汽车火灾检验中的样本提取与制备

1 汽车火灾检验中的样本提取与制备 景畅 1 谢致薇2 1 广东警官学院 广州 510232 2 广东工业大学 广州 510100 摘 要 汽车火灾物证的分析鉴定很重要的手段之一就是对现场过火材料进行宏观和 微观的分析检验 而检验中物证的样本提取与制备是不可忽视的重要环节 汽车火灾检验 涉及多种材料 多个部位 多种状态 提出了提取和制备检验样本的操作方法和应注意的 问题 以便为检验提供规范有效的样本 关键词 汽车火灾 金相组织 样本提取 样本制备 检验鉴定 进入 21 世纪 我国汽车工业的发展给整个国民经济的腾飞插上了翅膀 也为人民生活提 供了新的方式 但与此同时 汽车事故的数量也急剧上升 给检验和检测工作提出了一系列 新的课题 汽车火灾是汽车事故中常见的一种 汽车火灾物证的分析鉴定是根据火灾的特 点和规律 采用各种分析方法和技术手段 对火灾物证进行物理 化学 电学 光学 机 械 结构 形态等方面的检测 根据检测结果进一步分析和判断 确定火灾的成因 性质 为案件事故处理提供依据 这是公安消防工作和刑事技术工作中经常需要面对的问题 此 其中很重要的手段之一就是对现场过火材料进行宏观和微观的分析检验 而检验中物证的 样本提取与制备是不可忽视的重要环节 随着汽车非金属材料的广泛应用 汽车火灾检验 中的样本提取与制备的方法和要求已不断变化 检验人员必须注重操作 以更好地达到检验 目的 一 汽车火灾的成因及特点 汽车火灾的形成大致可分为自身故障起火 人工外界成因起火 人为纵火三种 因为起火 成因不同 致使起火点 燃烧温度各有不同 提取现场样本就是根据各种材料过火后的组织状 态进行燃烧诸因素的确定 从而判断火灾成因 明确事故责任 以上不同的起火成因一般反映 出以下规律性特点 1 自身故障起火 包括汽车自身电气故障 漏油 化油器回火与其他原因自燃 这一 类起火具有起火点明确 燃烧温度固定的特点 且无其他撞击痕 添加物等反映 2 人工外界成因起火 包括人工起火 如驾驶不当的人工直接供油 使用非标准的易 燃燃料致使起火 颠簸碰撞 摩擦起火 装运易燃品致使起火等 及外界成因起火 如乘客携 带易燃品起火 外界火源引发起火等 这一类起火一般通过对现场易燃品的提取和检验进 行确定 3 人为纵火 案件多加有助燃剂 致使起火和蔓延迅速 中心火场温度高 各种材料烧 蚀变形严重 二 汽车火灾样本检验的基本理论 一 汽车火灾样本检验的材料范畴 物证的样本提取与制备涉及到现场材料 在汽车工业发展中 从木质材料到钢铁 从 塑料 ABS 到氨基甲酸乙酯 以及金属铝 镁到钛等各种新材料的应用 逐步体现了材料工 业发展的脚步 如今 能源和环保是人类社会可持续发展的重要命题 材料学界选择了使 汽车更轻量化 更环保 更加节省能源与资源的发展方向 使得近年来各种轻质材料 复 合材料 功能材料的应用大幅度增加 并且据预测还会继续增加 因此可以利用这些材料 2 的不同性能 来研究确定火场的相应条件 从而进行火场情况的客观分析 可靠地确定起 火成因 诉讼和事故处理要求火灾调查报告既能提取必要的物质痕迹 又能科学地证明和 解释火灾的成因 使得执法部门能够正确处理一系列事故 二 汽车火灾样本检验的基本理论 目前 国内外现有的火灾样本检验的基本理论和技术方法主要是进行金相组织的鉴别 导线 短路熔痕的鉴别是判断电气火灾原因的重要依据 结合火灾现场起火点的认定 分析火灾 现场导线熔痕 可以判断导线短路及过电流是在火灾发生之前还是发生之后 即是短路引 起火灾 一次性短路 还是火灾引起短路 二次性短路 提供鉴别依据 也是法庭上审理火灾 损失赔偿案的 个重要物证 随着对铜 铝 铅导线等火灾现场常见的金属客体的金相分 析方法不断深入 对更多金属在高温下的金相组织的研究也不断取得成果 对材料金相组 织状态的观察可以确定该部位的燃烧温度 进而确定火场最高温度 还可以确定是电器起 火 助燃剂起火 漏油起火等起火成因 陆续见诸报道的有 应用多种两相合金 部分三 相合金在火灾现场的温度下形成的金相组织来确定火灾原因的研究成果 具体有 观察火灾现场多种材料在不同温度条件下的形貌及组织结构 确定相应的形貌及组织结构与起火环境及火场温度的关系规律 应用材料学原理方法 通过火场采集的新型材料样本的形貌及组织观察 解决以下问 题 样本所在处所经历的最高温度 升温速度 最高温度持续时间及降温 冷却条件 电气线路和电气设备是否是现场的起火源 新型材料及其制成品的破坏形式及破坏作用 三三 汽车火灾样本检验内容 1 过火材料外观的形貌变化 2 几种金属和合金在不同温度梯度的形貌及显微组织规律 3 过火材料的成分改变情况 4 过火材料的显微组织测定 鉴定熔断材料的的显微组织 观察夹杂物 分析组织对性 能的影响 组织的变化 如再结晶 晶界熔化 表面层局部相变等 5 其它检测项目 材料表面性能的改变 如显微硬度 耐蚀性 耐磨性改变 6 形貌特征的形成 除了变色区的形貌外 金属严重烧伤出现的熔坑等 非金属表层 出现的龟裂 烧焦痕迹等 如用 X 射线衍射仪进行定性 如 相 或定量 如残余奥氏体含 量 分析 对受力复杂的零部件进行实验应力分析等等 三 汽车火灾检验的样本提取 一 样本提取的原则 汽车火灾样本提取应兼顾多个部位 多种材料 多种状态 尽可能多取样 以备检验的需 要 具体是 1 多个部位 汽车体积大 常见过火中各部位燃烧状态不均匀的情况 同时 一个起火点 还是多个起火点往往是火灾判断的重要因素 因此取样时要在重度燃烧 中度燃烧 轻度燃烧 的各点分别提取同种材料的样本 并做好取样位置的详细记录 以免混淆 2 多种材料 汽车部件多 材料种类繁多 各种材料的性能差别大 分析所需手段不 3 同 因此要尽可能多选各材料种类的不同样本 3 多种状态 同一种材料的部件 由于处于火场的位置不同 而呈现不同的过火状态 反映了所经历的燃烧环境诸因素的作用效果 以及过火路径 提取样本时应满足检验比对的 需要 二 样本提取的基本操作 首先从全面观察火场情况开始 从外观过火严重的部位开始提取样本 汽车的自身故障 起火和外界成因起火烧损严重的部位多在发动机箱内或车前部 样本提取的重点部位也在这 些部位 如图 1 先观察确定燃烧严重的重点部位 然后按照以下程序操作 图 1 外观过火严重的发动机箱 1 观察记录外观碰撞和附着痕迹 外观碰撞和附着痕迹是确定外界原因起火的重要物证 例如碰撞形成的油漆附着 凹陷 及刮擦痕迹等 但在一些过火严重的现场 起火点中心位置的痕迹会被烧毁 这是现场勘 查人员无法避免的问题 遇到这样情况时应注意 一是不能遗漏外观不易发现部位的此类 痕迹 二是须细心观察 及时发现可疑的浅表痕迹 图 2 小汽车下档板上的碰撞刮擦痕迹 图 3 小汽车表面的车牌和车牌钉的印压痕迹 2 提取过火样本及痕迹 由燃烧严重的过火中心点开始 钳取或锯取已过火失效的零部件材料 逐一做好标记 然 后向外围扩展 沿过火的痕迹取下不同燃烧程度的样本 必要时手绘采样点示意图 以标 号注明所取样本的原始位置 4 图 4 燃烧严重的过火中心点 3 提取对照样本及痕迹 目前许多材料的金相组织找不到图谱 因此有时需要提取尚未过火的完好零部件材料 进行金相组织的比对 但是这种提取困难较大 因为 一是未经燃烧失效的零部件截取费 时费力 二是截取样本必然破坏零部件的使用功能 因而常常受到事主或相关人员的抵制 三 样本提取的注意事项 汽车零部件形状复杂 成分和功能各有异同 因此应注意 1 现场勘查中切记及时明确其名称并清楚标识 否则一旦撤离 检验中难以辩识区分 的情况难免发生 例如 一般汽车零件标记以司机位为准 正与勘查人员面对车头的方向 相反 因此在左右对称的零件如车灯 车门等取样时 应将写明标准位置和方向的标识卡 同时放入样本袋 并且一物一袋 不可混装 2 不应遗漏的样本 一是对多种成分组合零件其中有用成分的样本提取 如子午线轮 胎的橡胶部分经燃烧炭化后已无检验价值 但其中的钢丝胎圈的熔点大大高于橡胶 并且 在过火后的金相组织价值较高 因此有时需拆开橡胶部分 剪出其中的钢丝 二是除传统 检验材料之外的材料 如熔融的玻璃 高聚物阻燃材料等 图 5 燃烧严重的子午线轮胎 图 6 过火的子午线轮胎钢丝胎圈 5 图 7 仪表盘部位的高分子阻燃材料 3 对照样本提取中问题的应对 钢 铝等金属的高温下的性能研究已经比较成熟 因 此基本无须在现场提取对照样本 需提取的多为非金属或有色金属样本 这些材料截取相 对容易 可在过火零部件的未过火部位提取 或者在对称的两个零件各提取过火的和未过 火的在检验中参照 图 8 小汽车过火的右上板与未过火的左侧上板的参照 四 汽车火灾检验的样本制备 一 准备工作 1 编号记录 将需检验的案件现场样本逐一编号记录 并拍照 材料在特定温度条件 下形成的蠕变 氧化 局部融化 翘曲的形态等 2 截样 根据检验的要求 测试试样的质量大约在 8mg 左右 一般采用锯割方法 包 括手锯和砂轮锯等 在锯之前 首先把试样表面磨光滑 去掉其氧化层 4 样本的部位选取 由于金属晶体的各向异性 有时要观察样本的径向截面和横截面 同一样本再截断做出两个镶样来 对于铜丝等截面较小的物体 可先在方便筷子上缠绕 然后再镶样磨出横截面以备观察 6 图 9 铜丝横截面镶样 图 10 铜丝径向截面镶样 3 镶样 观察显微组织的样本经镶样可容易进行抛光和观察操作 把样品锯口磨平后 多使用镶样机镶样 所选镶样料的高聚物材料聚丙乙烯 聚苯乙烯 电木粉等热固性塑料 熔点在 180 度左右 填充到镶样机中加五档 约 15 分钟后关电源 冷却约 30 分钟即可 热固性塑料熔化并将检材镶入样中 5 磨样与抛光 砂纸磨样 先用粒度较粗的砂纸 如 200 粗磨 适当光滑后换用较细的砂纸 如此 不断地换用砂纸 直到把表面磨成接近镜面 且在磨样的过程中要不断改变移动的方向 一般是以 90 角变换 我们主要用从 200 到 1200 的砂纸 抛光 利用抛光机进行抛光 要清楚抛光机的抛光布有粗细之分 一般白色的为粗布 红色的为细布 抛光时 要先进行粗抛 且要不断加抛光液 主要成分是氧化铝 待表面 有一定的光滑程度后 再进行细抛 直至表面已看不到有划纹 图 11 抛光机抛光 图 12 抛光液和抛光膏 6 浸蚀 对抛光好的试样表面进行腐蚀 时间因材料与腐蚀剂不同而不同 腐蚀剂 分为 硝酸酒精 混合酸 氯化铁 氯化铁盐酸水溶液 腐蚀后要对其表面清洗 然后风干 则可进行金相的观察 若金相观察效果不好 则要重新抛光 再腐蚀 直至符合要求 二 显微观察与拍照 现代检验检测技术提供了现实的手段 籍此观测各类材料微观组织可以操作并记录结 果 依据材料学基本理论 不同的温度下材料所形成的结晶显微组织不同 因此可以通过 火场上提取的过火后的材料显微组织来确定火场温度 科学地判断起火成因 1 金相显微镜观察拍照 金相显微镜调至 100 倍和 400 倍 进行显微组织的观察 进行显微照相 2 电镜或探针扫描 7 我们所用的是电子探针对所取样本进行表面分析 型号是 EMPA 1600ELECTRON PROBE M MICROANALYZER 主要对所取得的试样进行成分和微观分析 在显微图像上观察组织特征 然后分段打点进行成分比较分析 判断过烧和过火情况 图 13 显微观察的金相组织 也可以使用扫描电镜构成试样表面的特征图像 以确定其形貌 成分等 电子探针可与扫描电镜结合起来 即在获得高分辨率图像的同时 进行微区成分分析 以便根据试样相应的形貌及组织结构与起火环境及火场温度的关系规律 确定该试样所在 环境的条件 即汽车燃烧的中心部位 各部位的燃烧过火温度等参数和因素 作为确定起 火成因的科学依据 应用于火灾司法鉴定实际工作 三 样本制备的注意事项 截样和镶样的温度影响 锯取和抛光样本的时候 由于摩擦作用 试样表面甚至内部 会发热且达到很高温度 引起材料组织的改变 同样 在镶样机加温的过程中 高温使得 基体材料成型的过程也会引起试样的微观组织变化 这种检验中的高温过程会使数据误差 导致错误的结果 为阻止这些误差的产生 则需要控制温度 例如 慢锯慢磨 有时需要 物理降温 同时要根据试样材料的性质决定镶样时采用何种塑料 有时必须选用玻璃化温 度较低的材料 参考文献 1 John D DeHaan 著 陈爱平 徐晓楠 译 柯克火灾调查 M 北京 化学工业出版 社 2006 2 卫广昭 曹建旺 于进江 金相分析技术在电气火因鉴定中的应用 J 消防技术与产品信 息 2006 8 33 35 3 杨 隽 金河龙 根据金属被烧痕迹判断起火部位 J 消防科学与技术 2000 1 58 60 4 胡建国 火灾物证分析 M 北京 警官教育出版社 1999 5 黄 平 袁 勤 火灾原因认定初探 J 刑事技术 2004 2 38 39 6 张 辉 浅谈火灾物证金相取样应注意的问题 J 武警学院学报 1994 3 16 18 7 张 明 对火灾现场起火点的确认 J 江苏警官学院学报 2005 20 1 166 169 8 李大庆 连旦军 火灾金属物证常见光学金相显微组织解说 J 武警学院学报 1995 3 21 24