摘要：失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。
失效分析是一门发展中的新兴学科，近年开始从军工向普通企业普及，它一般根据失效模式和现象，通过分析和验证，模拟重现失效的现象，找出失效的原因，挖掘出失效的机理的活动。在提高产品质量，技术开发、改进，产品修复及仲裁失效事故等方面具有很强的实际意义。
失效分析流程
你在进行失效分析前，是否经常被问到这些问题？
· 失效件是否集中在同一生产批次？失效件原材料是否集中在同一批次？其他批次有无此类失效现象？其不良率是多少？
· 断裂的先后次序确定了吗？
· 如果失效涉及开裂或断裂，那么起点确定了吗？
· 裂纹起源于表面还是表面以下？
· 开裂是否与应力集中源有关？
· 出现的裂纹有多长？载荷有多大？
· 加载类型：静态、循环或间断？
· 断裂机理是什么？
· 断裂时的大概工作温度是多少？
· 是温度造成的吗？是磨损造成的?是腐蚀组成的吗？是哪种类型的腐蚀？
· 使用了合适的材料吗？材料质量符合标准吗？
· 材料的机械性能符合标准吗？坏零件是否经过适当的热处理？
· 坏零件是否制造正确？零件的安装正确吗？零件在使用过程中 经过修理吗？修理是否正确？
· 目前正在使用的同样零件也可能出现事故吗？
常用分析方法
成分分析：
傅里叶红外光谱仪（FTIR）
显微共焦拉曼光谱仪(Raman)
扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)
X射线荧光光谱分析(XRF)
气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)
裂解气相色谱-质谱联用(PGC-MS)
核磁共振分析(NMR)
X射线光电子能谱分析(XPS)
X射线衍射仪(XRD)
热分析：
差示扫描量热法(DSC)
热机械分析(TMA)
热重分析(TGA)
动态热机械分析(DMA)
导热系数(稳态热流法、激光散射法)
裂解分析：
裂解气相色谱-质谱法
凝胶渗透色谱分析（GPC）
熔融指数测试（MFR）
断口分析：
扫描电子显微镜（SEM），X射线能谱仪（EDS）等
物理性能分析：
硬度计，拉伸试验机， 万能试验机等
失效分析案例
塑料制件在使用过程中发生开裂（见图1），需要找到开裂的原因，为进一步改善提供方向。
材料分析
1. ABS是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑性高分子材料，具有一定的耐磨性，抗冲击性优良，具有高光泽度。适用于一般的外壳制件、机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和和电讯零件；
2. ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油侵蚀会产生应力开裂。
断面形貌
从光学显微镜观测断面图可以明显看出塑料制件的断裂面形貌图为较为平整，且可以明显看出溶剂侵蚀的痕迹。
光学显微镜观测断面图
扫描电镜观测断面图
根据扫描电镜的形貌数据可以清晰看出制件断面形貌较为平整，且部分形貌为鳞片状，为典型的脆性断裂；另外根据断面的环状性形貌可以推测制件断裂后，断面残存溶剂，导致断面发生局部腐蚀。
断面参与物质分析
对材料正常截面和断面部分进行红外光谱分析，下图为分析结果，从红外光谱图中可以看出材料正常截面的主要成分为ABS；材料断面在1722.64cm^-1处有特征吸收，说明断面含有含羰基类物质。
制件正常截面的红外光谱图
制件断面的红外光谱图
怀疑目标物质分析
对于怀疑的目标物质玻璃水进行红外光谱分析并与显微红外测试塑料制件的断面的红外光谱进行对比分析。从图中可知断面与玻璃水在1722.64 cm^-1处附近有相似的羰基吸收峰，且在1026.99 cm^-1和1067.22 cm^-1断处有相似的吸收峰，说明断面可能残留玻璃水类的物质。
玻璃水（粉红）与制件断面（蓝色）、制件正常截面（绿色）的红外光谱对比图
开裂原因分析
总结建议
根据光学显微镜、SEM、红外光谱法对塑料制件的断裂面及玻璃水分析对比可知：
1）由学显微镜、SEM 的形貌图可知，塑料制件断面形貌平整，为典型的脆性断裂形貌特征，且断面有较大的溶剂侵蚀形貌特征；
2）由塑料制件断面的显微红外光谱、玻璃水的红外光谱对比数据可知：断面含有与玻璃水相似的成分；
综上所述，塑料制件的开裂原因可能是由含有羰基成分的玻璃水对于ABS塑料制件侵蚀，进而导致应力释放而开裂。建议客户在成型工艺过程中尽量避免材料与玻璃水接触，避免出现塑料制件受侵蚀而断裂的情况。
失效分析平台
国高材分析测试中心为客户提供专业的失效分析服务，帮助客户精准定位失效原因，优化产品性能，主要针对三大主要失效类型——注塑加工失效（如黑点异物、变色发黄、表面析出）、应用功能失效（如断裂失效、开裂失效、阻燃失效）和服役环境失效（如疲劳失效、老化失效、蠕变失效），设计科学严谨的分析方案，深入剖析失效机理，为客户解决实际生产中的难题。
来源：国高材测试中心