陣列電極技術(shù)介于微區(qū)電化學(xué)技術(shù)和傳統(tǒng)電化學(xué)測試方法之間，它是一種由常規(guī)電化學(xué)方法與微探針技術(shù)相結(jié)合而成的技術(shù)手段。區(qū)別于傳統(tǒng)電極(工作面積100 mm2以上)，陣列電極表面的每根金屬電極的工作面積僅為0.785 mm2，因此該電極也被定義為陣列微電極。陣列微電極技術(shù)由于具有檢測速率快，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度高，區(qū)域分辨率高等優(yōu)點，已經(jīng)成為揭示金屬材料及涂層局部腐蝕行為的重要技術(shù)方法。

由于此類電極的制備工藝復(fù)雜，對金屬基材質(zhì)量要求嚴(yán)苛，成品率低的原因，在很大程度上限制了陣列微電極技術(shù)在更廣泛領(lǐng)域的應(yīng)用。本文分別制備Q235，45和T9碳鋼的單一成分陣列微電極和同時含有這三種碳鋼且按照4:3:3的面積比進(jìn)行梯度排布的陣列微電極?；陉嚵形㈦姌O技術(shù)，輔以常規(guī)電化學(xué)方法，微區(qū)電化學(xué)技術(shù)，微觀形貌表征以及理論計算等多種技術(shù)相結(jié)合的方式研究碳鋼在不同環(huán)境條件中的腐蝕特征和規(guī)律，期望進(jìn)一步拓展該技術(shù)在不同腐蝕條件下對金屬材料的檢測與應(yīng)用范圍。

主要內(nèi)容如下:

1、利用單一成分和梯度成分的碳鋼陣列微電極研究了Q235，45以及T9碳鋼在25℃于3.5wt.%NaCl溶液中的局部腐蝕行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn):三種碳鋼的局部腐蝕強(qiáng)度為:45Q235T9;在成分梯度分布的陣列微電極中的T9碳鋼表面的平均陽極電流比T9單一成分陣列微電極表面的平均電流高出1個數(shù)量級，并且成分梯度陣列微電極中的T9碳鋼表面被腐蝕的尤為嚴(yán)重。微觀SEM圖譜佐證了該實驗現(xiàn)象。研究表明陣列微電極技術(shù)能夠?qū)θN碳鋼在室溫條件下于3.5wt.%NaCl溶液的腐蝕行為規(guī)律及其特征進(jìn)行準(zhǔn)確表征。

2、利用單一成分的陣列微電極對Q235，45以及T9碳鋼材料的縫隙腐蝕行為進(jìn)行研究。半覆蓋縫隙結(jié)構(gòu)下，三種碳鋼對縫隙腐蝕的敏感性強(qiáng)弱順序為:Q23545T9，全覆蓋縫隙結(jié)構(gòu)下，三種碳鋼對縫隙腐蝕的敏感性強(qiáng)弱順序為:T945Q235。SEM圖譜佐證了該實驗結(jié)果。陣列微電極技術(shù)能夠表征和揭示三種碳鋼于3.5wt.%NaCl溶液中的縫隙腐蝕規(guī)律并且進(jìn)一步豐富縫隙腐蝕理論。

3、采用成分梯度分布的碳鋼陣列微電極研究三種碳鋼在不同溫度下的3.5wt.%NaCl溶液體系中的腐蝕行為。結(jié)果表明:溫度為60℃條件下的測試初期，T9碳鋼表面為主要陽極電流區(qū)，45碳鋼和Q235碳鋼表面則為陰極電流區(qū)。8小時后，45碳鋼所在位置成為新的主要陽極電流區(qū)，T9碳鋼表面轉(zhuǎn)變?yōu)殛帢O電流區(qū)。當(dāng)溫度升高至80℃，陽極電流區(qū)不斷變化轉(zhuǎn)移的速率更快，總體規(guī)律為:T9，45，Q235碳鋼所在電極中的位置依次交替成為主要陽極電流區(qū)，其中T9碳鋼表面是被腐蝕最嚴(yán)重的區(qū)域。宏觀腐蝕形貌圖和SEM圖譜均能印證該實驗現(xiàn)象。研究表明陣列微電極可以較為準(zhǔn)確的記錄碳鋼在3.5wt.%NaCl溶液體系下的“極性反轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。

4、在Q235碳鋼陣列微電極表面制備4種硅烷膜，基于陣列微電極技術(shù)以研究Q235碳鋼在不同膜層保護(hù)下的腐蝕行為。陣列微電極技術(shù)，交流阻抗以及動電位極化曲線對試樣初期測試的結(jié)果表明，4種硅烷膜表面的平均電流分別為:1.66×10-6A，6.02×10-7A，2.48×10-7A，2.31×10-6A;電荷轉(zhuǎn)移電阻分別為:1980Ω，2130Ω，4768Ω，1732Ω;自腐蝕電位分別為:-0.442 V，-0.386 V，-0.217 V，-0.474V;腐蝕電流密度分別為: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;由此可見陣列微電極技術(shù)與交流阻抗和極化曲線的測試結(jié)果相一致，能夠準(zhǔn)確篩選出耐蝕性能最優(yōu)的第3種硅烷膜，同時，微觀形貌圖譜也能很好地佐證陣列微電極技術(shù)及其他電化學(xué)方法的測試結(jié)果。

5、基于陣列微電極技術(shù)和雙電極電偶原理，分別構(gòu)造不同氯離子濃度的薄液膜測試體系，對Q235碳鋼和H62黃銅電偶對在該環(huán)境下進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)該電偶對在3.5wt.%NaCl薄液膜體系中，Q235碳鋼的平均電流密度達(dá)到最大，為3.17×10-5 A·cm-2;受H62黃銅影響的電偶腐蝕效應(yīng)γ=14.74;利用Comsol軟件中的Corrosion Master模塊預(yù)測了Q235碳鋼-H62黃銅電偶對在該濃度薄液膜條件下發(fā)生最嚴(yán)重的腐蝕，其最大腐蝕電流值可達(dá)3.62×10-5A，理論計算與實驗結(jié)果的規(guī)律一致。利用Materials Studio軟件中的Amorphous Cell模塊構(gòu)建不同NaCl濃度的液膜模型，介電常數(shù)的虛部隨液膜中Cl-濃度的增大而增大，意味著液膜傳遞和轉(zhuǎn)移電荷的能力逐漸增強(qiáng)，對金屬腐蝕的程度更嚴(yán)重。因此，理論計算所提供的模擬分析與陣列微電極測試結(jié)果是基本一致的。