楊飛宇，柳曉光，張成功，田 巍，嚴(yán) 巖，劉文斌

(1.上海市現(xiàn)場物證重點實驗室，上海市刑事科學(xué)技術(shù)研究院，上海200083;2.上海市公安局普陀分局刑科所)

刑事犯罪活動中利用金屬撬棒等作案工具偷盜在某些地區(qū)十分高發(fā)，如撬防盜門入室盜竊案，撬保險箱盜竊案，撬敲汽車玻璃盜竊案等案件都涉及金屬撬棒的使用，這類金屬工具容易獲取，容易丟棄，經(jīng)?？梢园l(fā)現(xiàn)其被留在作案現(xiàn)場或拋棄到野外。技術(shù)人員提取到的金屬撬棒往往距離事發(fā)已經(jīng)有過一段時間，其與案件的相關(guān)性如何判斷是一個難題［1-3］。在提取不到指紋的情況下，只能從金屬本身的理化性能入手尋找其與案情的相關(guān)性。本文課題組在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，在刑事案件中的涉案金屬物證在提取時已出現(xiàn)銹蝕的情況比較常見，銹蝕的出現(xiàn)率很高。在一定的溫度和濕度情況下，與金屬銹蝕特征最密切相關(guān)的因素就是時間。由此在已知的一定環(huán)境介質(zhì)條件下，金屬的銹蝕特征就可以與時間建立起相對應(yīng)的關(guān)系［4，5］。通過分析鑒定金屬類物證的銹蝕特征(包括銹蝕痕跡、銹層厚度和結(jié)構(gòu)等)來判斷銹蝕時間，借此判斷作案時間，就可以實現(xiàn)通過分析金屬類物證銹蝕特征，為案件偵查工作提供參考和依據(jù)。

本研究通過選取常見金屬撬棒為研究對象，在其經(jīng)常發(fā)現(xiàn)的環(huán)境中模擬其腐蝕的全過程，并記錄其表征腐蝕的特征，計算此類金屬撬棒在腐蝕環(huán)境中腐蝕行為隨時間變化的規(guī)律，從而為現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的同類金屬工具的腐蝕過程的檢驗鑒定提供科學(xué)的實驗和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1 實驗

金屬撬棒被拋在自然環(huán)境中并與土壤接觸的事件比較常見，所以本實驗將模擬金屬撬棒在上海地區(qū)土壤環(huán)境中的腐蝕特征。土壤是由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三相物質(zhì)構(gòu)成的混合物，是毛細(xì)管多孔性的膠質(zhì)體系，其空隙為空氣和水汽所充滿。上海的土壤屬性大多屬于黃泥土，其主要土壤性質(zhì)如表1所示［6-9］。

表1 實驗用土壤性質(zhì)

據(jù)查閱文獻(xiàn)，50cm深處的各種環(huán)境是最穩(wěn)定的，包括含水量等，上海地區(qū)50cm深處含水量大概為38.7%。我們挖取50cm內(nèi)的土壤，放入實驗桶中盛放。然后選取案件里使用較多的一種金屬撬棒(A3鋼:碳素結(jié)構(gòu)鋼，表面鍍鋅)按圖1所示切割試樣塊線切割，因為樣品撬棒本身不是外輪廓線弧互相垂直，所以切割時盡量切割成接近10×10mm的樣品，為保持表面涂層完整，在制備過程中也盡可能避免對試樣造成機械劃傷。線切割后的樣品，由于其表面的油污等雜質(zhì)，需對其用丙酮超聲清洗一次，酒精超聲清洗兩次，最后用離子水沖洗三次［10，11］。清洗后的樣品進(jìn)行自然晾干或者在50℃真空烘干，然后對線切割面進(jìn)行打磨，特別是邊緣鋒銳棱角和毛刺進(jìn)行銼平，防止邊緣腐蝕。最后，將線切割面用704膠進(jìn)行封住，保留樣品原有的涂層面作為工作面［12-14］。同時，將尼龍線粘在膠上，便于以后放入土中。盛放試樣的實驗桶放在室外通風(fēng)處。起初的實驗周期為十天，隨后根據(jù)不同試樣的腐蝕情況調(diào)整取樣周期。取出的試樣用數(shù)碼相機記錄其宏觀形貌，用Hitachi SU70型掃描電鏡SEM分析觀察其微觀形貌，用Rigaku D/MAX-Ra X射線衍射儀分析腐蝕產(chǎn)物的組成，其中，衍射角度為10°～70°，步進(jìn)速度6°/min，CuKα衍射波長為1.54?。

2 結(jié)果與討論

2.1 金屬撬棒腐蝕的形貌特征

圖2是金屬撬棒試樣在土壤中的腐蝕宏觀形貌，第60天開始用肉眼觀察到腐蝕從邊沿開始發(fā)生，到第90天時，腐蝕斑面積擴大到近1/2的試樣表面，到160天腐蝕斑覆蓋整個試樣表面，且腐蝕產(chǎn)物顏色呈現(xiàn)紅褐色。圖3是金屬撬棒在土壤中放置160天的腐蝕表面形貌SEM圖片，可以看出，腐蝕產(chǎn)物的微觀組織疏松，有空洞，無棱角，腐蝕產(chǎn)物顆粒直徑大小各異，附著在試樣表面。

2.2 金屬撬棒腐蝕的成分變化

土壤腐蝕性的影響因素有土壤的導(dǎo)電性、含水量、溫度、電阻率、溶解離子的種類和數(shù)量、pH值等，在土壤中，絕大多數(shù)金屬腐蝕都屬于電化學(xué)腐蝕的范疇，即使是由于細(xì)菌等微生物引起的腐蝕，它們也都通過改變土壤與金屬界面間的電化學(xué)過程而起作用的［15-17］。從圖4所示的XRD結(jié)果可以看出，金屬撬棒在經(jīng)歷了160天的腐蝕后，腐蝕產(chǎn)物主要是-FeOOH和ZnO。

圖1 金屬撬棒的線切割示意圖

圖2 試樣在土壤介質(zhì)中宏觀腐蝕形貌的變化圖

圖3 試樣在土壤中放置160天的腐蝕形貌SEM照片

2.3 金屬撬棒腐蝕深度隨時間的變化特征

為了描述腐蝕特征隨時間的變化特征，本研究利用失重法計算不同時間段的平均腐蝕深度，來描述腐蝕速率:

其中，m0、m1、Δm分別是腐蝕前、腐蝕后、超聲后失去的質(zhì)量，ρ、S、h分別是刀具密度、有效腐蝕面積以及平均腐蝕深度。經(jīng)過計算得到圖5所示的曲線，可以看出，腐蝕速率在90天后加快。

圖4 金屬撬棒試樣在土壤介質(zhì)中的XRD分析

圖5 金屬撬棒試樣在土壤中腐蝕深度隨時間的變化曲線圖

3 結(jié)論

本研究涉及的金屬撬棒的腐蝕特征與時間變化顯示出一定的規(guī)律，雖然影響因素眾多，但趨勢十分明顯。從腐蝕表面的形貌可以看出，在土壤中，腐蝕從邊沿出現(xiàn)腐蝕斑開始，并隨時間腐蝕斑逐漸擴散，最終在160天覆蓋整個金屬試樣表面。從腐蝕深度的計算可以更直觀地看到金屬撬棒在土壤中腐蝕的快慢，在90天前后，腐蝕速率發(fā)生了明顯的變化，說明此種類型的撬棒在上海地區(qū)代表性土壤中經(jīng)歷三個月左右的時間就會發(fā)生更加快速的腐蝕。XRD結(jié)果表明，該金屬撬棒腐蝕后的產(chǎn)物主要是-FeOOH和ZnO。

在本文的研究基礎(chǔ)上，可以假設(shè)如果在近似模擬環(huán)境的實際現(xiàn)場中發(fā)現(xiàn)同類金屬撬棒，就可以通過測量金屬表面腐蝕的面積、計算平均腐蝕深度，以及觀察表面形貌來與已有數(shù)據(jù)做綜合比較，最終實現(xiàn)推斷腐蝕時間區(qū)段。

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