CN113176196A - 多场耦合环境下的一体化测试装置 - Google Patents

多场耦合环境下的一体化测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了多场耦合环境下的一体化测试装置，包括力学行为实验系统、腐蚀行为实验系统，两者相互切换实现材料在多场耦合环境下力学及腐蚀行为的测试，监测材料在多因素协同交互条件下的预期性能。该实验装置结构简单、成本低廉、操作方便，可实现施载方向、载荷大小、加载速率、流场方向、流场流速、流场环境温度、腐蚀介质的可控调节，能够从力学与腐蚀行为等方面对材料进行实时、原位、动态监测，适用于不同服役环境下不同材质、不同尺寸的试样，为科学合理评估材料在模拟服役环境下的力学及腐蚀性能演变提供技术支持。

Description

多场耦合环境下的一体化测试装置
技术领域
本发明涉及实验装置，特别涉及多场耦合环境下的一体化测试装置。
背景技术
断裂失效和腐蚀失效是设备零部件材料丧失功能，甚至发生永久性破坏的重要原因，而零部件材料的失效将对设备的稳定可靠运转产生显著影响，因此，合理表征材料在服役环境下的性能演变，同时科学评估材料的使用寿命，无疑可为材料的安全使用提供理论依据和实践基础。在服役期间，材料除了承受一定的载荷作用外，还会受到周围环境中腐蚀介质的腐蚀作用。一般来说，材料在工作介质中腐蚀造成的表面损伤与应力产生协同作用，进而诱发裂纹；腐蚀损伤严重的部位亦容易形成应力集中，导致材料发生力学不完整与力学性能过早丧失的现象。此外，材料在应力作用下的微观结构演变与材料在服役环境中的腐蚀行为也存在密切关系。近年来，研究人员利用扫描电化学显微镜(SECM)中探针的移动来扫描样品微区范围内的电化学信息，进而分析样品局部的腐蚀性能演变。显然，SECM对于应力腐蚀或腐蚀疲劳测试下样品表面局部腐蚀行为的表征，特别是样品腐蚀致微观裂纹萌生及发展的观察，具有得天独厚的优势。然而，SECM探针一般沿水平方向移动，且始终垂直于试样表面，该工作特性导致SECM不能直接搭载于电子万能试验机及疲劳试验机并实现微区扫描。而一旦将材料卸载后再展开电化学测试，得到的非原位数据不能反映材料的真实服役性能演变。因此，将精密度较高的SECM与传统力学性能测试设备结合起来以满足材料服役过程中扫描电化学显微镜(SECM)行为的实时、原位及动态监测，无疑对应力腐蚀或腐蚀疲劳测试中力学行为与腐蚀行为的综合分析具有积极的作用，但现有技术未提及有效的解决方案。
实际上，材料在服役期间除了受到应力与腐蚀的共同影响外，还会受到流场、温度、湿度、气体等外界环境因素交互耦合的影响。比如，血管支架在血管中服役期间，血管的脉动不仅会改变支架承受的径向支撑力，而且会改变流经支架的血液流速；海洋钢结构材料在海洋服役期间，昼夜温度变化以及潮汐带来的冲刷作用会产生协同作用，进而影响材料的性能演变......基于以上材料的服役条件可知，如何真实模拟材料在应力场、腐蚀介质、流场以及环境温度等多场复杂耦合环境，尤其探究多场协同交互控制下材料的服役性能演变机制是当前亟待解决的科学难题。
目前，材料在单一环境下的相关性能已具备完善的表征手段，比如电子万能试验机可以实现材料的轴向拉伸/压缩性能评价，疲劳试验机可以实现材料在循环交变轴向载荷作用下的性能评价，静态浸泡设备可以实现材料在腐蚀介质中的耐蚀性能评价......部分研究人员在电子万能试验机、疲劳试验机上安装液池，可以进一步实现应力腐蚀、腐蚀疲劳这类力学与腐蚀环境交互的试验测试。对于心血管支架、水管内壁、海洋钢结构等材料而言，显然其服役环境不能通过大型设备的简单改造来实现其多场耦合服役环境的真实模拟。此外，大型设备往往只能同时监测单个试样的性能变化，类似疲劳试验的长周期试验并不能同时展开，然而，在试验阶段，为了广泛测试并寻找合适材料，往往需要同步展开大量性能测试工作。因此，如何设计简单高效的测试装置并形成快捷准确的评价体系，有利于掌握材料的性能演变规律和探究材料的性能优化方案。
针对材料在多场复杂耦合作用下的各类性能表征及分析，亟需设计一种结构简单且能够有效协同作用以模拟材料的服役环境，同时实时、原位、动态监测材料在模拟环境中力学及腐蚀等行为的一体化测试装置，可以适用于预估不同材料的服役寿命，为建立和完善材料在多场复杂耦合作用下的性能演变评价体系提供科学的理论指导与实践基础。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种能够依据材料在使用过程中的服役情况，在实验室条件下构建多场因素协同控制的模拟环境，从力学与腐蚀行为等方面对材料进行实时、原位、动态监测，进而对材料的预期服役性能进行评估的实验装置。适用于模拟材料在腐蚀性介质中服役时的力场及流场环境，并对材料在模拟环境下的预期性能进行监测。
技术方案：本发明提供一种多场耦合环境下的一体化测试装置，包括力学行为实验系统、腐蚀行为实验系统，两者相互切换实现材料在多场耦合环境下力学及腐蚀行为的测试，监测材料在多因素协同交互条件下的预期性能。
进一步地，所述力学行为实验系统包括光学平台、双向滚珠丝杆、滚珠丝杆支撑座、直线轴承、左端夹具固定螺母、左端活动支撑板、试样左端夹具、硅胶软管、可编程蠕动泵、腐蚀介质、储液槽、环境温度控制模块、测试控制电脑、力值数显表、右端活动支撑板、伺服驱动编码器、右端夹具固定螺母、交流伺服电机、直线导轨、力值传感器、试样右端夹具、流场方向控制模块、试样、流场环境模块、位移传感器、流场出水口和流场进水口。
进一步地，所述交流伺服电机采用螺栓安装于光学平台上，左端活动支撑板和右端活动支撑板通过交流伺服电机上的滑块实现往复运动；左端活动支撑板和右端活动支撑板均安装直线轴承，并通过直线轴承与双向滚珠丝杆进行连接；双向滚珠丝杆的一端固定于滚珠丝杆支撑座，另一端采用联轴器连接于交流伺服电机；交流伺服电机与伺服驱动编码器相连，并通过数据线缆将伺服驱动编码器连接于测试控制电脑；试样左端夹具与试样右端夹具分别通过左端夹具固定螺母与右端夹具固定螺母固定于左端活动支撑板和右端活动支撑板上；试样利用试样左端夹具与试样右端夹具进行夹持，试样夹具可以夹持棒状、片状、管状等试样；试样右端夹具侧安装有力值传感器，实时监测试样上受到的力值大小；力值传感器与力值数显表相连，实时显示试样上受到的力值大小，并通过数据传输线反馈力值给测试控制电脑；流场环境模块、储液槽和可编程蠕动泵通过硅胶软管依次连接，硅胶软管贯穿可编程蠕动泵；硅胶软管分别与流场环境模块的流场出水口、流场进水口相连；储液槽放置于环境温度控制模块内；流场环境模块上设有可拆卸窗口，能够接入电化学测试模块；流场环境模块设有可更换流场方向控制模块，控制试样表面的流场方向；测试控制电脑通过自编软件可以实时记录力值与位移值变化，进行数据分析。
进一步地，所述腐蚀介质为模拟体液、模拟血浆、3.5％NaCl溶液或模拟海水。
进一步地，所述可编程蠕动泵的流量速度控制范围为0-6000mL/min。
进一步地，所述力值传感器的测量范围为0-15kN，且可根据实际使用要求切换不同精度的力值传感器。
进一步地，所述环境温度控制模块通过PID控制，控制的温度范围为0-100℃。
进一步地，所述腐蚀行为实验系统包括电化学工作站、电脑、扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统、微区探针电极线、工作电极电极线、对电极电极线、参比电极电极线、微区探针、对电极、参比电极。
进一步地，所述电化学工作站引出工作电极电极线、对电极电极线及参比电极电极线，分别连接试样、对电极及参比电极，通过与电化学工作站连接的电脑可实时监测试样的电化学行为；所述扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统引出微区探针电极线，连接微区探针，通过电化学工作站、电脑及扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统协同控制可实时监测试样的微区电化学行为。
其中，所述可编程蠕动泵可以通过程序编写控制流场流速；所述的储液槽能够储存符合对应测试要求的腐蚀介质；所述环境温度控制模块可以调节储液槽中腐蚀介质的温度；所述交流伺服电机能够控制试样的施载方式以及试样受到的载荷大小；所述的电化学工作站和扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统可以实时监测试样在腐蚀环境下的电化学行为。
所述扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统中的微区探针能够在所述流场环境模块上的可拆卸窗口中移动，对试样表面不同区域的微区电化学行为进行动态监测；所述交流伺服电机、可编程蠕动泵及环境温度控制模块能够通过程序形成协调交互控制，实现“恒载-恒流-恒温”、“变载-恒流-恒温”、“恒载-变流-恒温”、“恒载-恒流-变温”、“变载-变流-恒温”等类型的测试环境；多场耦合环境下的一体化测试装置能够适用于所述不同类型的测试环境，实现力学行为评估以及腐蚀行为实时、原位、动态监测一体化测试表征与分析的目的。
有益效果：
1、可以真实模拟材料在实际服役环境下的多场耦合环境，同时，该实验装置可以实现施载方向、载荷大小、加载速率、流场方向、流场流速、流场环境温度、腐蚀介质的可控调节，并对材料在多因素协同交互条件下的预期性能进行监测。
2、该装置通过伺服驱动编码器控制交流伺服电机，进而对材料施加载荷，能够精准调节施加载荷大小以及加载速率；该装置通过可编程蠕动泵调节流场环境模块中的流场速度，能够编译实现流场流速、持续时间的调节，并可采用软件拟合材料表面受到切应力的分布情况；该装置通过环境温度控制模块调节储液槽中腐蚀介质的温度，基于PID控制能够改变目标温度、升温/降温速率等温度参数。
3、该装置各模块可独立运行，满足单独力场环境及单独流场环境的测试要求；该装置中交流伺服电机、可编程蠕动泵及环境温度控制模块能够通过程序形成协调交互控制，实现“恒载-恒流-恒温”、“变载-恒流-恒温”、“恒载-变流-恒温”、“恒载-恒流-变温”、“变载-变流-恒温”等类型的测试环境。
4、可以外接电化学工作站和扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统，实时、原位、动态监测材料在受力情况以及流场环境下的电化学行为以及微区电化学行为，获得材料电化学行为随着测试时间增加的演变趋势，并通过软件拟合探究材料在不同环境下的腐蚀规律。
5、该装置中多个传感器的数值可以实时反馈给测试控制电脑，并通过自编软件对多组数据进行记录与分析。
6、结构简单、成本低廉、操作方便、适用范围广，可对不同服役环境下不同材质、不同尺寸的试样进行力学与腐蚀等行为的实时、原位、动态监测，具有普遍适用性。
附图说明
图1为本发明的力学行为实验系统示意图；
图2为本发明的腐蚀行为实验系统示意图；
图3为多场耦合环境下的材料微区电化学行为测试装置示意图；
图4为试样表面流场与其施载方向平行时的流场方向控制模块示意图；
图5为试样表面流场与其施载方向垂直时的流场方向控制模块示意图；
图6为模拟材料所受脉动载荷及流场环境的参数示意图。
具体实施方式
本发明提供了多场耦合环境下的一体化测试装置，该装置包括多场耦合环境下的力学行为实验系统以及多场耦合环境下的腐蚀行为实验系统，两者相互切换实现材料在多场耦合环境下力学及腐蚀行为的测试，监测材料在多因素协同交互条件下的预期性能。该实验装置可实现施载方向、载荷大小、加载速率、流场方向、流场流速、流场环境温度、腐蚀介质的可控调节，能够从力学行为以及腐蚀行为两个方面对材料进行实时原位监测，适用于不同服役环境下不同材质、不同尺寸的试样。如图1所示，多场耦合环境下的力学行为实验装置，包括光学平台1、双向滚珠丝杆2、滚珠丝杆支撑座3、直线轴承4、左端夹具固定螺母5、左端活动支撑板6、试样左端夹具7、硅胶软管8、可编程蠕动泵9、腐蚀介质10、储液槽11、环境温度控制模块12、测试控制电脑13、力值数显表14、右端活动支撑板15、伺服驱动编码器16、右端夹具固定螺母17、交流伺服电机18、直线导轨19、力值传感器20、试样右端夹具21、流场方向控制模块22、试样23、流场环境模块24、位移传感器25、流场出水口26、流场进水口27。光学平台1、左端活动支撑板6与右端活动支撑板15材质优选为表面涂覆耐腐蚀层的模具钢材料。直线导轨19采用螺栓安装于光学平台1上，左端活动支撑板6和右端活动支撑板15通过直线导轨19上的滑块实现往复运动。双向滚珠丝杆2为研磨级滚珠丝杆，精度等级为C5级；左端活动支撑板6和右端活动支撑板15均安装直线轴承，并通过直线轴承4与双向滚珠丝杆2进行连接。双向滚珠丝杆2的一端固定于滚珠丝杆支撑座3，另一端采用联轴器连接于交流伺服电机18。交流伺服电机18与伺服驱动编码器16相连，并通过数据线缆将伺服驱动编码器16连接于测试控制电脑13；交流伺服电机18提供轴向力范围为10kN。试样左端夹具7与试样右端夹具21分别通过左端夹具固定螺母5与右端夹具固定螺母17固定于左端活动支撑板6与右端活动支撑板15上。试样23利用试样左端夹具7与试样右端夹具21进行夹持。试样左端夹具7、试样右端夹具21可以夹持棒状、片状、管状等试样。试样右端夹具21侧安装有力值传感器20，实时监测试样23上受到的力值大小；力值传感器20的测量范围为0-15kN，且可根据实际使用要求切换不同精度的力值传感器20。力值传感器20与力值数显表14相连，实时显示试样23上受到的力值大小，并通过数据传输线反馈力值给测试控制电脑13。流场环境模块24、储液槽11和可编程蠕动泵9通过硅胶软管8依次连接，其中硅胶软管8贯穿可编程蠕动泵9；硅胶软管8通过宝塔接头分别与流场环境模块的流场出水口26、流场进水口27相连。储液槽11放置于环境温度控制模块12内，环境温度控制模块通过PID控制，控制的温度范围为0-100℃。可编程蠕动泵9的流量速度控制范围为0-6000mL/min。流场环境模块24上设有可拆卸窗口，能够接入电化学测试模块；流场环境模块24设有可更换流场方向控制模块22，控制试样表面的流场方向。位移传感器25为激光位移传感器，测量精度为0.1mm。测试控制电脑13通过自编软件可以实时记录力值与位移值变化，并能够进行数据分析。腐蚀介质10为模拟体液、模拟血浆、3.5％NaCl溶液、模拟海水等满足材料服役条件的溶液。如图2所示，多场耦合环境下的腐蚀行为实验装置，包括电化学工作站28、电脑29、扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30、微区探针电极线31、工作电极电极线32、对电极电极线33、参比电极电极线34、微区探针35、对电极36、参比电极37。电化学工作站28引出工作电极电极线32、对电极电极线33及参比电极电极线34，分别连接试样23、对电极36及参比电极37，通过与电化学工作站28连接的电脑29可实时监测试样23的电化学行为。扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30引出微区探针电极线31，连接微区探针35，通过电化学工作站28、电脑29及扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30协同控制可实时监测试样23的微区电化学行为。其中，可编程蠕动泵9可以通过程序编写控制流场流速；储液槽11能够储存符合对应测试要求的腐蚀介质10；环境温度控制模块12可以调节储液槽11中腐蚀介质10的温度；交流伺服电机18能够控制试样23的施载方式以及试样23受到的载荷大小；电化学工作站28和扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30可以实时监测试样23在腐蚀环境下的电化学行为。扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30中的微区探针35能够在流场环境模块24上的可拆卸窗口中移动，对试样23表面不同区域的微区电化学行为进行动态监测；交流伺服电机18、可编程蠕动泵9及环境温度控制模块12能够通过程序形成协调交互控制，实现“恒载-恒流-恒温”、“变载-恒流-恒温”、“恒载-变流-恒温”、“恒载-恒流-变温”、“变载-变流-恒温”等类型的测试环境；多场耦合环境下的一体化测试装置能够适用于不同类型的测试环境，实现力学行为评估以及腐蚀行为实时、原位、动态监测一体化测试表征与分析的目的。
实施例1
结合图1所示装置，选用的试样23为2000系铝合金材料，试样机械加工成哑铃状，标距为Φ3*10mm；试样23利用试样左端夹具7与试样右端夹具21进行夹持，通过左端夹具固定螺母5与右端夹具固定螺母17固定于左端活动支撑板6与右端活动支撑板15上；流场环境模块24不连接到实验装置上，试样23直接暴露于室温空气环境下测试；通过伺服驱动编码器16控制交流伺服电机18的轴向拉伸加载速率为10-5mm·s-1，即试样23的应变速率为10- 6s-1；采用力值传感器20采集试样23受到的力值大小，通过力值数显表14实时反馈给测试控制电脑13；采用位移传感器25采集左端活动支撑板6与右端活动支撑板15之间的位移变化，实时反馈给测试控制电脑13；测试控制电脑13记录力值与位移值的实时数据，通过自编软件绘制力-位移曲线。
实施例2
在实施例1基础上，将流场环境模块24连接到实验装置上，流场环境模块24中添加3.5％NaCl溶液，在室温测试环境下，保持试样23的加载速率与实施例1一致，采用测试控制电脑13绘制试样23在3.5％NaCl溶液中的力-位移曲线，并于实施例1中试样在空气中的力-位移曲线进行对比，分析腐蚀介质对试样力学行为的影响机制。
实施例3
结合图1所示装置，选用的试样23为AZ31镁合金材料，试样机械加工成哑铃状，标距为Φ3*10mm；试样23利用试样左端夹具7与试样右端夹具21进行夹持，通过左端夹具固定螺母5与右端夹具固定螺母17固定于左端活动支撑板6与右端活动支撑板15上；将流场环境模块24连接到实验装置上，流场环境模块24中添加模拟血浆溶液，温度为37℃；通过伺服驱动编码器16控制交流伺服电机18，对试样23施加拉伸载荷，结合力值数显表14调节试样23受到的拉伸载荷至282.6N；将图2所示装置接入到图1所示装置中，通过电化学工作站28引出的工作电极电极线32、对电极电极线33及参比电极电极线34，分别对应连接试样23、对电极36及参比电极37，采用与电化学工作站28连接的电脑29实时监测试样23的开路电位以及电化学阻抗谱；利用扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30引出的微区探针电极线31连接微区探针35，结合图3所示试样23、对电极36及参比电极37的接线方式和接线位置，通过微区探针35的移动实时监测试样23的局部电化学阻抗谱变化，建立局部阻抗值与试样23扫描区域的三维变化曲线。结合电化学以及微区电化学数据，分析并探究AZ31合金在静态拉伸载荷下腐蚀行为的演变规律。
实施例4
试样及其夹持方法、腐蚀介质、测试温度以及电化学测试方法均与实施例3相同，试样受到的施载方式不同。通过伺服驱动编码器16控制交流伺服电机18，对试样23施加压缩载荷，结合力值数显表14调节试样23受到的压缩载荷至-282.6N。结合电化学以及微区电化学数据，分析并探究AZ31合金在静态压缩载荷下腐蚀行为的演变规律。
实施例5
试样及其夹持方法、腐蚀介质、测试温度以及电化学测试方法均与实施例3、4相同，试样受到的施载方式不同。通过伺服驱动编码器16控制交流伺服电机18，对试样23施加拉伸与压缩的循环交变载荷，结合力值数显表14调节试样23受到的拉伸载荷至282.6N、压缩载荷至-282.6N，在此载荷区间内产生循环交变，频率为1Hz。结合电化学以及微区电化学数据，分析并探究AZ31合金在动态拉/压载荷下腐蚀行为的演变规律。
实施例6
结合图1所示装置，选用的试样23为AZ31镁合金材料，试样机械加工成哑铃状，标距为Φ3*10mm；试样23利用试样左端夹具7与试样右端夹具21进行夹持，通过左端夹具固定螺母5与右端夹具固定螺母17固定于左端活动支撑板6与右端活动支撑板15上；将流场环境模块24连接到实验装置上，流场环境模块24、储液槽11和可编程蠕动泵9通过硅胶软管8依次连接，其中硅胶软管8贯穿可编程蠕动泵9；通过宝塔接头将硅胶软管8分别与流场环境模块的流场出水口26、流场进水口27相连；储液槽11放置于环境温度控制模块12，温度为37℃；储液槽11中的腐蚀介质10为模拟血浆；可编程蠕动泵的流量速度设置为200mL/min；如图4所示，调节流场方向控制模块22，使试样23表面流场方向与其施载方向平行；通过伺服驱动编码器16控制交流伺服电机18的轴向拉伸加载速率为10-5mm·s-1，即试样23的应变速率为10-6s-1；采用力值传感器20采集试样23受到的力值大小，通过力值数显表14实时反馈给测试控制电脑13；采用位移传感器25采集左端活动支撑板6与右端活动支撑板15之间的位移变化，实时反馈给测试控制电脑13；测试控制电脑13记录力值与位移值的实时数据，通过自编软件绘制AZ31合金在流场环境下的力-位移曲线。
实施例7
试样及其夹持方法、腐蚀介质、测试温度以及力学性能测试方法均与实施例6相同，如图5所示，调节流场方向控制模块22，使试样23表面流场方向与其施载方向垂直。对比该环境中AZ31合金的力-位移曲线与实施例6的变化，同时研究AZ31合金在两种流场方向下断裂方式以及断裂形貌的差异。
实施例8
结合图1所示装置，选用的试样23为WE43镁合金材料，试样机械加工成哑铃状，标距为Φ3*10mm；试样23利用试样左端夹具7与试样右端夹具21进行夹持，通过左端夹具固定螺母5与右端夹具固定螺母17固定于左端活动支撑板6与右端活动支撑板15上；将流场环境模块24连接到实验装置上，流场环境模块24、储液槽11和可编程蠕动泵9通过硅胶软管8依次连接，其中硅胶软管8贯穿可编程蠕动泵9；通过宝塔接头将硅胶软管8分别与流场环境模块24的流场出水口26、流场进水口27相连；储液槽11放置于环境温度控制模块12，温度恒定，设置为37℃；储液槽11中的腐蚀介质10为模拟血浆；如图4所示，调节流场方向控制模块22，使试样23表面流场方向与其施载方向平行。依据血管支架的服役环境可知，支架在植入期间保持一定的径向支撑力，而血管的舒张与收缩分别会给支架施加拉伸与压缩载荷，同时血管中的血液流速会相应减小与增加。基于该工作条件，利用图1所示装置模拟材料所受脉动载荷及流场环境的参数示意图如图6所示。通过伺服驱动编码器16控制交流伺服电机18，对试样23施加载荷，结合力值数显表14调节试样23受到的载荷为141.3+35.3N；采用可编程蠕动泵9设定流量流速为2000±300mL/min。材料受拉/压载荷和慢/快流速的一个循环周期时间为t，t设定为0.83s，即频率为1.2Hz。将图2所示装置通过图1所示装置中流场环境模块24上的可拆卸窗口接入，通过电化学工作站28引出的工作电极电极线32、对电极电极线33及参比电极电极线34，分别对应连接试样23、对电极36及参比电极37，采用与电化学工作站28连接的电脑29实时监测试样23的开路电位以及电化学阻抗谱；利用扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统30引出的微区探针电极线31连接微区探针35，结合图3所示试样23、对电极36及参比电极37的接线方式和接线位置，通过微区探针35的移动实时监测试样23的局部电化学阻抗谱变化，建立局部阻抗值与试样23扫描区域的三维变化曲线。结合电化学以及扫描电化学显微镜(SECM)数据，分析并探究WE43合金在脉动载荷及流场环境中腐蚀行为的演变规律。

Claims (10)

1.一种多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：包括力学行为实验系统、腐蚀行为实验系统，两者相互切换实现材料在多场耦合环境下力学及腐蚀行为的测试，监测材料在多因素协同交互条件下的预期性能。
2.根据权利要求1所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述力学行为实验系统包括光学平台(1)、双向滚珠丝杆(2)、滚珠丝杆支撑座(3)、直线轴承(4)、左端夹具固定螺母(5)、左端活动支撑板(6)、试样左端夹具(7)、硅胶软管(8)、可编程蠕动泵(9)、腐蚀介质(10)、储液槽(11)、环境温度控制模块(12)、测试控制电脑(13)、力值数显表(14)、右端活动支撑板(15)、伺服驱动编码器(16)、右端夹具固定螺母(17)、交流伺服电机(18)、直线导轨(19)、力值传感器(20)、试样右端夹具(21)、流场方向控制模块(22)、试样(23)、流场环境模块(24)、位移传感器(25)、流场出水口(26)和流场进水口(27)。
3.根据权利要求2所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述交流伺服电机(18)采用螺栓安装于光学平台(1)上，左端活动支撑板(6)和右端活动支撑板(15)通过交流伺服电机(18)上的滑块实现往复运动；左端活动支撑板(6)和右端活动支撑板(15)均安装直线轴承(4)，并通过直线轴承(4)与双向滚珠丝杆(2)进行连接；双向滚珠丝杆(2)的一端固定于滚珠丝杆支撑座(3)，另一端采用联轴器连接于交流伺服电机(18)；交流伺服电机(18)与伺服驱动编码器(16)相连，并通过数据线缆将伺服驱动编码器(16)连接于测试控制电脑(13)；试样左端夹具(7)与试样右端夹具(21)分别通过左端夹具固定螺母(5)与右端夹具固定螺母(17)固定于左端活动支撑板(6)和右端活动支撑板(15)上；试样(23)利用试样左端夹具(7)与试样右端夹具(21)进行夹持；试样右端夹具(21)侧安装有力值传感器(20)，实时监测试样(23)上受到的力值大小；力值传感器(20)与力值数显表(14)相连，实时显示试样(23)上受到的力值大小，并通过数据传输线反馈力值给测试控制电脑(13)；流场环境模块(24)、储液槽(11)和可编程蠕动泵(9)通过硅胶软管(8)依次连接，硅胶软管(8)贯穿可编程蠕动泵(9)；硅胶软管(8)分别与流场环境模块的流场出水口(26)、流场进水口(27)相连；储液槽(11)放置于环境温度控制模块(12)内；流场环境模块(24)上设有可拆卸窗口，能够接入电化学测试模块；流场环境模块(24)设有可更换流场方向控制模块(22)，控制试样表面的流场方向；测试控制电脑(13)通过自编软件可以实时记录力值与位移值变化，进行数据分析。
4.根据权利要求2所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述腐蚀介质(10)为模拟体液、模拟血浆、3.5％NaCl溶液或模拟海水。
5.根据权利要求2所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述可编程蠕动泵(9)的流量速度控制范围为0-6000mL/min。
6.根据权利要求2所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述力值传感器(20)的测量范围为0-15kN。
7.根据权利要求2所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述环境温度控制模块(12)通过PID控制，控制的温度范围为0-100℃。
8.根据权利要求2所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述电化学工作站(28)、扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统(30)可通过所述流场环境模块(24)上的可拆卸窗口接入，实现试样(23)的宏观电化学与微区电化学行为的实时、原位监测。
9.根据权利要求1所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述腐蚀行为实验系统包括电化学工作站(28)、电脑(29)、扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统(30)、微区探针电极线(31)、工作电极电极线(32)、对电极电极线(33)、参比电极电极线(34)、微区探针(35)、对电极(36)、参比电极(37)。
10.根据权利要求8所述的多场耦合环境下的一体化测试装置，其特征在于：所述电化学工作站(28)引出工作电极电极线(32)、对电极电极线(33)及参比电极电极线(34)，分别连接试样(23)、对电极(36)及参比电极(37)，通过与电化学工作站(28)连接的电脑(29)可实时监测试样(23)的电化学行为；所述扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统(30)引出微区探针电极线(31)，连接微区探针(35)，通过电化学工作站(28)、电脑(29)及扫描电化学显微镜(SECM)测试控制系统(30)协同控制可实时监测试样(23)的微区电化学行为。
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