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各類材料失效分析方法

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

圖1  失效分析流程

  各種材料失效分析檢測方法

   1 PCB/PCBA失效分析

  PCB作為各種元器件的載體與電路信號傳輸的樞紐已經成為電子信息產品的最為重要而關鍵的部分,其質量的好壞與可靠性水平決定了整機設備的質量與可靠性。

圖2 PCB/PCBA

失效模爆板、分層、短路、起泡,焊接不良,腐蝕遷移等。

常用手段· 

無損檢測:

外觀檢查,X射線透視檢測,三維CT檢測,C-SAM檢測,紅外熱成像

表面元素分析:

掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)

顯微紅外分析(FTIR)

俄歇電子能譜分析(AES)

X射線光電子能譜分析(XPS)

二次離子質譜分析(TOF-SIMS)· 

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)

電性能測試: · 

擊穿電壓、耐電壓、介電常數、電遷移· 

破壞性能測試:

染色及滲透檢測

 2 電子元器件失效分析

電子元器件技術的快速發展和可靠性的提高奠定了現代電子裝備的基礎,元器件可靠性工作的根本任務是提高元器件的可靠性。

圖3 電子元器件

失效模式

開路,短路,漏電,功能失效,電參數漂移,非穩定失效等

常用手段· 

電測:連接性測試  電參數測試 功能測試 

無損檢測:

開封技術(機械開封、化學開封、激光開封)

去鈍化層技術(化學腐蝕去鈍化層、等離子腐蝕去鈍化層、機械研磨去鈍化層)

微區分析技術(FIB、CP)

制樣技術:

開封技術(機械開封、化學開封、激光開封)

去鈍化層技術(化學腐蝕去鈍化層、等離子腐蝕去鈍化層、機械研磨去鈍化層)

微區分析技術(FIB、CP)

顯微形貌分析:

光學顯微分析技術

掃描電子顯微鏡二次電子像技術

表面元素分析:

掃描電鏡及能譜分析(SEM/EDS)

俄歇電子能譜分析(AES)

X射線光電子能譜分析(XPS)

二次離子質譜分析(SIMS)

無損分析技術:

X射線透視技術

三維透視技術

反射式掃描聲學顯微技術(C-SAM)

 3 金屬材料失效分析

隨著社會的進步和科技的發展,金屬制品在工業、農業、科技以及人們的生活各個領域的運用越來越廣泛,因此金屬材料的質量應更加值得關注。

圖4  船用柴油機曲軸齒輪

失效模式

設計不當,材料缺陷,鑄造缺陷,焊接缺陷,熱處理缺陷

常用手段

金屬材料微觀組織分析:

 金相分析

 X射線相結構分析

 表面殘余應力分析

 金屬材料晶粒度· 

成分分析:直讀光譜儀、X射線光電子能譜儀(XPS)、俄歇電子能譜儀(AES)等

物相分析:X射線衍射儀(XRD)

殘余應力分析:x光應力測定儀

機械性能分析:萬能試驗機、沖擊試驗機、硬度試驗機等

圖5  拉伸試驗材料斷裂面掃描電鏡圖像

 4 高分子材料失效分析

高分子材料技術總的發展趨勢是高性能化、高功能化、復合化、智能化和綠色化。因為技術的全新要求和產品的高要求化,而需要通過失效分析手段查找其失效的根本原因及機理,來提高產品質量、工藝改進及責任仲裁等方面。

圖6  免噴涂塑料

失效模式:

斷裂,開裂,分層,腐蝕,起泡,涂層脫落,變色,磨損失效

常用手段:

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) 

俄歇電子能譜分析(AES) 

X射線光電子能譜分析(XPS) 

X射線衍射儀(XRD)

飛行時間二次離子質譜分析(TOF-SIMS)

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

圖7 安捷倫裂解氣相色譜質譜聯用儀

 

(5)復合材料失效分析

復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料組合而成。具有比強度高,優良的韌性,良好的環境抗力等優點,因此在實際生產中得以廣泛應用。

失效模式

斷裂,變色失效,腐蝕,機械性能不足等

常用手段· 

無損檢測:· 

射線檢測技術( X 射線、γ 射線、中子射線等),工業CT,康普頓背散射成像(CST)技術,超聲檢測技術(穿透法、脈沖反射法、串列法),紅外熱波檢測技術,聲發射檢測技術,渦流檢測技術,微波檢測技術,激光全息檢驗法等。

圖8 工業CT檢測系統

成分分析:

X射線熒光光譜分析(XRF)等,參見高分子材料失效分析中成分分析。

熱分析:

重分析法(TG)、差示掃描量熱法(DSC)、靜態熱機械分析法(TMA)、動態熱機械分析(DMTA)、動態介電分析(DETA)

破壞性實驗:

切片分析(金相切片、聚焦離子束(FIB)制樣、離子研磨(CP)制樣)

(6)涂層/鍍層失效分析

 圖9  左IC分層失效 、右涂層樣品界面點腐蝕失效

失效模式

分層,開裂,腐蝕,起泡,涂/鍍層脫落,變色失效等

常用手段

成分分析:

參見高分子材料失效分析

熱分析:

參見高分子材料失效分析

斷口分析:

體式顯微鏡(OM)

掃描電鏡分析(SEM)

物理性能:

拉伸強度、彎曲強度等

模擬試驗(必要時)

在同樣工況下進行試驗,或者在模擬工況下進行試驗。

 

分析結果提交

 

1) 提出失效性質、失效原因

2) 提出預防措施(建議)

3) 提交失效分析報告

總結:失效分析是經驗和科學的結合,失效分析工程師就如醫生,工藝設計之初要有預防對策;產品生產后,進行體檢,找出其中的隱患,給出預防辦法去防止;失效發生后通過各種手段查找病因:驗血,照X光,做B超等,根據檢驗的數據進行分析是什么癥狀并對癥下藥,給出補救辦法。

目前國內這方面做得比較欠缺,設計、生產、失效,各干各的。實際上,失效分析應該參與到產品的設計工作,這樣才能從根本上避免產品失效。


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2019年12月13日 0:55 [安徽省市辖区网友]

帝森克虏伯和你们有合作吗,他们的采购说让我们问你们定购精密钢管16*5.

2019年12月13日 0:19 [山东省四方区网友]

精密钢管,质量第一!

2019年12月13日 0:02 小情绪 [广东省饶平县网友]

请问你们美标管做吗?

2019年12月12日 23:50 [福建省鼓楼区网友]

精密钢管,技术领先!

2019年12月12日 23:33 花花世界不必当真 [广西壮族自治区钦北区网友]

www.gbt3639.com 也是你们的博客?是盗版的吧!

2019年12月12日 23:20 [四川省理县网友]

你们常州做钢管就是专业,比聊城的那些骗子专业多了。

2019年12月12日 22:23 [贵州省石阡县网友]

想问您一下,德国钢号 ST37是什么钢管的钢号?你们可以做吗?

2019年12月12日 21:51 [云南省个旧市网友]

SAE5120 你们可不可以做?加我QQ 8496732146 详细的聊一下。

2019年12月12日 20:52 力争上游 [安徽省望江县网友]

专业,专业,专业!重要的事情说3遍!

2019年12月12日 20:49 [河北省北市区网友]

专业的厂家!

2019年12月12日 20:13 [陕西省榆阳区网友]

你们的微信号:steeltuber 天天发些干货知识,我已经关注了哦!

2019年12月12日 18:54 悬梁刺股 [广西壮族自治区陆川县网友]

请问你们汽车配件都做什么规格的?

2019年12月12日 18:52 [安徽省舒城县网友]

你们钢管的钢管厂那么多,像您这个厂这么专业的还真不多。

2019年12月12日 18:05 [陕西省洛川县网友]

精密钢管,品质为王!

2019年12月12日 17:26 [云南省市辖区网友]

ST44 你们可以做吗?加我QQ784568646 详聊。

2019年12月12日 16:36 一曲忧柔寸断肠 [广东省连南瑶族自治县网友]

请问你们德标管做吗?

2019年12月12日 16:25 最后的依赖 [四川省仁和区网友]

你们厂在哪里?专的的吗!

2019年12月12日 14:34 [广东省广州市网友]

你好,我是上汽的,你们和管子可以进我们的供应商,请打我的电话:021-898954165 姓 葛。

2019年12月12日 13:31 [山东省惠民县网友]

Professional manufacturers, professional products.

2019年12月12日 13:31 薄荷梦 [浙江省磐安县网友]

精密钢管,服务为王!

2019年12月12日 10:40 [黑龙江省滴道区网友]

EN10305-4 E235 14*1 可以生产吗?

2019年12月12日 9:15 [湖北省市辖区网友]

请问,你们减震器钢管做吗?什么价格?

2019年12月12日 8:44 [贵州省丹寨县网友]

请问 你们的钢管出口吗?

2019年12月12日 6:59 一场结婚恋爱 [重庆市黔江区网友]

一直关注你们常州精密钢管博客,天天来逛的,看看有没有什么干货。

2019年12月12日 6:41 那戏—终究还是散场 [云南省鹤庆县网友]

精密钢管,专业为王!

2019年12月12日 5:45 小言 [四川省蓬溪县网友]

请问,你的管件都做哪些规格?

2019年12月12日 4:50 [广西壮族自治区桂平市网友]

精密钢管,技术为王!

2019年12月12日 4:06 [山东省阳信县网友]

请问,你们今天12*1的钢管什么价格?

2019年12月12日 3:17 [黑龙江省乌马河区网友]

精密钢管,质量为王!

2019年12月12日 2:42 [海南省乐东黎族自治县网友]

请问你们的钢管一搬交货期要多少天?

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