失效分析是一个广泛的概念，涉及电子、机械、冶金、腐蚀等不同领域。然而，对于腐蚀工程师来说，失效分析就被限定在一个特定的领域内——从腐蚀的角度对部件或设备故障进行研究，以确定这种故障的根本腐蚀原因，以及如何防止腐蚀问题的再次发生。

根据工业需要进行腐蚀失效分析有几个重要原因，具体如下：

确定工业过程中的腐蚀机制。失效分析是了解腐蚀过程的初始步骤。

提出可行的指导方针和补救措施，以避免类似腐蚀失效的重复发生。

侦察分析。在某些情况下，进行失效分析是为了调查化学事故、火灾、泄漏或环境污染后金属部件的损坏情况。

失效分析过程通常分为三个阶段进行：

获取和收集与组件或设备相关的历史信息。

对不合格部件进行详细检查。

总结提炼导致失效的原因。

下面我们来详细讨论这三个阶段：

第一阶段 创建组件和设备的背景记录

有关故障组件和设备所暴露环境的详细信息是故障分析所必需掌握的。事实上，如果没有足够的证据，是不可能进行失效分析的。

对于失效部件，重要的是了解它们的冶金数据，包括化学成分、显微组织、连续性、机械变形和热处理历史。

环境条件是这个阶段必须考虑的另一个问题。如环境介质的化学成分、温度、流体速度和强度等基本信息都是不应忽视的，需要非常详细的记录信息。

例如对于点蚀问题的第一次调查中，如果是在连续泵送海水的泵中发生这种情况似乎是不可能的，因为在移动溶液中不会发生点蚀。但是，记录可能会显示短暂的检修或其他足以启动维修程序的场景。因此，了解环境的任何变化情况都是非常重要的。

此外，仅参考设备的原始技术数据表是不够的。在大多数情况下，腐蚀就发生在条件偏离最初设计的时候。例如，在因腐蚀而发生破裂的埋地管道中，相对于土壤的电化学电位设计者已做了有效的阴极保护措施，然而在实际运行中，工程师没有考虑新的高压传输线有可能导致交流腐蚀。因此，应仔细考虑周围环境的任何变化情况。

最后需注意的是，设备的历次检查报告和相关日期都是非常重要的。如果上次对组件进行调查并没有发现明显的腐蚀，这将有助于确定腐蚀发生的大致时间范围。

第二阶段  失效部件的检查

第二步需要对失效组件进行详细的检查，在某些情况下还会检查相邻的组件，以获取有关故障的更多信息。有必要通过做笔记和照片来记录整个步骤中的所有观察结果，这些文档也为后续审查和分析讨论提供了基础信息。

通常，工业设备中被腐蚀的部件会被送到实验室进行更详细的调查。为了保持样品的原始形态并尽量减少损坏，需要非常仔细的进行取样和切片操作。在运送到实验室之前，所有样品都应该被明确标识，并放置在合适的包装中。

在实验室中，检测人员可以使用各种类型的仪器工具来检查腐蚀的样品。最简单的开始方式是目视检查，这种检查侧重于初步判断腐蚀的类型。例如，在点蚀中，评估点的形状和密度是在这一步进行的。然而，对于侵蚀类腐蚀，了解磨损的模式和深度非常重要。

金相光学显微镜或扫描电子显微镜可以用于获得更详细的信息。对腐蚀样品的横截面进行显微研究是确定腐蚀深度、凹坑特征、裂纹类型（晶间或穿晶）等的好方法，可为了解腐蚀背后的原因提供更多有用的线索。

确定腐蚀产物的形貌、体积和化学成分对于发现腐蚀的根本原因也非常有帮助。例如，有些沉积在埋地钢质管道表面的腐蚀产物都是在特定条件下才能形成的。例如，菱铁矿（FeCO3）将在含有碳酸盐的高pH值厌氧溶液中形成。但在相同条件下，如果溶液中存在少量的硫时，绿锈（氢氧化铁和碳酸盐的复杂成分）会更稳定。在另一个例子中，识别硫酸盐还原菌引起的钢结构微生物腐蚀（MIC）的方法之一是检测腐蚀产物麦金纳矿（FeS）。

识别腐蚀产物成分和结构的方法有很多，包括X射线衍射、X射线荧光、能量色散X射线光谱、傅里叶变换红外光谱和拉曼光谱等。

如果是由于磨损或断裂等机械作用导致失效时，进行机械测试是必要的。在大多数情况下，硬度测试和金相检验可以提供关于金属样品在腐蚀失效分析中的机械性能的足够信息。

第三阶段 报告数据、得出结论、提出建议

当收集和审查所有信息后，腐蚀工程师应以合理的方式分析数据。考虑所有数据以避免误判非常重要。这一步骤需要足够的知识和经验，以防止由于分析人员的水平不足而产生新的失效问题或额外费用。

作者：Mehdi Yari

加拿大西安大略大学（the University of Western Ontario）电化学和腐蚀实验室博士后研究员，在腐蚀和表面工程领域著名期刊上发表超过15篇科学著作。