一、概述

失效分析是通过系统性检测与逆向推理，确定轻工化学产品（如塑料件、涂层、电子元器件、复合材料等）在使用或试验中发生功能丧失、性能退化或结构损坏的根本原因的过程。其核心目标是定位失效模式（如断裂、腐蚀、老化）、揭示失效机理（如疲劳、应力腐蚀、材料缺陷），并提出改进方案。
分析意义：

· 防止同类失效重复发生，降低召回风险；

· 优化产品设计、材料选择及生产工艺；

· 提供法律纠纷中的技术证据（如质量责任认定）。

二、检测标准与规范

1. 国际标准

· ISO 10350：塑料材料关键性能数据获取（用于比对失效样品与标准数据差异）；

· ASTM E1823：断裂表面形貌分析的术语与定义；

· IPC J-STD-001：电子焊接组件的失效分析流程。

2. 国内标准

· GB/T 6417.1-2005：金属铸件缺陷分类与术语；

· GB/T 1771-2007：色漆和清漆耐中性盐雾性能的测定；

· GB/T 9341-2008：塑料弯曲性能的测试方法。

3. 行业指导文件

· FAST（Failure Analysis System Technique）：系统性失效分析流程框架；

· Fishbone Diagram（鱼骨图）：多维度因果分析工具（人、机、料、法、环）。

三、检测设备与技术

1. 核心设备

· 显微观察设备：

o 扫描电镜（SEM）：观察断口形貌（如韧窝、解理断裂），检测微米级缺陷；

o 光学显微镜（OM）：分析表面裂纹、腐蚀坑等宏观特征。

· 成分与结构分析设备：

o 能谱仪（EDS）：配合SEM进行元素成分分析；

o 傅里叶红外光谱仪（FTIR）：鉴定有机物降解或污染（如塑料氧化生成羰基峰）；

o X射线衍射仪（XRD）：分析晶体结构变化（如金属相变）。

· 力学与热学性能设备：

o 万能材料试验机：复现失效载荷条件（拉伸、弯曲、冲击）；

o 差示扫描量热仪（DSC）：检测材料玻璃化转变温度（Tg）变化；

o 热重分析仪（TGA）：评估材料热稳定性。

2. 辅助设备

· 金相制样设备：切割机、镶嵌机、抛光机（用于制备观测截面）；

· 环境模拟箱：盐雾箱、紫外老化箱（复现失效环境条件）；

· 3D轮廓仪：测量表面磨损或腐蚀深度。

四、检测流程

1. 初步信息收集

· 收集失效样品及正常样品；

· 了解失效背景（使用环境、负载条件、失效时间点等）。

2. 非破坏性检测

· 外观检查：记录颜色变化、裂纹位置、腐蚀区域；

· X射线探伤（XRT）：检测内部空洞、异物或焊接缺陷；

· 超声波检测（UT）：定位复合材料分层或粘接失效。

3. 破坏性检测

· 断面制备与观察：

1. 切割失效区域，避免二次损伤；

2. SEM观察断口，判断断裂类型（韧性/脆性）。

· 成分与结构分析：

o EDS分析断口污染元素（如Cl⁻提示应力腐蚀）；

o FTIR对比失效区与正常区的官能团差异。

4. 模拟验证试验

· 力学复现：在试验机上模拟实际载荷，验证裂纹扩展路径；

· 环境加速老化：通过盐雾试验验证腐蚀失效机理。

5. 综合分析

· 结合数据构建失效链（如：材料杂质→应力集中→疲劳裂纹→断裂）；

· 提出改进建议（如更换材料、优化结构设计、改进表面处理工艺）。

五、费用与周期

1. 费用构成

· 基础分析套餐：

o 宏观检查 + SEM/EDS分析：3000-6000元/样品；

· 专项分析：

o 疲劳寿命测试：5000-10,000元；

o 全成分化学分析（GC-MS/FTIR）：2000-5000元；

· 复杂案例（如多因素交互失效）：10,000-30,000元。

2. 检测周期

· 常规分析：5-10个工作日；

· 加急服务：3-5个工作日（费用增加50-100%）；

· 深度分析（需模拟验证）：15-30个工作日。

六、实际应用

1. 塑料件开裂分析

· 案例：某家电外壳在低温环境下脆性断裂，SEM显示材料内部存在未分散的填料团聚，DSC显示Tg降低，结论为低温下材料脆性增加，建议优化填料分散工艺。

2. 涂层剥落分析

· 案例：汽车轮毂涂层在盐雾试验后脱落，FTIR检测到界面处有硅油污染（来自脱模剂），建议增加前处理清洗步骤。

3. 电子器件短路分析

· 案例：手机电池短路起火，SEM发现锂枝晶刺穿隔膜，EDS检出铜迁移（来自PCB腐蚀），建议改进电池封装密封性。

4. 金属部件腐蚀失效

· 案例：不锈钢管道焊缝处应力腐蚀开裂，XRD检测到奥氏体向马氏体转变，建议控制焊接冷却速率并采用抗氯离子腐蚀材料。