金屬表面上被毀沖壓字跡的顯現(xiàn)研究

黨盼峰，傅曉海

（甘肅政法學(xué)院公安技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

金屬制品上通常采用加工沖壓字跡以說明其生產(chǎn)編號、規(guī)格參數(shù)等銘牌信息。為掩蓋其犯罪事實(shí)，犯罪分子會將金屬制品上沖壓字跡挫毀，如目前在盜竊機(jī)動(dòng)車輛案件中，犯罪分子通常利用砂輪或銼刀將被盜車輛發(fā)動(dòng)機(jī)號碼和車架號碼進(jìn)行挫毀，使其無法辨認(rèn)。這給案件偵查帶來了很大困難。對此情況，進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)研究，利用拋光技術(shù)與腐蝕化學(xué)方法成功地對金屬制品上被毀沖壓字跡進(jìn)行了顯現(xiàn)。

1 沖壓字跡顯現(xiàn)的理論基礎(chǔ)

在金屬表面上加工沖壓字跡時(shí)，在切應(yīng)力作用下，晶體發(fā)生塑性變形的滑移機(jī)制見圖1，導(dǎo)致金屬發(fā)生塑性變形，形成沖壓字跡下凹現(xiàn)象。依據(jù)金屬位錯(cuò)理論，位錯(cuò)引起了晶體體積的變化，即被沖壓字跡處的金屬原子在外力作用下，失去正常的排列結(jié)構(gòu)，形成位錯(cuò)潛像，宏觀上表現(xiàn)為金屬體積的變化。外力作用使金屬位錯(cuò)部位的晶格發(fā)生畸變，導(dǎo)致位錯(cuò)部位金屬能量聚積，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，因此金屬位錯(cuò)潛像其實(shí)質(zhì)即為能量差潛像。所以金屬上沖壓字跡雖然被挫毀，但內(nèi)部的能量差潛像卻保存完整，不受影響。因此，只要挫毀的深度不超過金屬位錯(cuò)發(fā)生的范圍，能量差潛像就依然存在。

圖1 單晶體滑移示意圖

金屬受沖壓后，金屬原子受外力作用，破壞了金屬鍵的穩(wěn)定性和內(nèi)部致密性，沖壓部分與周圍部分的金屬鍵穩(wěn)定性、內(nèi)部致密性會產(chǎn)生明顯差異；沖壓字跡部位由于位錯(cuò)處于能量不穩(wěn)定狀態(tài)，其活化能增高，較周圍部位更容易被化學(xué)腐蝕。即用顯現(xiàn)試劑腐蝕時(shí)兩部分溶解速率會有明顯的差別，字跡部位形成易觀察的下凹形態(tài)見圖2。金屬受沖壓的部位，在沖壓字跡下內(nèi)層部分的金屬晶體，由于沖壓外力的傳導(dǎo)也存在著結(jié)構(gòu)的變化，并且按照沖壓力傳導(dǎo)距離的不同，造成金屬深層的改變漸漸減弱。在金相顯微鏡下，可以按其結(jié)構(gòu)變化的程度將其分為：硬化層（嚴(yán)重碎裂層）、應(yīng)變層、過渡層、基體層。根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察，待顯金屬制品的硬化層損毀越少，顯現(xiàn)效果越好。損毀達(dá)到應(yīng)變層顯現(xiàn)效果次于硬化層，損毀達(dá)到過渡層顯現(xiàn)效果又次之，如果將基體層全部損毀就失去了顯現(xiàn)的條件。因此在對待顯金屬制品進(jìn)行機(jī)械拋光處理時(shí)，要特別注意拋光余量。

圖2 金屬制品上被摧毀字跡的顯現(xiàn)

2 對檢材待顯部位的拋光處理

金屬表面平整光滑的程度對于金屬表面字跡顯現(xiàn)的效果影響較大，這主要是由于金屬表面對光線的反射作用造成的。金屬表面越平滑，對光線的反射越集中，顯現(xiàn)出的字跡才越清晰。對待顯部位拋光是一個(gè)較為耗時(shí)耗力但卻關(guān)鍵的過程環(huán)節(jié)，因此應(yīng)根據(jù)金屬材料的具體狀況，合理簡化操作步驟，降低對拋光的要求，但應(yīng)達(dá)到顯現(xiàn)所需的拋光條件。

2.1 拋光工具與操作方法

拋光工具常用的有油石、砂紙、研磨拋光劑等，其中油石和砂紙用于粗拋光，研磨拋光劑用于精拋光。對于磨損嚴(yán)重的金屬制品表面，拋光時(shí)要考慮拋光余量。表面清洗后，將損毀痕跡整平，然后由粗到細(xì)使用砂紙逐級拋光；對于損毀較輕的，可直接用 或 的砂紙拋光，然后逐級提高砂紙的號數(shù)拋光至理想的粗糙度。對于軟質(zhì)材料，應(yīng)盡量拋光至鏡面光滑；一般情況下，在用砂紙拋光至粗糙度為 之后，應(yīng)改用毛氈醮研磨膏進(jìn)行精密拋光來繼續(xù)降低粗糙度。

在拋光過程中，每一次更換拋光工具（如研磨膏、拋光砂紙）時(shí)，都要用脫脂棉醮清潔的煤油對表面進(jìn)行仔細(xì)擦拭，不允許將上一工序的拋光磨粒帶入下一工序；尤其到了精拋階段，更應(yīng)仔細(xì)輕微地操作，不能用醮有煤油的脫脂棉在金屬表面上來回反復(fù)的擦拭，應(yīng)順一個(gè)方向輕輕地擦拭，否則會導(dǎo)致越拋越粗的現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.2 拋光過程中可能產(chǎn)生的缺陷及其解決方法

拋光過程中產(chǎn)生的主要問題即所謂的“過拋光”。其結(jié)果是拋光時(shí)間越長，表面反而越粗糙，包括“橘皮狀”和“針孔狀”問題。

對于“橘皮狀”問題，拋光時(shí)壓力過大且時(shí)間過長時(shí)會出現(xiàn)此情況，在金屬表面產(chǎn)生橘皮狀的紋路，軟質(zhì)材料容易產(chǎn)生這種過拋光現(xiàn)象。其原因不是制造材料有缺陷而是拋光用力過大，導(dǎo)致金屬材料表面產(chǎn)生微小塑性變形，而影響顯現(xiàn)反應(yīng)后的觀察。唯一的避免方法就是使用軟質(zhì)拋光工具。

對于“針孔狀”問題。由于金屬材料中含有雜質(zhì)，在拋光過程中，這些雜質(zhì)從金屬組織中脫離出來，形成針孔狀小坑。這種現(xiàn)象可以通過避免使用氧化鋁研磨膏進(jìn)行機(jī)械拋光，在適當(dāng)?shù)膲毫ο伦鲎疃虝r(shí)間的拋光。

3 在已拋光金屬表面進(jìn)行化學(xué)顯現(xiàn)反應(yīng)

在實(shí)際案件中，金屬制品通常為機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)、車架等。發(fā)動(dòng)機(jī)普遍采用鑄鐵或鑄鋁材料，車架通常為合金鋼材料。因此可以利用酸性溶液與金屬鐵或鋁的化學(xué)反應(yīng)達(dá)到顯現(xiàn)目的。目前化學(xué)顯現(xiàn)試劑的研究主要集中在濃鹽酸、濃硝酸和濃硫酸等強(qiáng)酸溶液上。對于合金鋼和鑄鐵材料，可采用單一的濃度為10%～20%濃鹽酸或濃硝酸溶液進(jìn)行顯現(xiàn)，或使用其他一些混合溶液，如使用乙醇－冰醋酸作為甲液、氯化鐵為乙液、鹽酸為丙液進(jìn)行顯現(xiàn)；對于鑄鋁發(fā)動(dòng)機(jī)材料，可采用10%～20%的濃鹽酸或濃硫酸進(jìn)行顯現(xiàn)，鋁具有兩性，因此在顯現(xiàn)鋁制材料上的沖壓字跡時(shí)，還可以采用氫氧化鈉作為顯現(xiàn)試劑，即：2Al＋2OH－＋2H2O＝2Al O－2＋3H2↑。大量實(shí)驗(yàn)表明，對于鑄鋁材料，沖壓號碼在堿性溶液中的顯現(xiàn)時(shí)間要比在酸性溶液短，且該試劑配方顯現(xiàn)效果更為清晰。

圖3 堿性溶液顯現(xiàn)鑄鋁材質(zhì)上的被毀沖壓字跡

由于拋光處理后，顯現(xiàn)反應(yīng)過程中，金屬進(jìn)行陽極溶解時(shí)金屬表面上沒有鈍化膜存在，且活性陽極溶解是在整個(gè)金屬表面上均勻分布（從宏觀上看不出金屬表面上有局部區(qū)域的陽極溶解速度明顯大于金屬表面的其他區(qū)域），這種反應(yīng)過程屬于活性區(qū)的均勻腐蝕過程。也許從微觀上看，可能在各個(gè)瞬間腐蝕過程的陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)是在金屬表面上的不同“點(diǎn)”進(jìn)行的，但在均勻腐蝕的整個(gè)過程中，陽極反應(yīng)和陰極反應(yīng)在金屬表面上所有“點(diǎn)”上進(jìn)行的機(jī)會是大致相同的，否則就不會出現(xiàn)均勻腐蝕現(xiàn)象。因此，在均勻腐蝕的情況下，金屬陽極溶解反應(yīng)和陰極還原反應(yīng)都是宏觀地在金屬表面上均勻分布的，所以不會出現(xiàn)由于金屬表面各區(qū)域與顯現(xiàn)試劑溶液反應(yīng)存在先后順序致使表面形成凹凸反映而干擾由于存在能量差潛像所形成的凹凸特征。

不論是何種金屬材質(zhì)與化學(xué)試劑反應(yīng)，目的是要顯現(xiàn)沖壓部位與周圍部分的凹凸形態(tài)，所以必須保證腐蝕化學(xué)反應(yīng)在拋光過的金屬表面上是均勻分布、同步進(jìn)行，即保證在待顯部位上進(jìn)行的是活性區(qū)的均勻腐蝕。從而才能觀察到僅是由于存在能量差潛像（即金屬鍵穩(wěn)定性、金屬內(nèi)部致密性差異）而出現(xiàn)的腐蝕溶解速率快慢的對比。除此之外，其他一切引起腐蝕溶解速率快慢的因素都是干擾。

4 討 論

對于金屬表面上的沖壓字跡，在沖壓凹下部位，內(nèi)層部分仍保存著沖壓所致的金屬原子密集等差異，這些差異對一定波長的光的反射能力是不同的，但肉眼卻無法辨別這種差異。這是由于大多數(shù)金屬組織不同疏密部分反射能力的差異都較小，不足以造成顯著的襯度，使肉眼無法辨別。例如在鐵合金中α－Fe和r－Fe的反光能力分別為0.55和0.60，則兩相的襯度為：K＝（0.60－0.55）／0.60＝8.3%。而人眼睛能夠辨別的最小的密度差大約是，因此人眼無法辨別鐵的α相和r相。金屬沖壓字跡顯現(xiàn)的技術(shù)原理就在于應(yīng)用化學(xué)方法使這種差異以某種宏觀的形式表現(xiàn)出來，從而識別出字跡形態(tài)。

金屬沖壓字跡的化學(xué)顯現(xiàn)過程是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程。從顯出模糊字跡開始，隨著反應(yīng)進(jìn)行逐漸變得清晰；達(dá)到最清晰時(shí)若未能及時(shí)中斷反應(yīng)過程，則字跡又會逐漸模糊，這是因?yàn)榛瘜W(xué)試劑的量較大，致使顯現(xiàn)出的字跡又被腐蝕所造成的。實(shí)際操作中顯現(xiàn)出的動(dòng)態(tài)凹凸對比的最佳形態(tài)一般在3～5分鐘內(nèi)消退，因此需要操作人員認(rèn)真觀察顯現(xiàn)進(jìn)程在字跡達(dá)到清晰時(shí)及時(shí)拍照記錄，固定最佳字跡形態(tài)。由于有些字跡或符號的筆畫結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，使得能量差較小，潛像不明顯，因此有時(shí)顯現(xiàn)數(shù)字或符號相對模糊或殘缺，對于這種情況，需依據(jù)殘缺字跡的辨別方法來讀取，比如從單字的筆畫結(jié)構(gòu)、偏旁部首進(jìn)行分析，結(jié)合字與字的類別進(jìn)行分析，依據(jù)數(shù)字位置的界定等來讀取顯現(xiàn)字跡。

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