鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡顯現(xiàn)的研究

宋慶芳 鐘東榮 張艷林 張凌云

（廣東警官學(xué)院 廣東 廣州 510230）

鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡顯現(xiàn)的研究

宋慶芳 鐘東榮 張艷林 張凌云

（廣東警官學(xué)院 廣東 廣州 510230）

鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)是偵破某些案件的關(guān)鍵技術(shù)手段。根據(jù)鐵質(zhì)金屬的物理化學(xué)性質(zhì)，從化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)原理出發(fā)，以鐵質(zhì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)中缸為客體，研究了硝酸、醋酸和氫氟酸混合試劑對(duì)其表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)效果，重點(diǎn)討論了三種酸在化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)中的作用和對(duì)顯現(xiàn)結(jié)果的影響，實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步降低顯現(xiàn)所耗客體厚度，提高顯出率的目的。

鐵質(zhì)金屬 硝酸 醋酸 氫氟酸 字跡顯現(xiàn)

1 引言

鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)是物證鑒定中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，特別是在偵破并證實(shí)機(jī)動(dòng)車被盜搶的刑事犯罪案件過程中更是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)外在鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)技術(shù)中，普遍采用的是化學(xué)腐蝕或化學(xué)腐蝕與電解相結(jié)合的方法。但是，在已公開報(bào)道的方法中，并沒有充分考慮到對(duì)鐵質(zhì)金屬表面進(jìn)行化學(xué)腐蝕時(shí)，化學(xué)試劑在金屬表面的滲透能力及化學(xué)動(dòng)力學(xué)因素的影響，而搞清楚這些因素的影響對(duì)進(jìn)一步改進(jìn)和完善現(xiàn)有顯現(xiàn)方法是具有重要意義的。

利用氧化能力較強(qiáng)的酸和具有一定配位作用的酸組成顯現(xiàn)試劑，腐蝕鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡是典型的化學(xué)反應(yīng)問題，而潛在沖壓字跡部位與基體的差異主要表現(xiàn)在發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所需活化能不同，進(jìn)而導(dǎo)致反應(yīng)速率不同。根據(jù)化學(xué)動(dòng)力學(xué)的基本原理，除反應(yīng)物本身的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)進(jìn)行的溫度外，反應(yīng)物濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響是不容忽視的。此外，在采用化學(xué)腐蝕法顯現(xiàn)鐵質(zhì)金屬表面潛在沖壓字跡的過程中，腐蝕試劑的滲透能力以及能否與鐵形成相應(yīng)的配合物，降低被氧化的鐵離子與金屬鐵的電極電位，都關(guān)系到化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)的具體效果。截止目前，通過實(shí)驗(yàn)比較和證明顯現(xiàn)試劑及其濃度對(duì)鐵質(zhì)金屬潛在沖壓字跡顯現(xiàn)結(jié)果的影響，并從理論上加以說明的研究工作尚未見報(bào)道。為了進(jìn)一步改進(jìn)利用化學(xué)腐蝕法顯現(xiàn)鐵質(zhì)金屬潛在沖壓字跡的技術(shù)方法，完善其相關(guān)理論內(nèi)容，本文以摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)中缸為客體，依據(jù)化學(xué)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)的基本原理，探討了利用不同化學(xué)試劑顯現(xiàn)潛在沖壓字跡的方法，重點(diǎn)研究了硝酸、醋酸和氫氟酸混合試劑對(duì)其表面潛在沖壓字跡的顯現(xiàn)效果，討論了三種酸在化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)中的作用及其對(duì)顯現(xiàn)結(jié)果的影響。實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步降低顯現(xiàn)所耗客體厚度，提高顯出率的目的。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)器材與試劑

主要器材：鐵質(zhì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)中缸殼；鋼鏨；鋼銼；600#水磨砂紙；游標(biāo)卡尺；尼康D40數(shù)碼單反照相機(jī)。

顯現(xiàn)試劑：不同比例的硝酸、冰醋酸、氫氟酸混合溶液。

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)樣品的制備：以相同的重力打擊鋼鏨，使其在發(fā)動(dòng)機(jī)中缸殼上形成深度相同的沖壓號(hào)碼；用鋼銼將沖壓號(hào)碼銼毀，并用600#水磨砂紙打磨被銼部位直至號(hào)碼字跡觀察不到為止；用游標(biāo)卡尺測(cè)量沖壓部位銼磨前后樣品的厚度，計(jì)算沖壓深度。

潛在字跡的顯現(xiàn)：用滴管分別吸取不同配比的硝酸、冰醋酸、氫氟酸混合溶液在室溫（20℃～25℃）條件下，滴加到欲顯部位，觀察顯現(xiàn)過程。根據(jù)反應(yīng)進(jìn)行過程中不同顯現(xiàn)試劑顏色的變化，用棉簽擦干被顯部位，再次滴加顯現(xiàn)試劑（約每分鐘更換一次），直至字跡顯現(xiàn)穩(wěn)定為止，記錄顯現(xiàn)結(jié)果。

顯現(xiàn)厚度的測(cè)量：每次顯現(xiàn)結(jié)果被記錄后，用鋼銼和600#水磨砂紙將顯現(xiàn)字跡銼磨至消失，然后再次進(jìn)行顯現(xiàn)，如此反復(fù)達(dá)到10次或至被顯字跡無法辨認(rèn)為止；用游標(biāo)卡尺測(cè)量顯現(xiàn)后樣品的厚度，根據(jù)顯現(xiàn)進(jìn)行的實(shí)際次數(shù)計(jì)算每次顯現(xiàn)平均消耗的樣品厚度。

3 結(jié)果與討論

3.1 硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)鐵質(zhì)摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)中缸潛在沖壓字跡的部分結(jié)果如圖1所示。

圖1 1:1.5硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用1:1.5的硝酸、醋酸混合溶液顯現(xiàn)時(shí)，顯現(xiàn)速度比較慢，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時(shí)約6分鐘，消耗試劑6滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.01mm。改變硝酸和醋酸的比例(1:2或1:3)對(duì)顯現(xiàn)結(jié)果無明顯改善。

3.2 硝酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用硝酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)的部分結(jié)果如圖2所示。

圖2 1:1.5硝酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用1:1.5的硝酸和氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)時(shí)，顯現(xiàn)速度很快，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時(shí)約1分鐘，消耗試劑1～2滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.018mm。

3.3 硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

利用1:1:0.5和1:1.25:0.25的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)的部分結(jié)果如圖3和圖4所示。

利用1:1:0.5的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)時(shí)，顯現(xiàn)速度較快，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時(shí)約2分鐘，消耗試劑2～3滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.008mm；利用1:1.25:0.25的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)時(shí)，顯現(xiàn)速度也比較快，10次顯現(xiàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，平均每次顯現(xiàn)用時(shí)2～3分鐘，消耗試劑2～3滴，每次顯現(xiàn)消耗客體厚度約0.006mm。

圖3 1:1:0.5硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

圖4 1:1.25:0.25硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)結(jié)果

3.4 關(guān)于顯現(xiàn)結(jié)果的討論

從上述不同試劑顯現(xiàn)過程中所消耗客體的厚度和用時(shí)可以看出，利用硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液的顯現(xiàn)效果優(yōu)于硝酸和醋酸以及硝酸和氫氟酸混合溶液。從顯現(xiàn)金屬表面潛在沖壓字跡的實(shí)際情況看，只有當(dāng)被顯字跡與基體形成較明顯的色差，才能滿足人的肉眼分辨的需要。而利用化學(xué)腐蝕法顯現(xiàn)時(shí)，色差的形成主要是被顯字跡部位與基體部位經(jīng)化學(xué)腐蝕后，生成物濃度（密度）產(chǎn)生差異，導(dǎo)致對(duì)光的反射和折射不同才能使人眼達(dá)到辨認(rèn)。增大被顯字跡部位和基體之間反應(yīng)速度差，可以增加生成物的濃度差，進(jìn)而減薄顯現(xiàn)厚度，有利于潛在沖壓字跡被銼磨較深剩余高能量淺層較薄客體的顯現(xiàn)。因此，最大限度地增大被顯字跡部位和基體之間與顯現(xiàn)試劑的反應(yīng)速度差是化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)技術(shù)的關(guān)鍵。

化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)是液體顯現(xiàn)試劑與固體金屬表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)的過程，要達(dá)到減薄顯現(xiàn)厚度的目的，除依據(jù)氧化還原電極電位選擇濃度合適的氧化劑外，還應(yīng)選擇能與金屬陽離子形成配合物的化學(xué)試劑作為輔助試劑，以降低顯現(xiàn)過程中游離態(tài)金屬離子的濃度，進(jìn)而降低金屬離子與金屬電對(duì)的電極電位，保證顯現(xiàn)過程中氧化劑的氧化能力不明顯降低。

鑒于顯現(xiàn)過程是液體試劑與固體金屬表面發(fā)生作用，還應(yīng)考慮顯現(xiàn)試劑在金屬表面的滲透能力，滲透能力很差的試劑腐蝕金屬的深度很淺，特別是在被沖壓部位，由于金屬密度增大，顯現(xiàn)反應(yīng)僅限于在金屬表層發(fā)生，被顯字跡部位生成物濃度無法快速增加，難以與基體之間形成較明顯的色差；而滲透能力很強(qiáng)的試劑腐蝕金屬的深度過深，雖然可使被顯字跡部位生成物濃度快速增加，但是，由于對(duì)基體的腐蝕過快，消耗基體的厚度增加，不利于減薄顯現(xiàn)厚度。

本項(xiàng)研究以硝酸作為氧化劑，并在幾種顯現(xiàn)試劑中保持其濃度一致。由于硝酸的氧化能力隨溶液酸度的增大而增強(qiáng)，所以選擇以硝酸、醋酸作為顯現(xiàn)試劑的基本成份。在硝酸、醋酸混合溶液中加入少量氫氟酸，既增加了顯現(xiàn)試劑的配位能力，又增強(qiáng)了試劑在被沖壓部位的滲透能力，這是利用硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)效果較好的根本原因。

4 結(jié)論

根據(jù)化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)金屬表面潛在沖壓字跡的原理，結(jié)合本實(shí)驗(yàn)研究過程，在采用單純的硝酸、醋酸和硝酸、氫氟酸混合試劑顯現(xiàn)時(shí)，除顯現(xiàn)厚度厚的缺點(diǎn)外，還存在被顯字跡與基體的色差小，拍照固定困難等不足之處。實(shí)驗(yàn)表明：在20℃～25℃的常溫下，對(duì)鐵質(zhì)金屬采用1:1.25:0.25的硝酸、醋酸、氫氟酸混合溶液顯現(xiàn)潛在沖壓字跡是合適的。

由于溫度對(duì)化學(xué)腐蝕顯現(xiàn)金屬表面潛在沖壓字跡有著重要影響，不同溫度下適當(dāng)調(diào)整顯現(xiàn)試劑的配方是完全必要的，關(guān)于這方面的工作還有待進(jìn)一步深入研究。

1.陳蕊麗.復(fù)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車標(biāo)識(shí)號(hào)碼的檢驗(yàn)原理及其方法[J].中國(guó)人民公安大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，（2）

2.朱平.機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)及車架號(hào)的實(shí)用檢驗(yàn)方法[J].刑事技術(shù)，2006，（5）

3.趙春梅.偽造車輛車駕號(hào)碼發(fā)動(dòng)機(jī)號(hào)碼識(shí)別及檢驗(yàn)[J].刑事技術(shù)，2007，（4）

4.王豹，唐忠誠(chéng).化學(xué)腐蝕法在金屬?zèng)_壓字跡檢驗(yàn)中的運(yùn)用[J].刑事技術(shù)，2007，（6）

5.宋慶芳，鐘東榮，張艷林，等.鋁質(zhì)金屬潛在沖壓字跡顯現(xiàn)溫度的影響[J].中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，（1）

6.宋慶芳，郭茂歡.機(jī)動(dòng)車車體潛在標(biāo)識(shí)符的檢驗(yàn)[J].政法學(xué)刊，2009，（3）

7.Mohd.Azlan Mohd.Zaili，R.Kuppuswam y，Hafizah Harun.Restoration of engraved marks on steel surfaces by etching technique[J].Forensic Sci Int，2007 Aug 24

注：本文系公安部應(yīng)用創(chuàng)新計(jì)劃基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2008YYCXGDST082。