失效分析的具体步骤和方法如下：
一、步骤
现场调查与数据收集
详细描述失效发生时的现象，如是否有异常声音、冒烟、异味等。对于机械产品，要记录是否存在卡顿、振动异常等现象；对于电子产品，要注意是否有屏幕闪烁、死机等现象。
考察产品的使用环境，包括温度、湿度、气压、是否存在化学腐蚀源（如酸、碱、盐雾等）、是否有电磁干扰等环境因素。例如，电子设备在高温高湿环境下可能会出现性能下降或失效的情况。
收集产品的使用历史，如使用频率、工作时长、是否遭受过异常应力（如突然的撞击、过载等）、是否进行过维修以及维修的内容等信息。
确定失效的产品或部件的名称、型号、规格、批次等基本标识信息。例如，对于失效的手机电池，要明确其品牌、型号、电池容量等信息。
了解产品的功能、性能要求和工作原理，这有助于后续分析失效对产品整体功能的影响。
收集基本信息
调查使用环境与历史
记录失效现象
初步检查与判断
根据产品的功能要求，对失效产品进行初步的功能测试，以确定失效的大致范围。例如，对于失效的打印机，测试其打印功能、纸张传输功能、墨盒检测功能等是否正常。
对比正常产品的功能表现，初步判断可能的失效类型，如机械故障、电气故障、软件故障（对于智能产品）等。
采用目视检查，观察产品表面是否有明显的损伤痕迹，如划痕、裂纹、变形、变色等。例如，检查金属部件表面是否有锈蚀或腐蚀坑，塑料部件是否有破裂或融化迹象。
利用低倍放大镜或光学显微镜进一步检查微观的外观变化，如细小的裂纹、磨损痕迹等。
外观检查
初步功能测试
非破坏性检测
对于非多孔性材料表面开口的缺陷，将含有颜料或荧光剂的渗透液涂覆在被检测表面，使其渗入缺陷中，然后去除多余的渗透液，再涂上显像剂，使渗入缺陷中的渗透液被吸附并显示出缺陷的形状和位置。常用于检测金属、陶瓷、塑料等材料表面的裂纹、气孔等缺陷。
利用铁磁性材料在磁场中被磁化后，表面或近表面缺陷处会产生漏磁场，吸附磁粉从而显示出缺陷的位置和形状。常用于检测钢铁部件表面和近表面的裂纹、夹杂物等缺陷。
通过向物体内部发射超声波，根据超声波的反射、折射和衰减情况来检测物体内部的缺陷，如孔隙、分层、裂纹等。在金属材料、复合材料等的检测中应用广泛，例如检测航空发动机叶片内部是否存在微观裂纹。
原理是利用 X - 射线穿透物体时，因物体内部结构和密度的差异而产生不同的吸收和散射，从而形成内部结构的影像。例如，在检测电子电路板时，可以发现内部的焊点是否存在虚焊、短路，以及芯片封装内部是否有结构缺陷等情况。
X - 射线检测（适用于有内部结构的产品）
超声检测（常用于检测材料内部缺陷）
磁粉检测（针对铁磁性材料）
液体渗透检测
样品制备（如果需要进行破坏性检测）
根据样品的材料类型，选择合适的腐蚀剂对抛光后的样品进行腐蚀，使样品的微观组织能够在金相显微镜下清晰地显示出来。不同的材料可能需要不同的腐蚀剂和腐蚀时间。
对于金相分析等需要观察微观组织的检测，将取出的样品进行研磨和抛光处理，以获得平整、光滑的表面。这一过程需要逐步使用不同粒度的研磨砂纸，并采用合适的抛光工艺，确保样品表面达到所需的光洁度。
根据检测目的和产品结构，选择合适的切割方法，从失效产品中取出具有代表性的样品。在切割过程中要注意避免对样品造成二次损伤，例如使用精密的切割设备和合适的切割参数。
切割与取样
研磨与抛光
腐蚀处理（针对金相分析）
破坏性检测
根据产品的材料类型，进行相应的力学性能测试，如拉伸试验、硬度试验、冲击试验等。通过这些测试可以了解材料的强度、硬度、韧性等力学性能指标，判断是否由于力学性能不符合要求而导致失效。例如，金属部件在使用过程中发生断裂，可能是由于其拉伸强度不足或韧性过低。
SEM 可以提供高分辨率的样品表面微观形貌图像，能够清晰地观察到表面的微观裂纹、磨损痕迹、腐蚀产物等微观特征。TEM 则可以用于观察材料内部的微观结构，如晶体缺陷、纳米结构等。这些分析有助于深入了解失效的微观机理。
采用化学分析方法确定样品的化学成分，如采用光谱分析（如原子吸收光谱、X - 射线荧光光谱等）确定金属中的各种元素含量，通过化学滴定法测定某些特定成分的含量。通过与标准成分的对比，可以判断是否由于化学成分的偏差导致产品失效，例如，铝合金中合金元素含量不符合标准可能影响其强度和耐腐蚀性。
在金相显微镜下观察样品的微观组织，包括晶粒大小、形状、相组成、晶界状态以及是否存在微观裂纹、夹杂物等情况。例如，通过金相分析可以判断金属材料在加工过程中是否存在过热、冷加工变形不均匀等问题，这些因素可能导致材料性能下降而失效。
金相分析
化学分析
电子显微镜分析（如扫描电子显微镜 - SEM、透射电子显微镜 - TEM）
力学性能测试（针对部分材料）
确定失效模式
根据前面的检测结果，确定产品的失效模式。常见的失效模式包括断裂、磨损、腐蚀、变形、短路、开路、泄漏、疲劳等。例如，通过观察发现金属轴类部件表面有明显的磨损痕迹，其失效模式可确定为磨损；如果电子电路中某条线路断开，其失效模式为开路。
分析失效机理
在确定失效模式后，深入分析导致这种失效模式的内在机理。例如，对于腐蚀失效，要分析是化学腐蚀（如金属与酸、碱的反应）还是电化学腐蚀（如在潮湿环境下不同金属之间形成的原电池反应）；对于疲劳失效，要考虑是高周疲劳（应力水平较低、循环次数较高）还是低周疲劳（应力水平较高、循环次数较低）导致的。
找出失效原因
基于失效机理，找出导致失效的根本原因。这可能涉及产品的设计缺陷（如结构设计不合理、选材不当等）、制造过程中的问题（如加工工艺不合格、装配错误等）、使用环境因素（如恶劣的温度、湿度环境、电磁干扰等）或者是多种因素的综合作用。例如，机械产品的过早疲劳失效可能是由于设计时没有考虑到实际工作中的应力集中，再加上制造过程中存在的内部缺陷，以及在恶劣环境下长期承受交变应力共同导致的。
二、方法
物理方法
DSC 可以测量样品在加热或冷却过程中的热量变化，用于分析材料的相变温度、结晶度、反应热等信息。TG 则是测量样品在加热过程中的质量变化，可用于研究材料的热稳定性、分解温度等。这些热分析方法对于研究材料在温度作用下的性能变化和失效原因有重要意义。
用于分析材料的晶体结构。通过测量材料对 X - 射线的衍射图谱，可以确定材料的物相组成、晶体结构类型、晶格常数等信息。这对于分析由于晶体结构变化导致的失效（如材料的相变、晶体缺陷等）非常有帮助。
如前面所述，SEM 主要用于观察样品表面的微观形貌，TEM 则侧重于观察材料内部的微观结构，它们可以提供高分辨率的图像，有助于深入分析失效的微观原因。
利用光学显微镜对产品的外观和微观结构进行观察。可以对样品进行低倍到高倍的放大观察，以发现表面的裂纹、磨损痕迹、微观组织变化等情况。
光学显微镜观察
电子显微镜分析（SEM、TEM）
X - 射线衍射分析（XRD）
热分析方法（如差示扫描量热法 - DSC、热重分析法 - TG）
化学方法
主要用于分析样品中的有机成分。GC 适用于分析挥发性有机化合物，LC 则更适合分析非挥发性或热不稳定的有机化合物。在失效分析中，可用于检测产品中的有机污染物、添加剂的含量和种类等，例如分析塑料产品中的增塑剂含量是否符合标准。
如原子吸收光谱（AAS）、原子发射光谱（AES）、X - 射线荧光光谱（XRF）等。这些方法基于原子对特定波长的光的吸收、发射或荧光特性，来确定样品中的元素种类和含量。例如，AAS 可以准确测定金属中的微量元素含量，XRF 可以快速无损地分析材料表面的元素组成。
这是一种传统的化学分析方法，通过已知浓度的滴定剂与样品中的待测物质进行化学反应，根据滴定剂的消耗量来确定待测物质的含量。常用于测定金属离子含量、酸碱度等化学指标。
化学滴定法
光谱分析方法
色谱分析方法（如气相色谱 - GC、液相色谱 - LC）
电学方法（针对电子产品）
利用电路仿真软件，根据电路的原理图和元件参数构建虚拟电路模型，进行模拟分析。可以预测电路的性能、分析故障可能出现的位置和原因，为失效分析提供参考。
示波器能够显示电路中的电压随时间的变化波形。通过观察波形的形状、幅度、频率等特征，可以分析电路中的信号传输是否正常，是否存在干扰、信号失真等问题。
使用万用表可以测量电路中的电压、电流、电阻等基本电学参数。通过对这些参数的测量，可以初步判断电路是否存在开路、短路、电阻异常等问题。
万用表测量
示波器检测
电路仿真分析
力学方法（针对材料和机械产品）
用于测量材料在冲击载荷作用下的韧性。通过测定材料在一次冲击过程中的吸收能量，可以评估材料在承受突然的外力冲击时的抵抗能力。对于一些在使用过程中可能遭受冲击的产品（如汽车零部件），冲击试验对于分析失效原因具有重要意义。
采用不同的硬度测试方法（如洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等）测量材料表面的硬度。硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力，硬度值的变化可能与材料的加工工艺、热处理状态等因素有关，也可能是导致失效的原因之一。
通过对材料样品施加轴向拉力，测量材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等力学性能指标。这些指标可以反映材料的强度和塑性性能，对于分析由于材料强度不足或塑性变形导致的失效（如金属部件的断裂）非常重要。
拉伸试验
通过对材料样品施加轴向拉力，测量材料的屈服强度、抗拉强度、延伸率等力学性能指标。这些指标可以反映材料的强度和塑性性能，对于分析由于材料强度不足或塑性变形导致的失效（如金属部件的断裂）非常重要。
硬度试验
采用不同的硬度测试方法（如洛氏硬度、布氏硬度、维氏硬度等）测量材料表面的硬度。硬度是材料抵抗局部塑性变形的能力，硬度值的变化可能与材料的加工工艺、热处理状态等因素有关，也可能是导致失效的原因之一。
冲击试验
用于测量材料在冲击载荷作用下的韧性。通过测定材料在一次冲击过程中的吸收能量，可以评估材料在承受突然的外力冲击时的抵抗能力。对于一些在使用过程中可能遭受冲击的产品（如汽车零部件），冲击试验对于分析失效原因具有重要意义。