步,母材。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲

常見問題

陽極指數那張表是出自 MIL-STD-889 嗎?

不是。在可以讀到全文的 MIL-STD-889B、889C 與 889D 裡,都沒有一張叫 Anodic Index 的表。那幾版用的是材料群組的相容矩陣、一張沒有數值的海水電偶序,以及 2021 年版的陽極腐蝕速率矩陣。那張每個金屬給一個指數的表,可追溯到 1990 年的 MIL-F-14072D,一份地面電子設備的表面處理規格,它的表 VI 有一欄的欄名就是以 0.01 伏特為單位的 Anodic Index。

0.15、0.25、0.50 伏特這條規則是哪裡來的?

完整的三級規則可以定位到 ANSI/SCTE 129-2007 的 §2.3.5,那份文件列出它並歸給 MIL-STD-889。我們查過的每一版 MIL-STD-889 的條文都不支持這個歸屬。這三個數字作為一組更早的權威出處,查不到。其中 0.25 伏特單獨出現在 MIL-F-14072D 與連接器規格裡,但那些適用於地面電子設備與連接器。

現行的 MIL-STD-889 改用什麼取代電位差?

MIL-STD-889D 用的是在 1:1 面積比、人工海水條件下量到的陽極腐蝕速率來分級,從 0 級低於每年 0.009 mil,也就是相容的定義,一直到 6 級超過每年 100 mil。它的前言指出舊的電位差方法沒有納入動力學,不是腐蝕速率指標;§3.10 則說它自己那張電偶序表僅供參考,不得用於判定相容性。

為什麼不鏽鋼在電偶序上會出現兩次?

因為它的位置取決於鈍化膜在不在。海水中相對飽和甘汞電極,鈍態的 304 大約在 −0.04 到 −0.10 伏特,活性態的 304 則在 −0.44 到 −0.58,緊鄰碳鋼。兩者相差數百毫伏。在遮蔽、低流速或曝氣不良的含氯環境裡,這些鋼種可能移向約 −0.5 伏特。

面積比是不是比電位差更重要?

電位差表示的是驅動傾向;在陰極控制的情況下,面積比會強烈影響穿透速率。MIL-STD-889D 附錄 C 指出,陰極控制且極化可忽略時,陰極面積增加兩到三倍,電流通常增加同樣的倍數;但在混合控制下不成比例,在陽極控制下陰極面積影響很小。大陰極配小陽極是危險的幾何。

緊固件應該比被鎖的零件高貴還是活性?

通常選比較高貴的,因為緊固件是接合裡最小的一塊金屬,而小陽極會把攻擊集中起來。MIL-STD-889B 與 889C 建議小螺栓採用相同或更高貴的材料。代價是鈍態的緊固件在含氯的縫隙裡可能失去鈍化膜,發生自己的點蝕或縫隙腐蝕,所以母材的暴露與緊固件的暴露兩邊都要檢查。

詢價

如果這個接合把兩種不同金屬鎖在一起,送螺絲規格時請一併告訴我們對方的材質、 使用環境,以及組裝後有沒有密封。那些決定表面處理, 而表面處理通常是愈早做對愈便宜的一項。

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