典型金属刀具水中腐蚀性能与时间的相关性研究

杨飞宇，张 磊，刘文斌，郝红飞，秦真科

(1.上海市现场物证重点实验室，上海市刑事科学技术研究院，上海200083;2.上海市公安局杨浦分局刑事科学技术研究所)

刑事现场勘查时，经常会遇到金属类物证被投入到河水中，如刀具、捆绑用的铁丝、挂锁的锁梁等各种金属物证。很多情况下，犯罪嫌疑人会有意把物证扔入水中企图消灭证据，而这样的介质环境最易导致金属物证发生锈蚀［1］。这些金属在与水介质接触中，常发生化学的或电化学的作用，从而引起金属的腐蚀和破坏，对这样的金属物证进行检测和分析是有难度的，因为许多痕迹已被锈蚀破坏，所以对锈蚀金属腐蚀行为的科学分析非常重要。在已知的水体环境中，与金属锈蚀特征最密切相关的因素就是时间。由此在已知的一定环境介质条件下，金属的锈蚀特征就可以与时间建立起相对应的关系。通过分析、鉴定金属类物证的锈蚀特征(包括锈蚀痕迹、锈层厚度和结构等)来判断锈蚀时间，借此判断作案时间，就可以实现通过分析金属类物证锈蚀特征，为案件侦查工作提供参考和依据。我国地域辽阔，自然环境复杂，各种水体的环境各不相同，所以在典型环境中长期积累金属材料的腐蚀特征数据，对研究金属腐蚀特征与时间的相关性有重要的实际意义［2－5］。

1 实验

实验选取三种最常用到的生活用厨房用刀，三种金属刀具材料的特征如表1所示。我们首先将购买的刀具进行线切割。线切割时，我们按刀片自身厚度切割成10×10mm的样品，保持表面涂层完整，在制备过程中也尽可能避免对试样造成机械划伤。线切割后的样品，由于其表面的油污等杂质，需对其用丙酮超声清洗一次，酒精超声清洗两次次，最后用离子水冲洗三次。清洗后的样品进行自然晾干或者在50℃真空烘干，然后对线切割面进行打磨，特别是边缘锋锐棱角和毛刺进行锉平，防止边缘腐蚀。最后，将线切割面用704胶进行封住，保留样品原有的涂层面作为工作面。同时，将尼龙线粘在胶上，便于以后悬挂在水中。

表1 三种刀具材料

实验用水取自闸北区苏州河水。苏州河水是上海的代表水质，其pH值为6.8左右。将取来的河水装进实验用桶中，把试样用尼龙绳系好浸没于水中，样品没入水中的深度大约为20cm，并将实验用桶放在通风处。实验期间，每周换一次水，实验的开始周期为10天，随后的实验周期根据不同的金属腐蚀情况而调整。

每个周期取出的样品都要进行表面和截面的观察分析。首先用数码相机将腐蚀后的金属表面形貌完整拍摄，然后将腐蚀的样品在宏观腐蚀最大的地方进行横截面线切割，保留其腐蚀的横截面，并环氧树脂胶进行样品固定，在60℃烘干后，用砂纸等打磨抛光后，进行莱卡显微镜拍摄，并观察其截面腐蚀深度。

2 结果与讨论

2.1 金属刀具1在水环境中的腐蚀特征

金属刀具1在水中从第6天开始观察到明显的腐蚀现象(图1)，到第50天时，腐蚀面积达到了约为1cm2。宏观图中可以看出表面有明显的凹坑，接触观察，发现腐蚀产物很易脱落。对不同时间段腐蚀样品截面的观察如图2，腐蚀层的厚度由第6天的10μm增加到80天的60μm。

图1 用单反相机拍摄的金属刀具1在水介质中随时间变化的腐蚀形貌A)6天;B)15天;C)30天;D)40天;E)50天;F)60天;G)70天;H)80天。

2.2 金属刀具2在水环境中的腐蚀特征

金属刀具2在水中的腐蚀变化与相比有明显的不同，从90到100天之间才开始出现肉眼可以观察到的明显腐蚀，截至实验为止，到第200天时，腐蚀面积达到了最大，图3显示其腐蚀的区域面积占试样表面积的3%左右。分别对100天和200天腐蚀样品截面的观察如图4，腐蚀层的厚度增加较金属刀具1缓慢，到200天时的腐蚀深度为10μm。

图2 金属刀具1在水中不同时间段腐蚀的横截面。

图3 用单反相机拍摄的金属刀具2在水介质中的腐蚀形貌。

图4 金属刀具2在水中不同时间段的腐蚀截面图。

2.3 金属刀具3在水环境中的腐蚀特征

金属刀具3在水中从第58天开始肉眼观察到明显的腐蚀，从图5(A)中60天的照片可以看出，该刀具的腐蚀从边沿开始，腐蚀到第210天时(图5(F))，腐蚀面积约为0.112cm2，截面最大腐蚀深度随着时间增加而逐渐变大，图6可以看到，210天测得腐蚀层厚度达到40μm左右。

图5 用单反相机拍摄的金属刀具3在水介质中随时间变化的腐蚀形貌。

图6 金属刀具3在水中不同时间段的腐蚀截面图。

3 结论

实验分析的三种刀具在水中的腐蚀进程于速率是不同的，金属刀具1是纯铁制品，比较容易腐蚀，腐蚀开始的最早，在第6天就可以用肉眼观察到的腐蚀发生，金属刀具2是304不锈钢，抗腐蚀性能较好，在100天内基本不发生腐蚀，210天的腐蚀厚度为10μm左右。金属刀具3是410不锈钢，从第58天开始肉眼观察到明显的腐蚀，210天测得腐蚀层厚度达到40μm左右。需要指出的是，这里腐蚀层的厚度，指的是腐蚀区域的腐蚀层厚度，而不是整个测试试样表面的腐蚀层厚度，从宏观图片就可以很明显地看出，腐蚀层是不均匀的。本试验观察分析并建立了水环境下，金属刀具腐蚀表面的形貌和腐蚀区域深度两个特征与时间的关系，为未知时间下相似水环境中金属腐蚀发生时间的推断提供了科学可行的基础实验数据。

［1］刘言.在刑事技术领域中的除锈方法和锈迹的应用［J］.中国司法鉴定，2012，1:42－44.

［2］苏斌，廖举峰.锈蚀断线钳剪切痕迹检验鉴定［J］.广东公安科技，2010，3:25－26.

［3］杨宇波.利用锈蚀痕迹进行整体分离鉴定1例［J］.刑事技术，2008，4:79.

［4］宋客礼.锈蚀痕在铁路拆卸案件中的应用［J］.刑事技术，1997，5:31－32.

［5］Megan E.Wogan，Katie S.Webster－Hoffmeyer and Catherine M.Grgicak.Corrosion behaviour of four handguns in aqueous environments:Corrosion product characterization and effects on estimating the time since deposition［J］.Science and Justice，2013，3:3363－370.