Ingeniería forense de materiales

Ingeniería forense de materiales, una rama de la ingeniería forense, se enfoca en la evidencia material de la escena del crimen o accidente, buscando defectos en esos materiales que puedan explicar por qué ocurrió un accidente, o la fuente de un material específico para identificar a un criminal. Muchos métodos analíticos utilizados para la identificación de materiales se pueden utilizar en las investigaciones, y el conjunto exacto se determina según la naturaleza del material en cuestión, ya sea metal, vidrio, cerámica, polímero o compuesto. Un aspecto importante es el análisis de rastros de evidencia, como marcas de deslizamiento en superficies expuestas, donde el contacto entre materiales diferentes deja rastros materiales de uno sobre el otro. Siempre que los rastros se puedan analizar con éxito, a menudo se puede reconstruir un accidente o un crimen. Otro objetivo será determinar la causa de la rotura de un componente mediante la técnica de la fractografía.

Metales y aleaciones

Las superficies metálicas se pueden analizar de varias maneras, incluso mediante espectroscopia y EDX utilizado durante la microscopía electrónica de barrido. La naturaleza y composición del metal normalmente se puede establecer cortando y puliendo la mayor parte, y examinando la sección plana mediante microscopía óptica después de que se hayan utilizado soluciones de grabado para proporcionar contraste en la sección entre los componentes de la aleación. Tales soluciones (a menudo un ácido) atacan la superficie preferentemente, aislando así las características o inclusiones de una composición, permitiéndoles verse mucho más claramente que en la superficie pulida pero sin tratar. La metalografía es una técnica de rutina para examinar la microestructura de los metales, pero también se puede aplicar a la cerámica, los vidrios y los polímeros. SEM a menudo puede ser fundamental para determinar los modos de falla al examinar las superficies de fractura. Se puede encontrar el origen de una grieta y evaluar la forma en que creció, para distinguir, por ejemplo, la falla por sobrecarga de la fatiga. Sin embargo, a menudo, las fracturas por fatiga son fáciles de distinguir de las fallas por sobrecarga por la falta de ductilidad y la existencia de una región de rápido crecimiento de grietas y un área de crecimiento lento de grietas en la superficie de la fractura. La fatiga del cigüeñal, por ejemplo, es un modo de falla común para las piezas del motor. El ejemplo muestra solo dos de esas zonas, la grieta lenta en la base, la rápida en la parte superior. La fatiga del cigüeñal, por ejemplo, es un modo de falla común para las piezas del motor. El ejemplo muestra solo dos de esas zonas, la grieta lenta en la base, la rápida en la parte superior. La fatiga del cigüeñal, por ejemplo, es un modo de falla común para las piezas del motor. El ejemplo muestra solo dos de esas zonas, la grieta lenta en la base, la rápida en la parte superior.

Cerámicas y vasos

Los productos duros como la cerámica y los parabrisas de vidrio se pueden estudiar utilizando los mismos métodos SEM que se utilizan para los metales, especialmente ESEM realizado a bajo vacío. Las superficies de fractura son fuentes de información especialmente valiosas porque las características de la superficie, como las hendiduras, pueden permitir encontrar el origen u orígenes de las grietas. El análisis de las características de la superficie se lleva a cabo mediante fractografía.

Luego, la posición del origen se puede comparar con las cargas probables en el producto para mostrar cómo ocurrió un accidente, por ejemplo. La inspección de los agujeros de bala a menudo puede mostrar la dirección del viaje y la energía del impacto, y la forma en que se pueden analizar los productos de vidrio comunes, como las botellas, para mostrar si se rompieron deliberada o accidentalmente en un crimen o accidente. Los defectos tales como partículas extrañas a menudo ocurren cerca o en el origen de la grieta crítica, y ESEM puede identificarlos fácilmente.

Polímeros y composites

Los termoplásticos, los termoestables y los compuestos se pueden analizar mediante espectroscopia FTIR y UV, así como mediante RMN y ESEM. Las muestras fallidas pueden disolverse en un solvente adecuado y examinarse directamente (espectroscopia UV, IR y NMR) o como una película delgada moldeada a partir del solvente o cortada mediante microtomía del producto sólido. El método de rebanado es preferible ya que no hay complicaciones por la absorción del solvente y la integridad de la muestra se conserva parcialmente. Los productos fracturados se pueden examinar mediante fractografía, un método especialmente útil para todos los componentes fracturados mediante macrofotografía y microscopía óptica. Aunque los polímeros suelen poseer propiedades bastante diferentes a las de los metales y las cerámicas, son igualmente susceptibles a fallas por sobrecarga mecánica, fatiga y agrietamiento por corrosión bajo tensión si los productos están mal diseñados o fabricados.

ESEM es especialmente útil para proporcionar un análisis elemental de las partes vistas de la muestra que se está investigando. Es efectivamente una técnica de microanálisis y valiosa para el examen de rastros de evidencia. Por otro lado, la reproducción del color está ausente y no se proporciona información sobre la forma en que esos elementos se unen entre sí. Las muestras se expondrán al vacío, por lo que se pueden eliminar los volátiles y las superficies se pueden contaminar con las sustancias utilizadas para unir la muestra al soporte.

Elastómeros

Los productos de caucho son a menudo partes críticas para la seguridad de las máquinas, por lo que las fallas a menudo pueden causar accidentes o pérdida de función. Los productos fallidos se pueden examinar con muchos de los métodos de polímeros genéricos, aunque es más difícil si la muestra está vulcanizada o reticulada. La espectroscopia infrarroja de reflectancia total atenuada es útil porque el producto suele ser flexible, por lo que se puede presionar contra el cristal de selenio utilizado para el análisis. Las pruebas de hinchazón simples también pueden ayudar a identificar el elastómero específico utilizado en un producto. A menudo, la mejor técnica es ESEM utilizando la función de análisis elemental de rayos X en el microscopio. Aunque el método solo proporciona un análisis elemental, puede proporcionar pistas sobre la identidad del elastómero que se está examinando. Así, la presencia de cantidades sustanciales de cloro indica policloropreno mientras que la presencia de nitrógeno indica caucho de nitrilo. El método también es útil para confirmar el agrietamiento por ozono debido a las grandes cantidades de oxígeno presentes en las superficies agrietadas. El ozono ataca a los elastómeros susceptibles como el caucho natural, el caucho de nitrilo y el polibutadieno y los copolímeros asociados. Dichos elastómeros poseen dobles enlaces en sus cadenas principales, grupo que es atacado durante la ozonólisis.

El problema ocurre cuando hay pequeñas concentraciones de gas ozono cerca de las superficies de elastómero expuestas, como juntas tóricas y sellos de diafragma. El producto debe estar en tensión, pero solo las deformaciones muy bajas son suficientes para causar la degradación.