失效分析

国家有色金属及电子材料分析测试中心作为我国有色金属检测领域的权威机构，专业从事机械零部件、工程部件等非正常断裂或腐蚀引起的工程失效分析工作。 失效分析对于提高产品质量和防止事故重演特别重要。十几年来，我们对飞机、潜艇、坦克、大功率内燃机、大容量发电机组、高压输电设备、多种重要民用设施进行了失效分析工作，取得了明显效果

失效分析工作是一个及其复杂的过程，它需要多学科相互交叉。我中心拥有先进的分析检测装备，齐全的材料分析检测方法与标准，经验丰富的专业技术队伍，可以综合分析和评价有色金属材料断裂、腐蚀失效的原因和机理；同时，中心作为独立的第三方检测机构，出具的报告客观科学准确公正，不管是对委托方还是其它方而言都是依据事实和分析测试结果来分析。

分析手段：

化学分析：重量法，容量法，分光光度法

仪器分析：辉光放电质谱、电感耦合等离子体质谱，电感耦合等离子体发射光谱，原子吸收光谱、X-射线荧光光谱、离子色谱、火花直读光谱、金属材料中气体成分分析等。

微观组织与结构分析：超高压电子显微镜，高分辨透射电子显微镜，场发射扫描电子显微镜，扫描电子显微镜，分析电镜，X射线衍射仪，金相显微镜

力学与物理性能测试：万能材料试验机及高低温装置，持久蠕变试验机，金属疲劳试验机，应力腐蚀试验机，工艺性能试验，硬度测试，金属耐候性试验，金属耐腐性能测试，金属涂层机表面测试。

服务案例：中心开展了大量失效分析工作，服务客户达数百例，部分案例如下：

1、大型热电厂换热器铜管材腐蚀断裂分析评价；

2、铁路电力机车铜导线变形失效分析；

3、切诺基汽车分动箱断裂失效分析；

4、大功率柴油发动机曲轴及动力箱失效分析；

5、特种功能陶瓷失效分析等；

6、大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔失效分析

7、坦克铸铝冷却风扇断裂失效分析

8、军工用氧化铍事故的应急分析及事故原因分析

9、铁路电气化电缆支架及相关另部件失效分析

10、华北输电线路支架失效分析

11、内燃机车发动机气缸失效分析

12、坦克发动机气缸盖失效分析

13、合成纤维生产线送料杆失效分析

14、铲车用轴断裂失效分析

15、民用各种供水、供热设备的管道和各种阀门的失效分析

16、铝基复合材料断裂机制的分析

17、油田用钢丝绳失效原因的分析

18、人体植入材料断裂失效分析

19、汽车发动机盖用铸造铝－硅合金断裂分析，

20、飞机发动机解剖分析

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案例介绍

大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔失效分析

某煤化工公司的制氧机在启用不久后出现了冷箱主冷管弯道内弧处穿孔失效，给该企业造成了巨大损失。为防止此类事故再次发生，针对大型制氧机冷箱主冷管微爆穿孔事故开展了失效分析，成功找到了事故的根源，主要原因是液氧流动死区干蒸发形成的有机物结晶并富集在管壁内侧，静电放电时引起微爆燃烧而穿孔，且失效部位在焊缝处；采用高镍、锰不锈钢冷铁衬套，正是这种材料加速了爆炸燃烧的剧烈程度。建议企业加强设备运行管理，降低液氧中有机物含量，改进冷铁类型等措施来防止穿孔事故。

客户反馈意见及评价：数据准确，分析到位，找到了事故的根源，避免类似事故的再次发生

pc材料上的膜用什么化工原料泡掉的快

聚碳酸酯，又称PC，身居五大工程塑料之一，具有优异的透光性、抗冲击性、电绝缘性、耐候性等。在建材、汽车、电子、航天等行业有广泛的应用。然而，硬币的另一面， PC遇到有机小分子易溶胀、遇到碱性环境易水解、热环境可降解，这些均会导致PC零件、构件、部件的腐蚀、开裂等失效问题。影响产品质量、使用安全、甚至是商誉。

对PC零部件的失效原因做“解剖”，具有重要的工程、生产、商业价值。

pc塑料腐蚀分析思路

1.确定分析思路

2.思考解决方案

3设计、执行、完成分析实验

4.凝练分析结论

5. 给出优化建议

图1 某透明产品及其失效照片

确定pc塑料腐蚀分析思路

（1）“白色附着物”是“环境外来物”侵袭还是材料腐蚀的“产物”？

（2）“开裂处”是否有材料的降解、化学腐蚀、物质侵入？

（3）失效位置在空间上与橡胶密封圈或接触或邻近，是否相关，需要获取直接证据。

pc塑料腐蚀分析思考解决方案

（1）分析本案有关的正常PC材料、橡胶密封圈的成分，获得失效分析的基础对标数据。

（2） 分析“白色附着物”重点关注是否有PC的降解产物、是否有不属于3.1的全成分分析结果中的成分。

（3）开裂处电镜分析、物质微萃取分析，查阅开裂与3.1和3.2分析结果的关联。

（4）经过3.1-3.3的分析，针对性地排查橡胶密封圈中的化学物质在本案中的影响。

（5） 综合分析所得数据，对本失效案例做出科学的判断，以便客户在后续研发中避免这些风险因素。

设计、执行、完成pc塑料腐蚀分析实验

3.1 全成分分析获得PC材料、橡胶密封圈的成分，作为基础数据，如下表所示橡胶密封圈成分。

3.2 分析“白色附着物”和开裂位置

1）SEM-EDS：PC壳体失效处呈现了明显的材料腐蚀的形貌。

2）FTIR：壳体表面白色物质的红外谱图，除PC外，可见少量的双酚A及双酚A的盐。

3）NMR：壳体表面白色附着物的NMR谱图，除PC外，可见双酚A的特征出峰。

4）DSC：正常未老化的PC的Tg-onset为138℃，而老化后的白色物质的Tg-onset为43℃，提示分子量的显著降低。（谱图与对比谱图略）

5）TGA：~400℃前失重占比26.2%，400-430℃失重占比约10.3%，提示了白色物质中低分子PC和单体双酚A的热失重。（谱图与对比谱图略）

6）HS-GCMS：橡胶密封条为偶氮二异丁腈（AIBN）发泡的硅橡胶，产品中残留较高含量的发泡剂及发泡剂片段，其水浸泡液呈弱碱性（pH：8.79）。（谱图与对比谱图略）

pc塑料腐蚀分析结论

1）“白色附着物”为中发现了PC碱性条件下的水解生成的双酚A和双酚A盐。

2）接触的密封条为AIBN发泡的硅橡胶胶条，成品检测到明显的发泡剂及分解片段的残留，呈弱碱性。

3）残留发泡剂、分解或反应产物，在湿气条件下形成弱碱性环境，对PC造成致命性的腐蚀、降解、破坏。PC件力学性能发生大幅下降，在应力作用下出现开裂。

给出优化建议

本例中PC接触零件（发泡的硅橡胶密封圈）中残留的物质具有碱性，使PC发生了水解，产生了宏观的失效现象（出现白色附着物）、易开裂。本产品应主动地、优先地去除掉带有发泡剂残留的密封圈这个典型的不利因素。

通过对样品失效现象的微观探索，可以揭示失效的微观本质，这样可以有效指导生产实践。亦可用于区分清楚各方责任，例如产品设计部门在材料选型的责任，以及橡胶密封圈生产加工方的相关责任。

1、失效分析

失效分析-开裂

失效分析-变色

失效分析-脱漆

失效分析-粘接不良

失效分析-腐蚀

失效分析-轴承失效

失效分析-物理性能改变

失效分析-电学性能改变

失效分析-化学性能改变

汽车零部件失效分析

失效分析-材料合成/加工异常

断面分析及材料验证

断面分析

2、异物分析

异物分析-析出（不用对比正常位置）

异物分析-析出（对比正常位置）

异物分析-夹杂

异物分析-外来污染物

异物分析-工业产线异物

异物定性半定量分析

异物溯源

3、工业问题剖析

离子交换树脂的评价分析

特种材料金属评价（20-22个元素）

特种材料金属评价（60个元素）

验证评价

饮用纯水的物质评价

特种设备用纯水的物质评价

水异味物质分析

材料高温析出物/挥发物评价

材料高温高湿析出物/挥发物评价

材料合成/加工异常评价

电镀层的厚度与牢度有关，越厚牢度越差。化工原料没有用过，要是厚可以破皮后撕下来。

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