由于工艺失误或长期曝露在不利的外界因素(力、温度、湿度等)之下,机械构件的结构特性发生部分甚至整体的改变最后导致原有的机械功能失效,而机械构件表面形貌数据对失效机制的判断及分析提供直观有效的信息,因此我们有必要分析工件表面形貌。而在各种微表面形貌测量方法中,白光相移干涉术不仅能实现三维、微纳级精度的快速非接触测量,而且系统结构简单、成本较低。因此本文利用白光相移干涉术对金属材料断口三维形貌进行检测和分析。本文介绍了基于PZT微纳扫描定位装置的白光相移干涉测量系统,主要对光源、显微物镜、探测器CCD等器件进行了选定;并采用一种快速FFT分块算法改进PZT精密微纳扫描定位系统三维重建速率慢的缺点,实验表明新算法能较好地提高系统成像效率。其次采用白光扫描干涉术对30CrMnSiA合金疲劳与韧窝断口表面微观复杂形貌进行检测,并利用空间频域算法、快速FFT分块算法逐步完成了断口微观三维形貌高质量的重建。为了对三维形貌处理数据进行表征分析,文章通过2D-Motif表征法、三维分形表征法及3D-Motif表征法对重建出的三维形貌分别给出了2D-Motif评定结果、三维分形维数及3D-Motif评定结果,研究表明较之二维表征法,三维评定结果更能反映合金疲劳与韧窝断口表面微观形貌的三维实质;同时还发现对于疲劳及韧窝两种断口,三维分形法适用于该两种断口微观表面的粗糙度表示,而3D-Motif法则更适合表征韧窝断口,这为进一步结合材料力学性能定量分析微观金属断口产生机理提供帮助。