在工业制造和产品质量管理中，产品或材料在使用过程中出现功能丧失或性能下降的现象屡见不鲜。这就是“失效”。失效分析（Failure Analysis）是通过科学方法诊断失效根因的技术，帮助企业避免类似问题重复发生，降低损失并提升可靠性。本文将解释失效分析的含义，列出常见类型，并分享实用预防措施，助力从业者掌握这一关键工具。
失效分析的含义
失效分析是指对失效产品或部件进行系统调查，找出失效模式、机理和根因的过程。它结合材料科学、力学、化学等多学科，通常包括样品观察、测试和数据解析，最终形成报告指导改进。核心目标是“诊断-溯源-预防”闭环。
失效分析的价值
- 质量提升：识别设计或工艺缺陷。
- 成本控制：减少召回和维修费用。
- 风险规避：预防批量失效事故。
- 合规支持：满足行业标准如AEC-Q。
典型失效分析实验室常用扫描电子显微镜（SEM）观察微观结构：
常见失效类型
失效类型多样，根据机理分类。以下表格总结主流类型、特征及示例。
| 失效类型 | 主要特征 | 常见材料/部件 | 典型原因 |
|---|---|---|---|
| 断裂失效 | 突然分离，断口可见韧窝或解理面 | 金属轴、复合材料 | 过载、疲劳、脆性断裂 |
| 腐蚀失效 | 表面锈蚀、坑洞或减薄 | 管道、金属外壳 | 电化学反应、环境介质 |
| 磨损失效 | 表面磨损、材料流失 | 轴承、齿轮 | 摩擦、润滑不足 |
| 疲劳失效 | 循环载荷下裂纹扩展 | 航空部件、桥梁 | 应力集中、循环次数超限 |
| 老化失效 | 性能渐进衰减，如变脆或变色 | 橡胶、塑料 | 热氧、光照、化学降解 |
| 电子失效 | 短路、开路或参数漂移 | PCB、元器件 | 过电应力、静电放电 |
断裂失效常通过断口宏观/微观照片诊断：
腐蚀失效示例：
失效预防措施
预防胜于治疗。以下列表提供实用措施，按阶段分类。
设计阶段
- 采用有限元分析（FEA）模拟应力分布。
- 选择耐腐蚀材料或涂层。
- 增加安全系数，避免应力集中。
制造阶段
- 严格工艺控制，如热处理规范。
- 无损检测（UT、RT）筛查内部缺陷。
- 供应商材料验证，确保成分合格。
使用阶段
- 定期维护与监测，如振动检测。
- 环境控制，避免高温高湿。
- 可靠性测试（如加速寿命试验）验证。
全流程措施
- 建立FMEA（失效模式与影响分析）体系。
- 第三方专业失效分析，获取客观报告。
- 数据积累，形成知识库预防同类问题。
总结
失效分析是诊断产品故障根因的科学方法，常见类型包括断裂、腐蚀、疲劳等，通过系统预防措施如设计优化和工艺控制，可显著降低失效风险。企业掌握这一技术，不仅能快速解决问题，还能提升整体产品质量和竞争力。建议在出现失效时及时委托专业机构分析，实现闭环改进。
