失效分析是一個廣泛的概念，涉及電子、機械、冶金、腐蝕等不同領域。然而，對于腐蝕工程師來說，失效分析就被限定在一個特定的領域內——從腐蝕的角度對部件或設備故障進行研究，以確定這種故障的根本腐蝕原因，以及如何防止腐蝕問題的再次發生。

根據工業需要進行腐蝕失效分析有幾個重要原因，具體如下：

確定工業過程中的腐蝕機制。失效分析是了解腐蝕過程的初始步驟。

提出可行的指導方針和補救措施，以避免類似腐蝕失效的重復發生。

偵察分析。在某些情況下，進行失效分析是為了調查化學事故、火災、泄漏或環境污染后金屬部件的損壞情況。

失效分析過程通常分為三個階段進行：

獲取和收集與組件或設備相關的歷史信息。

對不合格部件進行詳細檢查。

總結提煉導致失效的原因。

下面我們來詳細討論這三個階段：

第一階段 創建組件和設備的背景記錄

有關故障組件和設備所暴露環境的詳細信息是故障分析所必需掌握的。事實上，如果沒有足夠的證據，是不可能進行失效分析的。

對于失效部件，重要的是了解它們的冶金數據，包括化學成分、顯微組織、連續性、機械變形和熱處理歷史。

環境條件是這個階段必須考慮的另一個問題。如環境介質的化學成分、溫度、流體速度和強度等基本信息都是不應忽視的，需要非常詳細的記錄信息。

例如對于點蝕問題的第一次調查中，如果是在連續泵送海水的泵中發生這種情況似乎是不可能的，因為在移動溶液中不會發生點蝕。但是，記錄可能會顯示短暫的檢修或其他足以啟動維修程序的場景。因此，了解環境的任何變化情況都是非常重要的。

此外，僅參考設備的原始技術數據表是不夠的。在大多數情況下，腐蝕就發生在條件偏離最初設計的時候。例如，在因腐蝕而發生破裂的埋地管道中，相對于土壤的電化學電位設計者已做了有效的陰極保護措施，然而在實際運行中，工程師沒有考慮新的高壓傳輸線有可能導致交流腐蝕。因此，應仔細考慮周圍環境的任何變化情況。

最后需注意的是，設備的歷次檢查報告和相關日期都是非常重要的。如果上次對組件進行調查并沒有發現明顯的腐蝕，這將有助于確定腐蝕發生的大致時間范圍。

第二階段  失效部件的檢查

第二步需要對失效組件進行詳細的檢查，在某些情況下還會檢查相鄰的組件，以獲取有關故障的更多信息。有必要通過做筆記和照片來記錄整個步驟中的所有觀察結果，這些文檔也為后續審查和分析討論提供了基礎信息。

通常，工業設備中被腐蝕的部件會被送到實驗室進行更詳細的調查。為了保持樣品的原始形態并盡量減少損壞，需要非常仔細的進行取樣和切片操作。在運送到實驗室之前，所有樣品都應該被明確標識，并放置在合適的包裝中。

在實驗室中，檢測人員可以使用各種類型的儀器工具來檢查腐蝕的樣品。最簡單的開始方式是目視檢查，這種檢查側重于初步判斷腐蝕的類型。例如，在點蝕中，評估點的形狀和密度是在這一步進行的。然而，對于侵蝕類腐蝕，了解磨損的模式和深度非常重要。

金相光學顯微鏡或掃描電子顯微鏡可以用于獲得更詳細的信息。對腐蝕樣品的橫截面進行顯微研究是確定腐蝕深度、凹坑特征、裂紋類型（晶間或穿晶）等的好方法，可為了解腐蝕背后的原因提供更多有用的線索。

確定腐蝕產物的形貌、體積和化學成分對于發現腐蝕的根本原因也非常有幫助。例如，有些沉積在埋地鋼質管道表面的腐蝕產物都是在特定條件下才能形成的。例如，菱鐵礦（FeCO3）將在含有碳酸鹽的高pH值厭氧溶液中形成。但在相同條件下，如果溶液中存在少量的硫時，綠銹（氫氧化鐵和碳酸鹽的復雜成分）會更穩定。在另一個例子中，識別硫酸鹽還原菌引起的鋼結構微生物腐蝕（MIC）的方法之一是檢測腐蝕產物麥金納礦（FeS）。

識別腐蝕產物成分和結構的方法有很多，包括X射線衍射、X射線熒光、能量色散X射線光譜、傅里葉變換紅外光譜和拉曼光譜等。

如果是由于磨損或斷裂等機械作用導致失效時，進行機械測試是必要的。在大多數情況下，硬度測試和金相檢驗可以提供關于金屬樣品在腐蝕失效分析中的機械性能的足夠信息。

第三階段 報告數據、得出結論、提出建議

當收集和審查所有信息后，腐蝕工程師應以合理的方式分析數據。考慮所有數據以避免誤判非常重要。這一步驟需要足夠的知識和經驗，以防止由于分析人員的水平不足而產生新的失效問題或額外費用。

作者：Mehdi Yari

加拿大西安大略大學（the University of Western Ontario）電化學和腐蝕實驗室博士后研究員，在腐蝕和表面工程領域著名期刊上發表超過15篇科學著作。