失效分析是一門發展中的新興學科，近年開始從軍工向普通企業普及，它一般根據失效模式和現象，通過分析和驗證，模擬重現失效的現象，找出失效的原因，挖掘出失效的機理的活動。在提高產品質量，技術開發、改進，產品修復及仲裁失效事故等方面具有很強的實際意義。

失效分析流程

你在進行失效分析前，是否經常被問到這些問題？

· 失效件是否集中在同一生產批次？失效件原材料是否集中在同一批次？其他批次有無此類失效現象？其不良率是多少？

· 斷裂的先后次序確定了嗎？

· 如果失效涉及開裂或斷裂，那么起點確定了嗎？

· 裂紋起源于表面還是表面以下？

· 開裂是否與應力集中源有關？

· 出現的裂紋有多長？載荷有多大？

· 加載類型：靜態、循環或間斷？

· 斷裂機理是什么？

· 斷裂時的大概工作溫度是多少？

· 是溫度造成的嗎？是磨損造成的?是腐蝕組成的嗎？是哪種類型的腐蝕？

· 使用了合適的材料嗎？材料質量符合標準嗎？

· 材料的機械性能符合標準嗎？壞零件是否經過適當的熱處理？

· 壞零件是否制造正確？零件的安裝正確嗎？零件在使用過程中 經過修理嗎？修理是否正確？

· 目前正在使用的同樣零件也可能出現事故嗎？

常用分析方法

成分分析：

傅里葉紅外光譜儀（FTIR）

顯微共焦拉曼光譜儀(Raman) 

掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)

X射線熒光光譜分析(XRF)

氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS) 

裂解氣相色譜-質譜聯用(PGC-MS) 

核磁共振分析(NMR) 

X射線光電子能譜分析(XPS) 

X射線衍射儀(XRD)

熱分析：

差示掃描量熱法(DSC)

熱機械分析(TMA)

熱重分析(TGA)

動態熱機械分析(DMA)

導熱系數(穩態熱流法、激光散射法)

裂解分析：

裂解氣相色譜-質譜法

凝膠滲透色譜分析（GPC）

熔融指數測試（MFR）

斷口分析：

掃描電子顯微鏡（SEM），X射線能譜儀（EDS）等

物理性能分析：

硬度計，拉伸試驗機， 萬能試驗機等

失效分析案例

塑料制件在使用過程中發生開裂（見圖1），需要找到開裂的原因，為進一步改善提供方向。

材料分析

1. ABS是一種強度高、韌性好、易于加工成型的熱塑性高分子材料，具有一定的耐磨性，抗沖擊性優良，具有高光澤度。適用于一般的外殼制件、機械零件、減磨耐磨零件、傳動零件和和電訊零件；

2. ABS不受水、無機鹽、堿及多種酸的影響，但可溶于酮類、醛類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油侵蝕會產生應力開裂。

斷面形貌

從光學顯微鏡觀測斷面圖可以明顯看出塑料制件的斷裂面形貌圖為較為平整，且可以明顯看出溶劑侵蝕的痕跡。

光學顯微鏡觀測斷面圖

掃描電鏡觀測斷面圖

根據掃描電鏡的形貌數據可以清晰看出制件斷面形貌較為平整，且部分形貌為鱗片狀，為典型的脆性斷裂；另外根據斷面的環狀性形貌可以推測制件斷裂后，斷面殘存溶劑，導致斷面發生局部腐蝕。

斷面參與物質分析

對材料正常截面和斷面部分進行紅外光譜分析，下圖為分析結果，從紅外光譜圖中可以看出材料正常截面的主要成分為ABS；材料斷面在1722.64cm^-1處有特征吸收，說明斷面含有含羰基類物質。

制件正常截面的紅外光譜圖

制件斷面的紅外光譜圖

懷疑目標物質分析

對于懷疑的目標物質玻璃水進行紅外光譜分析并與顯微紅外測試塑料制件的斷面的紅外光譜進行對比分析。從圖中可知斷面與玻璃水在1722.64 cm^-1處附近有相似的羰基吸收峰，且在1026.99 cm^-1和1067.22 cm^-1斷處有相似的吸收峰，說明斷面可能殘留玻璃水類的物質。

玻璃水（粉紅）與制件斷面（藍色）、制件正常截面（綠色）的紅外光譜對比圖

開裂原因分析

總結建議

根據光學顯微鏡、SEM、紅外光譜法對塑料制件的斷裂面及玻璃水分析對比可知：

1）由學顯微鏡、SEM 的形貌圖可知，塑料制件斷面形貌平整，為典型的脆性斷裂形貌特征，且斷面有較大的溶劑侵蝕形貌特征；

2）由塑料制件斷面的顯微紅外光譜、玻璃水的紅外光譜對比數據可知：斷面含有與玻璃水相似的成分；

綜上所述，塑料制件的開裂原因可能是由含有羰基成分的玻璃水對于ABS塑料制件侵蝕，進而導致應力釋放而開裂。建議客戶在成型工藝過程中盡量避免材料與玻璃水接觸，避免出現塑料制件受侵蝕而斷裂的情況。

失效分析平臺

國高材分析測試中心為客戶提供專業的失效分析服務，幫助客戶精準定位失效原因，優化產品性能，主要針對三大主要失效類型——注塑加工失效（如黑點異物、變色發黃、表面析出）、應用功能失效（如斷裂失效、開裂失效、阻燃失效）和服役環境失效（如疲勞失效、老化失效、蠕變失效），設計科學嚴謹的分析方案，深入剖析失效機理，為客戶解決實際生產中的難題。