微电极阵列，也称丝束电极或阵列电极，是一种介于宏观的经典电化学技术与微区扫描探针技术之间的新型电化学测试方法。它利用微积分原理，将大面积的金属电极分割成若干个微电极，再重新进行不同的组合排列，最后通过互相绝缘并进行密封封装来模拟不同比例的大面积金属电极。每个微电极都有单独的引线，各微电极一方面可以相互耦合作为大面积电极使用，提供大面积电极的统计平均信号；另一方面又能作为独立的微小探头使用，利用相应的测控系统测量单个微电极对应的微小区域内的腐蚀电位、电流密度的分布特征，从而准确表征出大面积金属电极表面电化学的不均一性。

近年来，微电极阵列技术发展迅速，不仅是因为微电极阵列本身能够较准确地获取电极表面电化学参数的分布信息，还得益于与其相匹配的测控系统的不断发展和完善。在微电极阵列技术发展初期，其相应的测控系统原理十分简单，即将微电极阵列放置在腐蚀溶液中，通过手动开关将电极的引线与数字电压表一端相连接，数字电压表的另一端则与辅助电极连接并接入腐蚀溶液中，从而形成电流回路，再通过手动开关的选择性开合来测试不同电极丝的电化学信息。由于该测试方法的测试时间较长、数据之间的同步性不高、测试精度低，而且操作流程繁琐、无法实现自动化。在此基础上，林昌健等建立了由微机控制的微电极阵列测控系统，实现了微电极阵列测试的自动化。此后，钟庆东等、Halit等、Wang等和李焰等又相继对该测控系统进行了改进和完善，使得微电极阵列技术获取信息更精确，测试过程更快捷、灵活和方便，为其进一步发展和应用奠定了良好的基础。

微电极阵列技术常用于测试金属与其他有机或无机材料相界面腐蚀电位、电流的二维分布信息，有助于进一步研究金属/溶液、金属/有机材料或无机材料界面等多相界面的不均匀性、腐蚀产物在多相环境内的传输过程、金属基材的缺陷分布及与复合材料界面腐蚀破坏的发生和发展过程，弥补了经典电化学测试技术只能测量界面统计平均信息的不足。该技术近年来已成功应用于电偶腐蚀、涂层失效、微生物腐蚀、缓蚀机理、缝隙腐蚀、钢筋混凝土腐蚀、特殊海洋环境下的腐蚀等诸多腐蚀研究领域，并取得了很大的进展。

微电极阵列研究合金的电偶腐蚀

电偶腐蚀在石油化工领域十分常见，例如化工设备的热交换器、海洋船体的壳体、不锈钢紧固件以及油气输送用管线钢焊接接头等材料均易发生电偶腐蚀失效。电偶腐蚀主要发生在两种金属的接触界面处，是一种局部腐蚀。由于传统的经典电化学测试技术表征的是电极表面的均匀腐蚀电化学行为，不能反映随着时间的变化合金腐蚀的发生情况或者腐蚀的萌发位置，无法测量界面处的腐蚀行为。微区电化学技术因恰能弥补传统的经典电化学测试技术的局限性而得到发展。而微电极阵列技术不仅在同种材料腐蚀不均一性研究上取得了重要进展，并且在异种材料构成的宏电池电偶腐蚀行为研究中也取得了巨大进步。异材质微电极阵列可根据需要制作出不同面积比例、位置分布的异种材质金属电极，具有很大的灵活性，为深入研究电偶腐蚀带来了很大便利。

张大磊等使用锌/碳钢异材质微电极阵列技术，模拟并研究了锌/碳钢电偶腐蚀处于不同阶段的电位、电流密度空间分布。结果表明，当钢丝与锌丝的面积比为1:10时，钢丝受到锌丝的阴极保护作用，并在钢丝表面析出氢气。与此同时，钢丝和锌丝表面均表现出明显的电化学分布不均匀现象。之后，张大磊等相继采用不同比例的锌/碳钢丝制成了几种不同的微电极阵列，通过钢丝电极模拟镀层出现点缺陷处裸露出的钢材基体，并成功探究了镀层对钢材基体的保护电流和电位分布信息。曹快乐等采用微电极阵列技术研究了不锈钢/碳钢电偶在模拟海水中的电偶腐蚀行为。结果表明，在静止海水条件下碳钢表面大部分区域发生腐蚀，而小部分处于阴极状态的丝束未发生明显锈蚀；在流动海水条件下，随流速的增加，碳钢表面逐渐发生全面腐蚀，且非均匀性增加。通过对比实验证明了电偶腐蚀过程中的非均匀性。此外，他还采用微电极阵列探究了黄铜/不锈钢表面电偶腐蚀的非均匀性，结果表明，单一黄铜表面和单一不锈钢表面的电化学参数的差异性均不大，但当两组金属形成偶对后电化学差异明显增加，电偶腐蚀效应明显增强。进一步研究发现，随着黄铜表面积的逐渐增大，黄铜区域内电偶作用强于黄铜/不锈钢区域之间的电偶作用而导致的腐蚀非均匀性程度增大，且当温度达到50℃时，非均匀性程度最大。

微电极阵列技术能够很好地表征合金腐蚀电化学的非均一性，为非均匀腐蚀机理研究和监/检测腐蚀过程提供了有效的手段和技术。李焰等利用焊接接头的焊缝区域、热影响区和母材区域金属制作成不同面积比的模拟接头微电极阵列，并将其浸泡在NACE溶液(5%NaCl+0.5%CH3COOH)中研究焊接接头的多体复杂电偶腐蚀行为及其演变规律。结果表明，母材/热影响区/焊缝金属耦合在一起时，母材的电极极性随着与热影响区距离的逐渐增大而发生极性反转、交替出现的现象，但热影响区始终作为主要阴极，焊缝金属始终作为主要阳极。除此之外，研究还发现醋酸浓度、浸泡时间及液层厚度变化对焊接接头在NACE溶液中的腐蚀行为均有一定的影响。这些现象都说明采用微电极阵列技术有助于进一步认识和研究管线钢焊接接头的局部腐蚀过程，并提供一定的参考和科学依据以进一步改善管线钢的现场焊接工艺。刘华剑等借助微电极阵列技术研究有机涂层下船用钢的电偶腐蚀过程，该技术有效地分析了有机涂层下电偶腐蚀过程中的非均匀性。研究发现，涂层的缺陷区域处于阳极状态，并对完好区域起到阴极保护作用。在腐蚀后期，电偶作用促使阴极区加速涂层破损后成为阳极区，阴极区再转移至其他完好区(自腐蚀电位较正的钢丝区域)，持续转移后，最终导致整个涂层失效。Zhang等将微电极阵列技术和经典电化学测试技术结合，研究了碳钢材料在结垢环境下的局部电偶腐蚀过程及机理。结果表明，随温度的升高，管道腐蚀速度增加，微电极阵列技术有效地反映了碳钢表面局部腐蚀行为的变化规律。Ju等采用铝-黄铜(HA177)、钛合金(TA2)和316L不锈钢(316L SS)组成的耦合多电极阵列研究了三种常用于海水淡化厂的合金的电偶腐蚀行为。结果表明，三电极耦合系统的电位和电流分布显示出电化学不均匀性。与钛合金和不锈钢相比，铝-黄铜显示出阳极性能。钛合金充当主阴极，而316L SS充当次级阴极。几何排列是三种材料耦合系统腐蚀的影响因素，但无论三种材料在耦合系统中的相对位置如何，三种材料耦合系统的腐蚀总是取决于人造海水中的氯化物浓度。

微电极阵列研究合金表面涂层失效

有机涂层防腐技术由于防腐效果好、适用范围广、涂装工艺简单且成本经济，现已被广泛应用于石油管道、钻井平台和汽车等领域。有机涂层具有渗透性、多孔性等特点，使得在金属/涂层界面处易聚集水分、腐蚀性离子和溶解氧而发生电化学腐蚀，尤其是在涂层出现破损时，其防腐保护效果将会明显下降。涂层由完整状态到破损失效是一个随时间不断演变的过程，因此可采用微电极阵列技术对金属/涂层界面进行实时监/检测，从而进一步表征电化学反应过程及涂层失效机理。

Tan等最早将微电极阵列技术应用于有机涂层的失效分析，结果表明，涂层下金属的极化电阻、腐蚀电位均在一定范围内波动。利用该技术可准确检测到涂层破损或缺陷点的分布情况，从而找到涂层的薄弱点。此外，Tan研究团队在包括监测局部腐蚀中离子的横向扩散、联合三个微电极阵列组建腐蚀模型以测试腐蚀速率、监测埋地碳钢腐蚀过程、探究滴液腐蚀机理以及评估局部腐蚀强度等方面开展了大量基于微电极阵列技术的科学研究。与此同时，林昌健等首次将微电极阵列技术应用于聚合物涂层的电化学不均一性研究及缺陷分布的原位探测，还首次直接通过实验证明了聚合物涂层/金属界面阴、阳极极化同时存在、共同发展的腐蚀破坏过程。王佳课题组将电化学阻抗谱技术(EIS)与微电极阵列技术相结合，研究缺陷涂层下Q235碳钢在3.5%NaCl溶液中的腐蚀行为。结果表明，阳极电流长期处于涂层缺陷处，而阴极电流则从腐蚀初期的缺陷区逐渐扩展到完好涂层区。结合EIS测试结果发现，腐蚀一定时间后在缺陷区和完好区出现了电流极性反转。实验结果一方面给出了Q235碳钢电极表面的整体平均信息，另一方面也再现了缺陷处阴、阳极区的局部电位、电流密度分布信息，有助于深入研究劣化涂层下合金的局部腐蚀过程。这两种电化学方法的耦合互相弥补和辅助，进一步实现了涂层防护性能的快速评估。此外，Le等利用微电极阵列技术成功评价了人为缺陷处涂层的剥离速度和电化学不均匀性，实现了微电极之间的电化学腐蚀电流和阴极保护电流的测量。