Судебная материаловедение

Витая пружина подвески автомобиля, подвергнутая кислородной резке.

Судебная материаловедение , отрасль судебно-медицинской экспертизы , фокусируется на вещественных доказательствах с мест преступлений или происшествий, выявляя дефекты в этих материалах, которые могут объяснить, почему произошел несчастный случай, или источник конкретного материала для идентификации преступника. В исследованиях могут быть использованы многие аналитические методы, используемые для идентификации материалов, точный набор которых определяется природой рассматриваемого материала: металл , стекло , керамика , полимер или композит . Важным аспектом является анализ следов, таких как следы скольжения на открытых поверхностях, где контакт между разнородными материалами оставляет следы одного материала на другом. Если следы можно успешно проанализировать, то несчастный случай или преступление часто можно реконструировать. Другой целью будет определение причины поломки компонента с помощью метода фрактографии .

Металлы и сплавы

Металлические поверхности можно анализировать разными способами, в том числе с помощью спектроскопии и EDX, используемых во время сканирующей электронной микроскопии . Природу и состав металла обычно можно установить путем рассечения и полировки основной массы, а также исследования плоского среза с помощью оптической микроскопии после того, как растворы травления использовались для обеспечения контраста в сечении между компонентами сплава. Такие растворы (часто кислоты ) преимущественно воздействуют на поверхность, изолируя элементы или включения одного состава, позволяя им быть видимыми гораздо более четко, чем на полированной, но необработанной поверхности. Металлография — это рутинный метод исследования микроструктуры металлов, но он также может применяться к керамике, стеклу и полимерам. СЭМ часто может иметь решающее значение при определении видов отказов путем исследования поверхностей излома. Можно определить происхождение трещины и оценить ее рост, чтобы отличить, например, от перегрузки разрушение от усталости . Однако часто усталостные разрушения легко отличить от разрушений, вызванных перегрузкой, по отсутствию пластичности, а также по наличию области быстрого роста трещины и области медленного роста трещин на поверхности излома. коленчатого вала Например, усталость является распространенным видом отказа деталей двигателя. В примере показаны всего две такие зоны: медленная трещина у основания, быстрая вверху.

Керамика и стаканы

Твердые продукты, такие как керамическая керамика и стеклянные ветровые стекла, можно изучать с помощью тех же методов СЭМ , что и для металлов, особенно с помощью ЭСЭМ, проводимого в низком вакууме. Поверхности изломов являются особенно ценным источником информации, поскольку такие особенности поверхности, как штриховки, могут помочь определить происхождение трещин. Анализ особенностей поверхности проводится с помощью фрактографии .

Затем положение источника можно сопоставить с вероятными нагрузками на изделие, чтобы показать, например, как произошел несчастный случай. Осмотр пулевых отверстий часто может показать направление движения и энергию удара, а также способ анализа обычных стеклянных изделий, таких как бутылки, чтобы определить, были ли они разбиты намеренно или случайно в результате преступления или несчастного случая. Дефекты, такие как посторонние частицы, часто возникают вблизи или в начале критической трещины и могут быть легко идентифицированы с помощью ESEM .

Полимеры и композиты

Термопласты , реактопласты и композиты можно анализировать с помощью FTIR- и УФ-спектроскопии, а также ЯМР и ESEM . Неудачные образцы можно либо растворить в подходящем растворителе и исследовать непосредственно (УФ-, ИК- и ЯМР-спектроскопия), либо в виде тонкой пленки, отлитой из растворителя, либо вырезать с помощью микротомии твердый продукт. Метод срезов предпочтителен, так как не возникает осложнений, связанных с абсорбцией растворителя, и частично сохраняется целостность образца. Продукты разрушения можно исследовать с помощью фрактографии , особенно полезного метода для всех разрушенных компонентов с использованием макрофотографии и оптической микроскопии . Хотя полимеры обычно обладают совершенно другими свойствами, чем металлы и керамика, они так же подвержены разрушению из-за механических перегрузок , усталости и коррозионного растрескивания под напряжением, если изделия плохо спроектированы или изготовлены. Многие пластмассы подвержены воздействию активных химикатов, таких как хлор , которые в небольших количествах присутствуют в питьевой воде, особенно если литье под давлением. являются неисправными.

ESEM особенно полезен для проведения элементного анализа видимых частей исследуемого образца. Это эффективный метод микроанализа , ценный для изучения следовых доказательств . С другой стороны, цветопередача отсутствует, и нет информации о том, как эти элементы связаны друг с другом. Образцы будут подвергаться воздействию вакуума, поэтому любые летучие вещества могут быть удалены, а поверхности могут быть загрязнены веществами, используемыми для прикрепления образца к креплению.

Эластомеры

Резиновые изделия часто являются критически важными с точки зрения безопасности деталями машин, поэтому их выход из строя часто может привести к несчастным случаям или потере функциональности. Неудачные продукты можно исследовать с помощью многих обычных полимерных методов, хотя это сложнее, если образец вулканизирован или сшит . ослабленного полного отражения Инфракрасная спектроскопия полезна, поскольку продукт обычно гибкий, поэтому его можно прижать к кристаллу селена , используемому для анализа. Простые тесты на набухание также могут помочь определить конкретный эластомер, используемый в продукте. Часто лучшим методом является ESEM с использованием рентгеновского элементарного анализа на микроскопе. Хотя этот метод обеспечивает только элементный анализ , он может дать подсказку относительно идентичности исследуемого эластомера. Таким образом, наличие значительных количеств хлора указывает на полихлоропрен , а присутствие азота – на нитрильный каучук . Этот метод также полезен для подтверждения озонового растрескивания по большому количеству кислорода , присутствующего на растрескавшихся поверхностях. Эластомеры, чувствительные к воздействию озона, такие как натуральный каучук , нитриловый каучук , полибутадиен и ассоциированные сополимеры . Такие эластомеры имеют двойные связи в своих основных цепях, группа, которая подвергается воздействию во время озонолиза .

Проблема возникает, когда небольшие концентрации газообразного озона присутствуют вблизи открытых поверхностей эластомера, таких как уплотнительные кольца и мембранные уплотнения . Изделие должно находиться в напряжении, однако достаточно лишь очень слабых напряжений, чтобы вызвать деградацию.

См. также

Ссылки

Льюис, Питер Рис, Рейнольдс, К., Гагг, К., Судебная экспертиза материалов: тематические исследования , CRC Press (2004).
Льюис, Питер Риз Судебно-медицинская экспертиза полимеров: Почему полимерные изделия выходят из строя, 2-е издание, Woodhead/Elsevier (2016).