引用本文
杨安安, 杨瑞琴, 郭洪玲. 子弹弹头及弹壳成分比较研究[J].刑事技术, 2021,46(6):610-613
YANG Anan, YANG Ruiqin, GUO Hongling. Comparative Analysis into Composition of Bullet and Shell from Cartridge[J]. Forensic Science and Technology,2021,46(6): 610-613  
Doi: 10.16467/j.1008-3650.2021.0160
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《刑事技术》编辑部
子弹弹头及弹壳成分比较研究
杨安安1, 杨瑞琴1, 郭洪玲2,*
1.中国人民公安大学,北京100038
2.公安部物证鉴定中心,北京100038
* 通信作者简介：郭洪玲,女,山东泰安人,博士,研究员,研究方向为微量物证。E-mail: guohongling1234@163.com

第一作者简介：杨安安,女,山东潍坊人,硕士研究生,研究方向为刑事科学技术。E-mail: Yangfugui77@163.com

收稿日期: 2021-03-24 修回日期: 2021-07-30
基金资助: 中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（2020JB012）
摘要

目的 对子弹物证进行成分分析可为涉枪案件的侦查提供科学依据。本实验旨在通过研究子弹弹头及弹壳的元素组成快速区分不同子弹,为推断子弹来源提供关键信息。方法 收集不同厂家在1958-2019年不同批次生产的多种型号的子弹样品53份,应用扫描电镜能谱法（SEM/EDX）对样品的弹头内芯、弹头披甲和弹壳金属成分进行研究。结果 结果显示多数子弹弹头内芯由纯铅构成,部分批次较晚的弹头为铅锑合金,另有两枚批次较早子弹为铁弹头;除六枚5.6mm运动步枪弹的弹头披甲以及四枚791厂样品的弹壳无明显特征外,其余子弹的弹头披甲和弹壳均为三类铜锌合金中的一种：含铜量83.7%~84.7%、87.6%~90.6%以及67.0%~69.8%的铜锌合金。同型号同厂家子弹所使用弹头披甲及弹壳材料的特征相似,同型号不同厂家、同厂家不同型号的子弹弹头披甲和弹壳材料则具有一定差异。近六十年来121厂样品子弹弹头披甲均为含铜量87.6%~90.6%的铜锌合金,弹壳材料为含铜量67.0%~69.8%的铜锌合金,其为该厂固定使用的铜锌合金原材料的可能性较高。791厂样品中有四种型号的子弹弹壳均为含锰量0.7%~0.9%的铁锰合金,这种合金在其他厂家并未出现,其为791厂弹壳特征原材料的可能性较高。结论 掌握子弹弹头及弹壳的元素组成特征可以对不同子弹进行有效识别。

关键词: 法庭科学; 子弹; 扫描电镜能谱法
中图分类号:DF794.1 文献标志码:A 文章编号:1008-3650(2021)06-0610-04
Comparative Analysis into Composition of Bullet and Shell from Cartridge
YANG Anan1, YANG Ruiqin1, GUO Hongling2,*
1. People's Public Security University of China, Beijing 100038, China
2. Institute of Forensic Science, Ministry of Public Security, Beijing 100038, China
Abstract

Objective Evidential cartridges can provide scientific basis with their chemical composition analysis into the investigation of gun-related cases. Therefore, an experiment is here to carry out for quickly distinguishing different bullets and providing key information on inferring discrepant bullets through the element composition of sampling cartridges to probe.Methods 53 producer-different and specification-various sampling cartridges were collected with their manufacuring at the unlike batches during 1958~2019. Major element composition was to determine into the different components (i.e., lead core inside bullet, bullet jacket and cartridge case) of the sampling cartridges, delivering results through the test with scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray (SEM-EDX).Results Most bullets were shown of made of pure lead, with some of later-produced batches being of lead-antimony alloy, two earlier-produced batches of iron warhead. Although there were no obvious regular features for either the jackets of six 5.6mm sporting rifle's cartridges or the shells of four samples made from factory 791, all the other analyzed jackets and shells were made with three types of Cu/Zn alloy, revealing the Cu content ranging between 83.7%-84.7%, 87.6%-90.6% and 67.0%-69.8%, respectively. The materials used in the jacket and shell from the model- and manufacturer-same samples remained consistent over time, contrasting to the significant differences with both the model-same yet manufacturer-different samples and the model-different yet manufacturer-same ones. Over the past 60 years, the samples produced from factory 121 had their bullet jacket and shell both made of Cu/Zn alloy, with the Cu accounting for 87.6%-90.6% of jacket and 67.0-69.8% of shell, suggesting that these two types of Cu/Zn alloy were the common raw materials used with the factory. Four shells of sampling cartridges produced from factory 791 were made of Fe/Mn alloy with Mn accounting for 0.7-0.9%, however, the other manufacturers selected for this experiment hadn't been found to adopt the Fe/Mn alloy.Conclusion Element composition and analysis can be used as choice to identify the kind of bullets through determination of the materials of their components.

Key words: forensic science; cartridge; scanning electron microscopy and energy dispersive spectroscopy (SEM/EDX)

近年来, 我国持枪犯罪案件数量持续增加, 给人民群众的生命财产安全带来了极大危害。在实际案件中, 有时现场未能发现子弹物证, 或由于弹头弹壳损毁严重仅能提取部分碎片, 难以进行特征识别和痕迹检验工作, 此时进行化学成分分析可以有效弥补痕迹检验的局限性。目前对子弹物证进行化学成分检验的方法有很多, 如原子吸收分光光度法（AAS）、中子活化分析法（NAA）、火花源质谱法（SSMS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）及扫描电镜能谱法（SEM/EDX）等[1]。

扫描电镜能谱能够对微量物证的表面形态及元素成分进行全面、细致的扫描分析, 目前已在法庭科学领域应用十分广泛[2, 3]。应用扫描电镜能谱法检测不同子弹样品的元素组成及其含量差别, 可以快速区分不同子弹, 为推断子弹来源提供关键信息, 是非常准确高效的检验方法。目前已有国内外法庭科学学者利用扫描电镜对子弹元素组成及含量做过研究, 如Kieser[4]应用扫描电镜能谱法验证了子弹摩擦后产生的颗粒可用来匹配子弹类型、追溯子弹厂家; 国内学者刘全忠等[5]利用扫描电镜对同一型号及不同型号弹头遗留的金属颗粒进行分析, 结果表明同一型号的弹头遗留的金属颗粒数量及重量百分比较为一致, 而不同型号则基本不同。可以看出, 扫描电镜能谱法能够检测出不同型号子弹的成分差别, 可以为子弹来源推断工作提供重要信息。

本实验应用扫描电镜能谱仪（SEM/ EDX）对弹头披甲、弹头底部内芯、弹壳三种样品进行研究, 探索不同厂家生产的不同型号子弹以及同一厂家生产的不同批次子弹之间元素组成特征及个体差异, 寻找子弹弹头、弹壳材料元素组成特征。

1 材料与方法
1.1 材料与仪器

FEI Quanta 650扫描电子显微镜（FEI, 美国）, EDAX APEX2 X射线能谱仪（EDAX, 美国）, 各型号子弹样品共53份。

1.2 分析方法

1.2.1 样品收集与制备

本实验共收集子弹样品53份, 主要型号有51式手枪弹、64式手枪弹、56式步枪弹、警用9 mm转轮手枪弹、5.6 mm运动步枪弹等; 生产厂家有121厂、791厂、301厂、311厂、81厂等; 生产批次由1958 — 2019年不等, 子弹样品信息见补充材料表S1。

样品编号采用厂家弹底标识代号+生产年份编号, 如121厂于2014年生产的子弹编号为11-14, 301厂于1980年生产的子弹编号为301-80（121厂弹底标识代号为缩写11, 其他厂家弹底标识代号则与厂名相同）, 6枚5.6 mm运动步枪弹因无厂家信息及生产年份信息, 以弹底标识符号命名, 如三角牌、双环牌等。有3枚64式手枪弹样本均为121厂1990年生产, 批次为11-90, 为避免混淆将其编号为11-90（1）、11-90（2）、11-90（3）; 1枚9 mm手枪弹以及1枚95式5.8 mm步枪弹（钢芯）样本批次均为791-16, 遂将其按口径不同区分为791-16（9）、791-16（5.8）。

将子弹拆弹后分为弹头、弹壳两部分。用75%酒精棉球反复擦拭弹头、弹壳表面以去除灰尘等杂质, 用手术刀分别于弹头披甲、弹壳外壳处切取长度为0.5 cm左右的片状金属样品, 并于弹头内部切取小块内芯, 编号后置于粘有导电胶带的电镜样品台上待检, 另取粘有无污染导电胶带的电镜样品台作为空白对照。

1.2.2 SEM/EDX检测

采用FEI Quanta 650扫描电子显微镜与EDAX APEX2 X射线能谱仪, 高真空电子扫描显微镜工作模式, 25 kV加速电压, 背散射模式探头, 放大倍率400~1 000倍, 像素为1 024, 工作距离为10.0 mm, 对样本进行分析。将每个样品台划分为8~10个区域, 分别放置粘有不同子弹弹头内芯、弹头披甲、弹壳外壳样品的导电胶带。对每个样品检测3次, 每次扫描样品不同位置, 对得到的结果取平均值。

2 结果
2.1 弹头内芯成分

利用SEM/EDX准确测出53份子弹弹头内部金属成分, 弹头内芯、弹头披甲以及弹壳金属材料成分检测结果见补充材料表S2。多数子弹弹头内芯成分为100%Pb, 部分弹头内芯检测出现Sb元素, 但含量均不高, Pb/Sb比值均在99.4/0.6~96.5/3.5之间, 大多弹头内芯成分Sb占比在1%以下。含有Sb元素的子弹生产批次较新, 多为21世纪后生产。Sb含量对子弹的硬度、飞行质量、速度和穿透能力都有影响, 添加Sb元素可以提高铅合金的硬度, 因此许多厂商会在生产子弹的过程中添加适量Sb元素。另有2枚56式步枪弹弹头内部材料为100% Fe（71厂1956年生产及911厂1968年生产）, 因批次较早, 原因可能为国内厂家早期曾使用铁填充弹头, 后期则统一改用铅弹, 但因早期样本较难收集, 无法得出确切结论。

2.2 弹头披甲及弹壳金属

在53枚子弹弹头披甲样品中, 除6枚5.6 mm运动步枪弹的弹头披甲材料较为复杂外, 其余47枚子弹的弹头披甲材料均为不同比例的Cu/Zn合金; 在53枚子弹弹壳样品中, 除4枚791厂样品弹壳材料为含锰量0.7%~0.9%的Fe/Mn合金外, 其余49枚子弹的弹壳材料也为这几种Cu/Zn合金。将所有合金材料划分为五种, 材料A：含Cu量83.7%~84.7%的Cu/Zn合金; 材料B：含Cu量87.6%~90.6%的Cu/Zn合金; 材料C：含Cu量67.0%~69.8%的Cu/Zn合金; 材料D：6枚5.6 mm运动步枪弹所用材料; 材料E：791厂含Mn量0.7%~0.9%的Fe/Mn合金。将子弹按主要型号、主要厂家分类进行结果讨论。

2.2.1 按子弹型号分类

按子弹型号分类来看, 11份51式手枪弹样品来源全部为121厂, 1958— 1964年3份样品与1965~2018年8份样品差异明显, 1965年前弹头披甲材料为A, 弹壳为C, 1965年后弹头披甲材料为B, 弹壳也为B, 因此121厂1965年前后不同批次的51式手枪弹可被明显区分。

13份64式手枪弹样品来源为121厂、301厂、311厂三所厂家, 其中121厂7份样品、301厂2份样品、311厂4份样品。121厂样品弹头披甲材料为B; 301厂及311厂样品弹头披甲材料为A; 所有样品弹壳材料均为C。三个厂家生产的64式手枪弹样品年份区间接近（1980— 2007年）, 弹壳材料均为C, 但121厂与301、311厂的弹头披甲材料差异明显, 可据此区分这三个厂家生产批次相近的64式手枪弹。

在6枚5.6 mm运动步枪弹样品中, 三角甲、三角乙、三角丙以及双环牌这4枚弹头均属于无披甲弹头, 也就是弹头外部金属与弹头内芯成分相同, 并非像其他型号子弹一样是Cu/Zn合金。这6枚子弹弹头种类较多, 样本量少且无具体批次信息, 难以确定它们之间的规律, 但弹壳材料为B或C类Cu/Zn合金, 与其他型号子弹样品相似。可以看出, 5.6 mm运动步枪弹弹头所用原材料的种类更多、不同样品之间元素差异更大, 与其他子弹样品既有相似之处, 也有明显差异, 需收集更多样本研究这类子弹的元素组成特征。

6份56式步枪弹样品来源于71厂、81厂、611厂、911厂及791厂五所厂家, 所有样品的弹头披甲材料及弹壳材料均为B。五所厂家生产的56式步枪弹年份区间均较早, 可初步认定20世纪90年代前这五所厂家所用弹头披甲材料及弹壳材料均相似。

其他型号的子弹因样品数量较少, 难以得出确切的元素组成特征。

2.2.2 按主要厂家分类

在收集到的样品中, 121厂的样品数量最多。121厂即现在的黑龙江北方工具有限公司, 是目前我国最大的子弹生产厂家。23份样品中, 有51式手枪弹、64式手枪弹、警用9 mm转轮手枪弹、DAP92式9 mm普通弹和92式9 mm手枪弹等。分析121厂样品可看出, 所有子弹的弹头披甲和弹壳材料均为A、B、C这三类Cu/Zn合金中的一种。在51式手枪弹中, 早期生产的子弹（1958— 1964年）弹头披甲为A, 弹壳为C, 1965年后生产的弹头披甲与弹壳材料则都换为了B; 其他型号的样品批次较晚（1990— 2019年）, 但所使用的材料均相似, 弹头披甲材料为B, 弹壳材料为C。可以看出, 近60年来121厂生产的大部分子弹金属材料成分高度相似, 因此B、C类Cu/Zn合金为该厂近年来固定使用的两种原材料的可能性较高。

收集到的791厂生产的制式子弹型号也较多, 共有7种, 每个型号1个样品, 不同样品的弹头披甲材料成分不同, 但均属于B或C, 因样品量少、种类繁多、生产年代跨度大, 难以确定规律。值得注意的是, 仿SS109型5.56 mm步枪弹、通用型5.8 mm步枪弹、95式5.8 mm步枪弹（钢芯）、DVP88A 5.8 mm步枪弹这四种型号的样品弹壳并非Cu/Zn合金, 而是含Mn量为0.7%~0.9%左右的Fe/Mn合金弹壳, 这种材料只在791厂中批次年代较晚的样品中出现, 且Fe/Mn比值稳定, 为该厂弹壳特征原材料的可能性较高。

3 结论

本实验证明, 不同型号、不同厂家子弹的弹头内芯、弹头披甲、弹壳的元素组成具有一定的特征：大部分子弹弹头由纯铅构成, 部分生产批次较晚的弹头则为铅锑合金, 但锑元素含量均不高, 另有两枚批次较早的56式步枪弹为铁弹头。除6枚5.6 mm运动步枪弹的弹头披甲以及4枚791厂样品的弹壳无明显规律外, 其余子弹的弹头披甲和弹壳均为3类铜锌合金中的一种：含铜量83.7%~84.7%、87.6%~90.6%以及67.0%~69.8%的铜锌合金。在121厂生产的51式手枪弹样品中, 子弹弹头披甲和弹壳所用材料随年份增长具有一致性; 在64式手枪弹样品中, 不同厂家子弹弹壳材料相同, 但弹头披甲有较大区别; 56式步枪弹虽然来自五个不同厂家, 但子弹弹头披甲和弹壳材料均相同; 5.6 mm运动步枪弹则较为特殊, 此型号子弹所用弹壳材料与其他子弹相似, 但弹头所用原材料种类多、元素差异大, 可明显将其与其他子弹样品区分。近60年来121厂子弹弹头披甲为含铜量87.6%~90.6%的铜锌合金, 弹壳为含铜量67.0%~69.8%的铜锌合金, 提示这两种铜锌合金为该厂固定使用的原材料的可能性较大。791厂样品中有四种型号子弹的弹壳为含锰量0.7%~0.9%的铁锰合金弹壳, 这种材料在其他厂家并未出现, 提示其有较大可能为791厂的弹壳特征原材料。

在实际案件中, 掌握子弹的元素组成特征, 应用SEM/EDX检测未知子弹弹头及弹壳的元素信息, 并与已知子弹作比对, 可以迅速判断子弹种类, 为推断枪支类型、追溯子弹来源提供依据, 为案件的侦破提供重要信息。由于子弹较难收集及运输, 本次实验收集到的样本数量不多, 有些厂家只获得了1~2个批次或1种类型的子弹, 单凭此几种样品的检测结果无法准确给出各类厂家、型号、批次子弹之间的具体区别。因此, 未来我们应积极推动国内子弹数据库的建立, 完善国内不同厂家及不同型号的制式子弹信息, 对于促进涉枪案件的物证检验技术发展具有重要意义。

补充材料

与本文相关的补充数据见：http://www.xsjs-cifs.com/CN/10.16467/j.1008-3650.2021.0160。

参考文献
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