高分子材料的失效形式有哪些?如何通过常规测试和现代测试检验失效原因？

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

各种材料失效分析检测方法

PCB/PCBA失效分析

PCB作为各种元器件的载体与电路信号传输的枢纽已经成为电子信息产品的最为重要而关键的部分，其质量的好坏与可靠性水平决定了整机设备的质量与可靠性。

失效模式：

爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。

常用手段

无损检测：

外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像

表面元素分析：

扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)

显微红外分析(FTIR)

俄歇电子能谱分析(AES)

X射线光电子能谱分析(XPS)

二次离子质谱分析(TOF-SIMS)

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)

电性能测试：　

击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移

破坏性能测试：

染色及渗透检测

材料失效分析的原因：

材料都具有一定的功能，如传力、承受某种载荷等。当机械零件丧失它应有的功能后，则称该零件失效。

造成失效的原因有很多，如断裂、变形、表面磨损等。正确的失效分析是解决零件失效、提高承载能力的基本环节。失效规律及机理是材料强度研究的基础，从材料角度研究失效原因，进而找到防止失效的有效途径。

失效模式：

爆板、分层、短路、起泡，焊接不良，腐蚀迁移等。

常用手段

无损检测：

外观检查，X射线透视检测，三维CT检测，C-SAM检测，红外热成像

表面元素分析：

扫描电镜及能谱分析(SEM/EDS)

显微红外分析(FTIR)

俄歇电子能谱分析(AES)

X射线光电子能谱分析(XPS)

二次离子质谱分析(TOF-SIMS)

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)

电性能测试：　

击穿电压、耐电压、介电常数、电迁移

破坏性能测试：

染色及渗透检测

超声检测 Ultrasonic Testing（缩写 UT）； 　

　射线检测 Radiographic Testing（缩写 RT）； 　

　磁粉检测 Magnetic particle Testing（缩写 MT）； 　

　渗透检测 Penetrant Testing （缩写 PT）；

涡流检测 Eddy Current Testing （缩写 ET）；

射线照相法（RT）

是指用X射线或g射线穿透试件，以胶片作为记录信息的器材的无损检测方法，该方法是最基本的，应用最广泛的一种非破坏性检验方法。 1、射线照相检验法的原理：射线能穿透肉眼无法穿透的物质使胶片感光，当X射线或r射线照射胶片时，与普通光线一样，能使胶片乳剂层中的卤化银产生潜影，由于不同密度的物质对射线的吸收系数不同，照射到胶片各处的射线能量也就会产生差异，便可根据暗室处理后的底片各处黑度差来判别缺陷。 2、射线照相法的特点：射线照相法的优点和局限性总结如下： a.可以获得缺陷的直观图像，定性准确，对长度、宽度尺寸的定量也比较准确； b.检测结果有直接记录，可长期保存； c. 对体积型缺陷（气孔、夹渣、夹钨、烧穿、咬边、焊瘤、凹坑等）检出率很高，对面积型缺陷（未焊透、未熔合、裂纹等），如果照相角度不适当，容易漏检； d.适宜检验厚度较薄的工件而不宜较厚的工件，因为检验厚工件需要高能量的射线设备，而且随着厚度的增加，其检验灵敏度也会下降； e.适宜检验对接焊缝，不适宜检验角焊缝以及板材、棒材、锻件等； f.对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难； g.检测成本高、速度慢； h.具有辐射生物效应， 无损检测超声波探伤仪

能够杀伤生物细胞，损害生物组织，危及生物器官的正常功能。 总的来说，RT的特性是——定性更准确，有可供长期保存的直观图像，总体成本相对较高，而且射线对人体有害，检验速度会较慢。 无损检测X光机 用于工业部门的工业检测X光机通常为工业无损检测X光机（无损耗检测），此类便携式X光机可 以检测各类工业元器件、电子元件、电路内部。例如插座插头橡胶内部线路连接，二极管内部焊接等的检测。BJI-XZ、BJI-UC等工业检测X光机是可连接电脑进行图像处理的X光机，此类工业检测便携式X光机为工厂家电维修领域提供了出色的解决方案。

3、超声波检测（UT）

1、超声波检测的定义：通过超声波与试件相互作用，就反射、透 无损检测设备

射和散射的波进行研究，对试件进行宏观缺陷检测、几何特性测量、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性进行评价的技术。 2、超声波工作的原理：主要是基于超声波在试件中的传播特性。 a.声源产生超声波，采用一定的方式使超声波进入试件； b.超声波在试件中传播并与试件材料以及其中的缺陷相互作用，使其传播方向或特征被改变； c.改变后的超声波通过检测设备被接收，并可对其进行处理和分析； d.根据接收的超声波的特征，评估试件本身及其内部是否存在缺陷及缺陷的特性。 3、超声波检测的优点： a.适用于金属、非金属和复合材料等多种制件的无损检测； b.穿透能力强，可对较大厚度范围内的试件内部缺陷进行检测。如对金属材料，可检测厚度为1～2mm的薄壁管材和板材，也可检测几米长的钢锻件； c.缺陷定位较准确； d.对面积型缺陷的检出率较高； e.灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷； f.检测成本低、速度快，设备轻便，对人体及环境无害，现场使用较方便。 4、超声波检测的局限性： a.对试件中的缺陷进行精确的定性、定量仍须作深入研究； b.对具有复杂形状或不规则外形的试件进行超声检测有困难； c.缺陷的位置、取向和形状对检测结果有一定影响； d.材质、晶粒度等对检测有较大影响； e.以常用的手工A型脉冲反射法检测时结果显示不直观，且检测结果无直接见证记录。 5、超声检测的适用范围： a.从检测对象的材料来说，可用于金属、非金属和复合材料； b.从检测对象的制造工艺来说，可用于锻件、铸件、焊接件、胶结件等； c.从检测对象的形状来说，可用于板材、棒材、管材等； d.从检测对象的尺寸来说，厚度可小至1mm，也可大至几米； e.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。

4、磁粉检测（MT）

1. 磁粉检测的原理：铁磁性材料和工件被磁化后，由于不连续性的存在，使工件表面和近表面的磁力线发生局部畸变而产生漏磁场，吸附施加在工件表面的磁粉，形成在合适光照下目视可见的磁痕，从而显示出 磁粉检测

不连续性的位置、形状和大小。 2. 磁粉检测的适用性和局限性： a.磁粉探伤适用于检测铁磁性材料表面和近表面尺寸很小、间隙极窄（如可检测出长0.1mm、宽为微米级的裂纹），目视难以看出的不连续性。 b.磁粉检测可对原材料、半成品、成品工件和在役的零部件检测，还可对板材、型材、管材、棒材、焊接件、铸钢件及锻钢件进行检测。 c.可发现裂纹、夹杂、发纹、白点、折叠、冷隔和疏松等缺陷。 d.磁粉检测不能检测奥氏体不锈钢材料和用奥氏体不锈钢焊条焊接的焊缝，也不能检测铜、铝、镁、钛等非磁性材料。对于表面浅的划伤、埋藏较深的孔洞和与工件表面夹角小于20°的分层和折叠难以发现。

5、渗透检测（PT）

1.液体渗透检测的基本原理：零件表面被施涂含有荧光染料或着色染料的渗透剂后，在毛细管作用下，经过一段时间，渗透液可以渗透进表面开口缺陷中；经去除零件表面多余的渗透液后，再在零件表面施涂显像剂，同样，在毛细管的作用下，显像剂将吸引缺陷中保留的渗透液，渗透液回渗到显像剂中，在一定的光源下（紫外线光或白光），缺陷处的渗透液痕迹被现实，（黄绿色荧光或鲜艳红色），从而探测出缺陷的形貌及分布状态。 2.渗透检测的优点： a.可检测各种材料，金属、非金属材料；磁性、非磁性材料；焊接、锻造、轧制等加工方式； b.具有较高的灵敏度（可发现0.1μm宽缺陷） c.显示直观、操作方便、检测费用低。 3.渗透检测的缺点及局限性： a.它只能检出表面开口的缺陷； b.不适于检查多孔性疏松材料制成的工件和表面粗糙的工件； c.渗透检测只能检出缺陷的表面分布，难以确定缺陷的实际深度，因而很难对缺陷做出定量评价。检出结果受操作者的影响也较大。

6、涡流检测（ET）

1.涡流检测的基本原理：将通有交流电的线圈置于待测的金属板上或套在待测的金属管外（见图）。这时线圈内及其附近将产生交变磁场，使试件中产生呈旋涡状的感应交变电流，称为涡流。涡流的分布和大小，除与线圈的形状和尺寸、交流电流的大小和频率等有关外，还取决于试件的电导率、磁导率、形状和尺寸、与线圈的距离以及表面有无裂纹缺陷等。因而，在保持其他因素相对不变的条件下，用一探测线圈测量涡流所引起的磁场变化，可推知试件中涡流的大小和相位变化，进而获得有关电导率、缺陷、材质状况和其他物理量(如形状、尺寸等)的变化或缺陷存在等信息。但由于涡流是交变电流，具有集肤效应，所检测到的信息仅能反映试件表面或近表面处的情况。 2.应用：按试件的形状和检测目的的不同，可采用不同形式的线圈,通常有穿过式、探头式和插入式线圈3种。穿过式线圈用来检测管材、棒材和线材，它的内径略大于被检物件，使用时使被检物体以一定的速度在线圈内通过，可发现裂纹、夹杂、凹坑等缺陷。探头式线圈适用于对试件进行局部探测。应用时线圈置于金属板、管或其他零件上，可检查飞机起落撑杆内筒上和涡轮发动机叶片上的疲劳裂纹等。插入式线圈也称内部探头，放在管子或零件的孔内用来作内壁检测，可用于检查各种管道内壁的腐蚀程度等。为了提高检测灵敏度，探头式和插入式线圈大多装有磁芯。涡流法主要用于生产线上的金属管、棒、线的快速检测以及大批量零件如轴承钢球、汽门等的探伤（这时除涡流仪器外尚须配备自动装卸和传送的机械装置）、材质分选和硬度测量，也可用来测量镀层和涂膜的厚度。 3.优缺点：涡流检测时线圈不需与被测物直接接触，可进行高速检测,易于实现自动化,但不适用于形状复杂的零件,而且只能检测导电材料的表面和近表面缺陷,检测结果也易于受到材料本身及其他因素的干扰。

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