引用本文
刘岩, 王明直, 冯祖祎. 超声波清除锈迹在刑事技术领域中的应用展望[J]. 刑事技术,2012,37(2): 48-50
LIU Yan, WANG Ming-zhi, FENG Zu-yi. Prospect of ultrasonic cleaning in rusted metal evidence pretreatment[J]. Forensic Science and Technology,2012,37(2): 48-50  
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《刑事技术》编辑部
超声波清除锈迹在刑事技术领域中的应用展望
刘岩1, 王明直2, 冯祖祎2
1.中国人民公安大学研究生部,北京 100038
2.公安部物证鉴定中心,北京 100038

作者简介:刘 岩(1986—),女,汉族,吉林省临江人,在读硕士,研究方向是痕迹检验技术。Tel:15210895030;E-mail:y.liu_sr@hotmail.com

摘要

结合刑事技术领域中对检验锈蚀金属物证的要求,本文综述了应用超声波清除锈蚀金属物证上锈迹的原理、方法及应用前景,并与其他常用的化学方法进行了比较。

关键词: 超声波; 除锈; 锈蚀痕迹
中图分类号:DF793 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2012)02-0048-03
Prospect of ultrasonic cleaning in rusted metal evidence pretreatment
LIU Yan, WANG Ming-zhi, FENG Zu-yi
Chinese People's Public Security University, Beijing 100038, China
Abstract

In this paper, the technology for cleaning rusted surface of metal evidence was summarized and the ultrasonic cleaning method and chemical cleaning method were compared.

Keyword: ultrasonic; rust cleaning; mark

在刑事案事件中常会提取到金属物证, 由于环境或人为因素, 或物证保存方式不合理等原因常导致金属物证锈蚀, 从而增加了此种物证的检验难度, 或者因此失去了检验条件。曾经在一起重大案件中由于射击弹头严重锈蚀, 失去了鉴定发射枪支的条件, 丧失了为起诉提供最有鉴定价值结论的可能。

1 锈蚀的原理

案件中遇到的金属锈蚀大部分属于大气腐蚀。从大气腐蚀的发生过程, 腐蚀可分为诱导期、前期和腐蚀期3个阶段。当进入腐蚀期后, 腐蚀产物聚合、生长和增厚, 在金属表面出现明显的锈迹。大气腐蚀发生在金属表面, 包含气/液相交替转化、多环境因素影响、多化学组分参与, 并伴有腐蚀产物沉积与相变的复杂界面电化学过程。不同金属其锈蚀产物虽不尽相同, 但是共同的特点是早期腐蚀的锈层呈絮状, 疏松多孔; 而后期的腐蚀速率减小, 锈层明显分为内外两层, 外锈层疏松多孔, 内锈层非常致密[1]。例如铁质客体的锈层中主要物相为γ -FeOOH, 外层是颗粒较小的γ -FeOOH, 内层主要成分为Fe3O4和少量α -FeOOH[2]。

锈蚀导致承载面上的痕迹发生相应的变化, 掌握锈蚀痕迹特征的变化, 有助于正确运用痕迹特征判断符合点和差异点。锈蚀后痕迹形象特征变化趋势是:经过锈蚀的痕迹, 其细小特征最先变形或消失, 中等特征次之, 粗大特征最后消失[3]。

为了最大限度利用锈蚀的金属物证, 当金属上的工具痕迹中轻度腐蚀后并配以合理的除锈和检验方法, 仍然可能具备检验鉴定价值。

2 当前的除锈方法和存在的弊端

目前, 国内刑事技术人员对于锈蚀的检材主要有以下几种化学方法作为除锈方法:(1)使用5%的稀盐酸除锈; (2)使用汽油、除锈剂等成品对氧化物除锈; (3)使用稀草酸水溶液除锈[4]。而国外主要使用Naval Jelly和Evapo-Rust rust remover除锈剂来除锈[5, 6]。

化学除锈存在的弊端主要表现为以下几个方面:(1)化学除锈的原理是酸与金属表面的锈迹反应, 生成可溶性盐类, 从而清除表面锈层, 但不可避免的使金属基体与酸发生反应, 因而会破坏细小的痕迹; (2)不同金属其腐蚀后锈层的化学组成不同, 因此与锈层反应的化学试剂也不尽相同。当案件中遇到锈蚀金属时, 最好提前做相应的除锈预实验, 以确定化学试剂的种类、浓度和相应的清洗时间; (3)化学清洗一般都使用浸泡的方法, 浸泡时间一般都较长并且要时刻观察, 以尽量减少其腐蚀金属基体; (4)清洗的过程中易形成酸雾, 影响操作人员的健康和腐蚀周围的设备及环境; (5)酸洗除锈会造成被洗部位的二次生锈, 不利于痕迹物证的保存及后续检验。

3 超声波清洗的原理、优势和应用
3.1 超声波清洗的原理

超声清洗属于物理清洗, 其本身为绿色清洗, 若在清洗液中添加适当的清洗剂则属组合清洗, 更具明显的清洗效果[7]。超声清洗的主要机理是空化效应, 当液体中导入超声后, 存在于液体中的微气泡将在声场的作用下振动。当声压到达一定值时, 一部分气泡在负压期迅速长大, 在正压期又突然闭合, 产生高达数千大气压的冲击压力和局部高温, 因此可以清洗物体上的污物[9]。

3.2 超声波清洗的优势

超声波清洗的优势主要体现在以下几个方面:(1)清洗效果好。超声波清洗被国际公认为当前效率最高、效果最好的清洗方式, 其清洗效率达到了98%以上, 清洗洁净度也达到了最高级别[9]; (2)不受清洗件表面形状限制, 凡是能被液体浸到的被清洗件, 超声波对它都有清洗作用, 例如深孔、狭缝、凹槽, 都能清洗, 而且超声清洗对玻璃、金属等反射强的物体清洗效果好, 但是不适合纺织品、多孔塑料、橡胶制品等声吸收强的材料[7]; (3)避免劳动损伤, 改善了劳动环境, 减少有毒溶剂对人体的伤害; (4)易于实现遥控或自动化; (5)清洗时间短, 清洗速度快; (6)某些场合可以用水剂代替油或有机溶液进行清洗。对需要酸洗或碱洗的零部件, 超声波清洗可以降低酸碱的浓度, 因而能减少污染、降低成本和改善劳动条件[10], 但缺点是一次性投资较大。

3.3 超声波清洗的因素

由于超声清洗的主要机理是超声空化作用, 为了要达到良好的清洗效果, 必须选择适当的声学参数, 另外, 清洗液的物理化学性质也会对清洗效果产生影响。由于当前使用的超声波清洗器大都属于功率超声清洗器, 其主要的参数有超声功率、清洗液温度和清洗时间。只有选择适当的超声参数和清洗液种类才可达到良好的清洗效果。清洗时根据污物的性质合理的选择超声波的功率、频率及清洗温度, 通常的参数为0.5W/cm2~1.0W/cm2, 20kHz~50kHz, 50℃~60℃[10]。

3.4 超声波清洗的应用

超声波清洗广泛应用于电力、冶金、石化、汽车制造、机械、电子、轻工业, 化纤、食品、医疗、光学和医药工业等行业, 能有效地去除油脂、石蜡、锈、氧化皮、表层涂料和难以归类的附着的杂质。其实际应用跨度很大, 包括医用玻璃器皿、外科器械、摄影透镜、电子印刷电路板、半导体器件等[11]。

4 超声波清洗锈迹在刑事技术领域中的应用展望

前面论述了超声波清洗的优势, 从中可看出许多方面的成果符合刑事技术领域的除锈要求。当需检验锈蚀的检材时, 若不需要提取其上的微量物质或是其他物证, 则可清除锈迹, 将显露出覆盖在锈迹下的痕迹。除锈处理后要求将妨碍观察痕迹特征表面的锈清除, 尽可能减少对金属基体的腐蚀, 同时要求操作简单以便于普及。因此超声波除锈是刑事技术领域中除锈方法的发展方向, 而当前对超声波清洗的研究集中在金属清洗技术领域, 只要适当转化, 超声波清洗在刑事技术领域中将有很好的应用前景。

4.1 超声波除锈的方法

超声波清洗与传统的主要依靠酸化学溶解金属氧化物的化学清洗机理截然不同。传统化学酸洗均使用硫酸或盐酸做酸洗溶液。金属的表面清洗则是通过溶液与金属氧化物间的氧化还原反应进行的, 通过调整酸液的浓度、温度、酸洗时间来保证金属的清洗质量。对表面锈蚀较严重的只有延长酸洗时间或是提高酸液的浓度、温度来保证清洗质量, 但这样使酸洗过程中产生氢脆和腐蚀, 同时有酸气外溢, 污染环境、腐蚀设备[12]。

超声波清洗锈迹可用水溶液超声清洗法和超声酸洗法。当有少量锈迹覆盖在痕迹上时可应用水溶液超声清洗法, 超声波在水中传播时, 由于非线性作用会产生空化。在空化气泡突然闭合式发出的冲击波可在周围产生上千个大气压力, 对锈迹的反复冲击, 一方面破坏锈迹与清洗金属表面的吸附, 另一方面会加速锈迹分散到清洗液中; 当锈蚀比较严重时单纯使用水溶液超声波不能达到预期目的, 这时应用到超声酸洗。在酸洗过程中, 在化学浸蚀的基础上, 施加强力的超声振荡, 可使氧化皮更深入侵蚀、发生部分溶解反应而疏松, 同时超声空化作用将已疏松即将脱落的氧化皮残渣及时剥离掉[13]。但是要注意酸的浓度, 否则会腐蚀基体上的痕迹。超声在清洗液中传播时会产生正负交变的声压, 冲洗清洗件的同时由于非线性效应会产生高速的微射流, 所有这些作用能够破坏污物增加搅拌、扩散作用, 加速可溶性污物的溶解, 强化化学清洗剂的清洗作用[14]。

国外研究人员通过试验验证了超声波可显著提高酸洗性能。不同温度下的低碳素钢酸洗中, 考察使用与不使用频率为20kHz的超声波的区别, 发现应用超声波明显地减少了酸洗时间[15]。当应用到超声酸洗时一定要注意酸的浓度和清洗液的温度, 而且清洗时间不宜较长, 一般情况下酸的浓度在5%以下, 温度在30℃以下, 清洗时间在1min左右。在酸洗过程中引入超声波作用, 大大促进了反应、提高了反应速度, 可在低浓度、室温条件下超声酸洗[16]。

4.2 与化学除锈方法相比超声波除锈的优势

在刑事技术领域中超声波清除锈迹的优势体现在以下几个方面:(1)超声波除锈与其他化学清洗方法相比, 其清洗时间较短; (2)化学清洗是利用化学物质与锈迹反应生成可溶性盐类而达到清洗效果, 因此化学清洗要对不同金属锈蚀产物应用不同的化学试剂配方。而超声波清洗属于物理清洗, 利用超声波在液体中的空化作用, 将金属表面锈迹剥离, 若想达到清洗效果清洗力必须大于锈迹与其金属基体的吸附力。因此超声波清洗主要考虑超声波功率, 这样便于研究并可以把研究成果应用到钢、铜等其他金属上; (3)与化学清洗相比较, 其对清洗金属基体的腐蚀较少; (4)超声波清洗主要利用超声波清洗器, 其操作简单, 超声波清洗的强度, 溶液温度可控, 便于普及; (5)与化学清洗相比较, 其清洗效率高。

超声波清洗具有许多其他清洗方法不可比拟的优势, 为了应对刑事技术领域中对检材越来越高的要求, 超声波除锈所具有的优势势必在刑事技术领域中有很好的应用前景。

对于轻度的锈蚀物证可以直接应用水溶液超声波清洗, 这种方法对金属基体没有腐蚀; 当水溶液超声清洗不能完全清除锈迹时, 可以应用超声波酸洗, 但应用时应注意要使用酸性较弱的酸, 如草酸或柠檬酸等并控制酸的浓度在8%以下。例如应用超声波酸洗清洗中度锈蚀的5mm的铁丝, 使用7%的柠檬酸溶液作为清洗液。

The authors have declared that no competing interests exist.

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