Forenzní materiálové inženýrství - Forensic materials engineering
| Část série na |
| Forenzní věda |
|---|
 |
Forenzní materiálové inženýrství , obor forenzního inženýrství , se zaměřuje na materiální důkazy z míst činu nebo nehody, hledá vady těchto materiálů, které by mohly vysvětlit, proč došlo k nehodě, nebo zdroj konkrétního materiálu k identifikaci zločince. Při vyšetřování lze použít mnoho analytických metod používaných k identifikaci materiálu, přičemž přesný soubor je určen povahou dotyčného materiálu, ať už jde o kov , sklo , keramiku , polymer nebo kompozit . Důležitým aspektem je analýza stopových důkazů, jako jsou skluzové stopy na exponovaných površích, kde kontakt mezi odlišnými materiály zanechává stopy materiálu jednoho po druhém. Pokud lze stopy úspěšně analyzovat, lze nehodu nebo zločin často rekonstruovat. Dalším cílem bude určit příčinu zlomené komponenty technikou fraktografie .
Kovy a slitiny
Kovové povrchy lze analyzovat mnoha způsoby, včetně spektroskopie a EDX používaných při skenovací elektronové mikroskopii . Povahu a složení kovu lze normálně stanovit řezáním a leštěním objemu a zkoumáním plochého řezu pomocí optické mikroskopie poté, co byly použity leptací roztoky k zajištění kontrastu v řezu mezi složkami slitiny. Takové roztoky (často kyselina ) přednostně napadají povrch, takže izolují rysy nebo inkluze jedné kompozice, což jim umožňuje vidět mnohem jasněji než na leštěném, ale neošetřeném povrchu. Metalografie je rutinní technika pro zkoumání mikrostruktury kovů, ale lze ji použít i na keramiku, sklo a polymery. SEM může být často rozhodující při určování režimů poruch zkoumáním lomových ploch. Lze zjistit původ trhliny a posoudit způsob jejího růstu, abychom odlišili například selhání přetížení od únavy . Často však lze únavové zlomeniny snadno odlišit od poruch přetížení nedostatečnou tažností a existencí oblasti rychlého růstu trhlin a oblasti růstu pomalých trhlin na povrchu zlomenin. Například únava klikového hřídele je běžným poruchovým režimem pro součásti motoru. Příklad ukazuje pouze dvě takové zóny, pomalé praskání v základně, rychlé v horní části.
Keramika a brýle
Tvrdé výrobky, jako je keramická keramika a skleněná čelní skla, lze studovat pomocí stejných metod SEM, jaké se používají pro kovy, zejména ESEM prováděné při nízkém vakuu. Lomové povrchy jsou obzvláště cenným zdrojem informací, protože povrchové prvky, jako jsou hachury, umožňují najít původ nebo původ prasklin. Analýza povrchových prvků se provádí pomocí fraktografie .
Pozici původu lze poté porovnat s pravděpodobným zatížením produktu, aby se například ukázalo, jak došlo k nehodě. Inspekce otvorů po kulkách může často ukázat směr jízdy a energii nárazu a způsob, jakým lze analyzovat běžné skleněné výrobky, jako jsou lahve, aby se ukázalo, zda byly úmyslně nebo náhodně rozbité při zločinu nebo nehodě. Poruchy, jako jsou cizí částice, se často vyskytují v blízkosti nebo na počátku kritické trhliny a lze je snadno identifikovat pomocí ESEM .
Polymery a kompozity
Termoplasty , termosety a kompozity lze analyzovat pomocí FTIR a UV spektroskopie , stejně jako NMR a ESEM . Neúspěšné vzorky mohou být buď rozpuštěny ve vhodném rozpouštědle a zkoumány přímo (UV, IR a NMR spektroskopie) nebo jako tenký film odlitý z rozpouštědla nebo rozřezány pomocí mikrotomie z pevného produktu. Metoda krájení je výhodnější, protože nedochází ke komplikacím absorpce rozpouštědla a celistvost vzorku je částečně zachována. Zlomené produkty lze zkoumat pomocí fraktografie , což je obzvláště užitečná metoda pro všechny zlomené složky pomocí makrofotografie a optické mikroskopie . I když polymery mají obvykle zcela odlišné vlastnosti než kovy a keramika, jsou stejně náchylné k selhání způsobenému mechanickým přetížením , únavou a korozním praskáním, pokud jsou výrobky špatně navrženy nebo vyrobeny. Mnoho plastů je náchylných k napadení aktivními chemikáliemi, jako je chlor , které jsou v dodávkách pitné vody přítomny v nízkých hladinách, zejména pokud jsou vadné výlisky .
ESEM je zvláště užitečný pro poskytování elementární analýzy z prohlížených částí zkoumaného vzorku. Je to efektivně technika mikroanalýzy a je cenná pro zkoumání stopových důkazů . Na druhou stranu chybí barevné podání a nejsou poskytnuty žádné informace o způsobu, jakým jsou tyto prvky navzájem spojeny. Vzorky budou vystaveny vakuu, takže mohou být odstraněny veškeré těkavé látky a povrchy mohou být kontaminovány látkami používanými k připevnění vzorku k držáku.
Elastomery
Pryžové výrobky jsou často součástmi strojů, které jsou důležité z hlediska bezpečnosti, takže selhání může často způsobit nehody nebo ztrátu funkce. Vadné produkty lze zkoumat pomocí mnoha obecných polymerních metod, i když je to obtížnější, pokud je vzorek vulkanizovaný nebo zesítěný . Infračervená spektroskopie se sníženou celkovou odrazivostí je užitečná, protože produkt je obvykle flexibilní, takže může být přitlačen proti selenovému krystalu použitému pro analýzu. Jednoduché testy bobtnání mohou také pomoci identifikovat konkrétní elastomer použitý ve výrobku. Nejlepší technikou je často ESEM využívající zařízení pro rentgenovou elementární analýzu na mikroskopu. Ačkoli metoda poskytuje pouze elementární analýzu , může poskytnout vodítka, pokud jde o identitu zkoumaného elastomeru. Přítomnost podstatného množství chloru tedy naznačuje polychloropren, zatímco přítomnost dusíku označuje nitrilový kaučuk . Metoda je také užitečná pro potvrzení praskání ozónu velkým množstvím kyslíku přítomného na popraskaných površích. Ozon napadá citlivé elastomery, jako je přírodní kaučuk , nitrilový kaučuk a polybutadien a související kopolymery . Takové elastomery mají ve svých hlavních řetězcích dvojnou vazbu, což je skupina, která je napadena během ozonolýzy .
Problém nastává, když jsou v blízkosti exponovaných povrchů elastomerů, jako jsou O-kroužky a membránová těsnění, přítomny malé koncentrace ozonového plynu . Produkt musí být pod napětím, ale k odbourání stačí pouze velmi malé kmeny.
Viz také
Reference
- Lewis, Peter Rhys, Reynolds, K, Gagg, C, Forensic Materials Engineering: Case studies , CRC Press (2004).
- Lewis, Peter Rhys Forenzní polymerní inženýrství: Proč polymerní výrobky selhávají v provozu, 2. vydání, Woodhead / Elsevier (2016).