阵列电极技术介于微区电化学技术和传统电化学测试方法之间，它是一种由常规电化学方法与微探针技术相结合而成的技术手段。区别于传统电极(工作面积100 mm2以上)，阵列电极表面的每根金属电极的工作面积仅为0.785 mm2，因此该电极也被定义为阵列微电极。阵列微电极技术由于具有检测速率快，数据精准度高，区域分辨率高等优点，已经成为揭示金属材料及涂层局部腐蚀行为的重要技术方法。


由于此类电极的制备工艺复杂，对金属基材质量要求严苛，成品率低的原因，在很大程度上限制了阵列微电极技术在更广泛领域的应用。本文分别制备Q235，45和T9碳钢的单一成分阵列微电极和同时含有这三种碳钢且按照4:3:3的面积比进行梯度排布的阵列微电极。基于阵列微电极技术，辅以常规电化学方法，微区电化学技术，微观形貌表征以及理论计算等多种技术相结合的方式研究碳钢在不同环境条件中的腐蚀特征和规律，期望进一步拓展该技术在不同腐蚀条件下对金属材料的检测与应用范围。


主要内容如下:


1、利用单一成分和梯度成分的碳钢阵列微电极研究了Q235，45以及T9碳钢在25℃于3.5wt.%NaCl溶液中的局部腐蚀行为。结果发现:三种碳钢的局部腐蚀强度为:45Q235T9;在成分梯度分布的阵列微电极中的T9碳钢表面的平均阳极电流比T9单一成分阵列微电极表面的平均电流高出1个数量级，并且成分梯度阵列微电极中的T9碳钢表面被腐蚀的尤为严重。微观SEM图谱佐证了该实验现象。研究表明阵列微电极技术能够对三种碳钢在室温条件下于3.5wt.%NaCl溶液的腐蚀行为规律及其特征进行准确表征。


2、利用单一成分的阵列微电极对Q235，45以及T9碳钢材料的缝隙腐蚀行为进行研究。半覆盖缝隙结构下，三种碳钢对缝隙腐蚀的敏感性强弱顺序为:Q23545T9，全覆盖缝隙结构下，三种碳钢对缝隙腐蚀的敏感性强弱顺序为:T945Q235。SEM图谱佐证了该实验结果。阵列微电极技术能够表征和揭示三种碳钢于3.5wt.%NaCl溶液中的缝隙腐蚀规律并且进一步丰富缝隙腐蚀理论。


3、采用成分梯度分布的碳钢阵列微电极研究三种碳钢在不同温度下的3.5wt.%NaCl溶液体系中的腐蚀行为。结果表明:温度为60℃条件下的测试初期，T9碳钢表面为主要阳极电流区，45碳钢和Q235碳钢表面则为阴极电流区。8小时后，45碳钢所在位置成为新的主要阳极电流区，T9碳钢表面转变为阴极电流区。当温度升高至80℃，阳极电流区不断变化转移的速率更快，总体规律为:T9，45，Q235碳钢所在电极中的位置依次交替成为主要阳极电流区，其中T9碳钢表面是被腐蚀最严重的区域。宏观腐蚀形貌图和SEM图谱均能印证该实验现象。研究表明阵列微电极可以较为准确的记录碳钢在3.5wt.%NaCl溶液体系下的“极性反转”现象。


4、在Q235碳钢阵列微电极表面制备4种硅烷膜，基于阵列微电极技术以研究Q235碳钢在不同膜层保护下的腐蚀行为。阵列微电极技术，交流阻抗以及动电位极化曲线对试样初期测试的结果表明，4种硅烷膜表面的平均电流分别为:1.66×10-6A，6.02×10-7A，2.48×10-7A，2.31×10-6A;电荷转移电阻分别为:1980Ω，2130Ω，4768Ω，1732Ω;自腐蚀电位分别为:-0.442 V，-0.386 V，-0.217 V，-0.474V;腐蚀电流密度分别为:2.36×10-6A·cm-2，8.77×10-7 A·cm-2，1.74×10-7 A·cm-2，5.67×10-6 A·cm-2;由此可见阵列微电极技术与交流阻抗和极化曲线的测试结果相一致，能够准确筛选出耐蚀性能最优的第3种硅烷膜，同时，微观形貌图谱也能很好地佐证阵列微电极技术及其他电化学方法的测试结果。


5、基于阵列微电极技术和双电极电偶原理，分别构造不同氯离子浓度的薄液膜测试体系，对Q235碳钢和H62黄铜电偶对在该环境下进行测试，发现该电偶对在3.5wt.%NaCl薄液膜体系中，Q235碳钢的平均电流密度达到最大，为3.17×10-5 A·cm-2;受H62黄铜影响的电偶腐蚀效应γ=14.74;利用Comsol软件中的Corrosion Master模块预测了Q235碳钢-H62黄铜电偶对在该浓度薄液膜条件下发生最严重的腐蚀，其最大腐蚀电流值可达3.62×10-5A，理论计算与实验结果的规律一致。利用Materials Studio软件中的Amorphous Cell模块构建不同NaCl浓度的液膜模型，介电常数的虚部随液膜中Cl-浓度的增大而增大，意味着液膜传递和转移电荷的能力逐渐增强，对金属腐蚀的程度更严重。因此，理论计算所提供的模拟分析与阵列微电极测试结果是基本一致的。