推廣無鉛環(huán)保銅合金是五金制造業(yè)升級改造的必然要求

文/ 王碧文

中國水暖衛(wèi)浴產(chǎn)品的產(chǎn)銷量已經(jīng)位居世界第一，是全球當(dāng)之無愧的衛(wèi)浴潔具最大的生產(chǎn)國、出口國和消費(fèi)國。目前，閩、浙、粵三地的廚衛(wèi)行業(yè)發(fā)展已日趨成熟，并成為中國衛(wèi)浴行業(yè)的主要產(chǎn)地。其中廣東產(chǎn)區(qū)是目前國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈最完善、企業(yè)最多、知名品牌最多的省份。此外，福建衛(wèi)廚銷售產(chǎn)值已躍居全國第一。

與此同時(shí)，目前，世界水暖閥門泵類行業(yè)的制造基地正在向臺州轉(zhuǎn)移，其中玉環(huán)最集中，玉環(huán)是全國最大的中低壓銅制閥門生產(chǎn)和出口基地。

不過，在衛(wèi)浴和水龍頭走出國門的過程中，一個(gè)不可忽視的問題已成為其發(fā)展的瓶頸，那就是生產(chǎn)水龍頭所用的銅合金中的鉛含量超標(biāo)問題。不解決銅合金中鉛含量的超標(biāo)問題，中國的水龍頭和衛(wèi)浴產(chǎn)品走出國門就必然磕磕絆絆。對此，本期刊發(fā)銅加工專家王碧文先生就無鉛黃銅生產(chǎn)有關(guān)問題的一篇報(bào)告。

——編者

鉛作為合金元素在銅合金中加入是很平常的事情,其中鉛黃銅是所有銅合金中使用最廣泛,生產(chǎn)歷史最久遠(yuǎn),用量最大的合金。中國國家標(biāo)準(zhǔn)壓力加工鉛黃銅有11 種之多,其中HHPb59-3 中含鉛為2.0%～3.0%；美國國家標(biāo)準(zhǔn)中約有24 種，其中C38590 合金中含鉛2.9%～3.5%。然而科學(xué)技術(shù)發(fā)展查明：鉛黃銅材在使用存在鉛的溶出破壞環(huán)境問題,在飲用水系統(tǒng)中使用含鉛銅合金的部件將威脅人類健康,在海洋和陸地環(huán)境中使用含鉛銅合金零部件，由于鉛的溶出，將造成重金屬污染,因此鉛黃銅合金材料的生產(chǎn)、應(yīng)用、再生金屬循環(huán)利用正面臨著一場革命，研發(fā)、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)綠色無鉛環(huán)保型銅合金對保護(hù)環(huán)境，建設(shè)美好家園，銅循環(huán)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

保護(hù)環(huán)境要求銅合金不能加入鉛

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展和人類對環(huán)境的高度重視，已查明銅材在水系統(tǒng)使用中鉛的析出嚴(yán)重地?fù)p害了人類的健康，因此使用近百年的含鉛易切屑黃銅，盡管其性能優(yōu)良、成本低廉、量大面廣，也將會逐步退出歷史舞臺，研究和開發(fā)無鉛黃銅新型材料已成為重要的課題。易切削銅及合金在國民經(jīng)濟(jì)有著廣泛的用途，這類合金以壓力加工和鑄造狀態(tài)應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)在銅及合金中加入以鉛為代表的低熔點(diǎn)元素，可以獲得優(yōu)良的切削性能，因此含鉛銅合金被長久的、廣泛的應(yīng)用。然而隨著人類文明的發(fā)展，對環(huán)境保護(hù)意識不斷增強(qiáng)，鉛對環(huán)境和人的健康是有害的，因此研發(fā)和生產(chǎn)無鉛銅合金成為重要的課題。銅合合金無鉛化是一場深刻的革命，其潮流不可阻擋。

眾所周知，鉛黃銅具有優(yōu)異的切削性和較高的強(qiáng)度和塑性而被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各部門和大量日用品消費(fèi)領(lǐng)域。但這種合金的缺點(diǎn)是含有1.5%～3.5% 左右的有害元素鉛，是國內(nèi)外各國環(huán)保政策所不相容的。歐洲議會和歐盟委員會頒發(fā)了RoHS 指令和WEEE 指令，要求從2006年7月1日起，在新投放市場的電子、電器、儀器設(shè)備中，限制使用含鉛、汞、鎘、六價(jià)鉻、多溴二苯醚（PBDE）和多溴聯(lián)苯（PBB）等有害物質(zhì)。

我國國家發(fā)展和改革委、工業(yè)和信息化部也聯(lián)合出臺了《廢舊家電及電子產(chǎn)品回收處理管理?xiàng)l例》和《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》。因此，鉛黃銅系列品種在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用受到極大的制約。就WEEE 和RoHS 指令而言，涉及的產(chǎn)品達(dá)10 大類共123 種。其中包括：大型家用電器、小型家用電器、IT 及通訊設(shè)備、用戶設(shè)備（音響、影像）、照明設(shè)備、電子電器工具、玩具、休閑和運(yùn)動(dòng)設(shè)備、醫(yī)用設(shè)備、檢測和控制儀器。其中前七類產(chǎn)品都是我國主要出口的電子、電器和設(shè)備產(chǎn)品，而這些產(chǎn)品使用含鉛銅合金材料占有相當(dāng)大的比重，估計(jì)占其出口額的3%～5%，約達(dá)12 億～20 億美元。因此，我國相關(guān)出口企業(yè)紛紛提出無鉛環(huán)保型銅合金材料的供應(yīng)要求，并調(diào)整相應(yīng)的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，以適應(yīng)歐盟等地區(qū)和國家對相關(guān)產(chǎn)品的環(huán)保要求。

我國鉛黃銅材料生產(chǎn)

我國是含鉛銅合金材料生產(chǎn)大國也是含鉛銅合金材料應(yīng)用大國，生產(chǎn)企業(yè)數(shù)以千計(jì),應(yīng)用領(lǐng)域涉及國民經(jīng)濟(jì)所有部門。

鉛黃銅具有良好的切削性、可鍛性、冷熱加工性能、耐蝕性能和耐磨性能，可大量使用回收舊料，是銅合金中性價(jià)比最高、使用最為廣泛的合金品種，產(chǎn)品主要以棒、型材為主，廣泛用于機(jī)械、電子、五金、建筑、通訊、衛(wèi)浴、潔具、給排水等行業(yè)高精度零件加工制造，其用量占銅合金棒、型材的60%以上，常用易切削含鉛黃銅中最常用的合金是Hpb59-1 及Hpb59-2，鉛的含量最高可達(dá)3.0%，銅材料的生產(chǎn)和使用中還會產(chǎn)生大量的邊屑，這些高鉛含量廢料將進(jìn)入再生銅市場，惡化再生銅原料，迫切需要以無鉛環(huán)保型合金替代。

鉛黃銅按品種又可分為鑄造合金和壓力加工合金兩種；按產(chǎn)品形狀又可分為板帶管棒線型粉末等多種。

國內(nèi)外無鉛黃銅研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化

目前國內(nèi)外研發(fā)的無鉛環(huán)保銅及合金主要是在銅中加入鉍、銻、硅、磷、硫等類鉛元素，在黃銅的組成中,形成軟相,以便在切屑時(shí)容易斷屑；加入硅磷形成硬脆相,在切屑時(shí)此處也易斷屑。

目前國內(nèi)許多企業(yè)和院所組成三結(jié)合攻關(guān)組研發(fā)無鉛環(huán)保合金，主要方向是:在合金中加入碲、鉍、銻等元素均為稀貴元素，所以很難形成產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)以替代大量使用的鉛黃銅；而這些類元素加入又使合金工藝性能變差，因此成材率很低，提高了材料成本。

我國廈門路達(dá)工業(yè)有限公司立足富有資源、組成產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合攻關(guān)隊(duì)伍，研發(fā)成功立足富有廉價(jià)元素為主要合金元素的新型無鉛環(huán)保合金，具有優(yōu)良的工藝性能、機(jī)械性能、防脫鋅腐蝕，衛(wèi)浴水系統(tǒng)24 種金屬溶出符合國際通用標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)成功的新型無鉛環(huán)保合金已獲六項(xiàng)專利，其中包括兩項(xiàng)美國專利，采用新型無鉛環(huán)保合金生產(chǎn)的高檔衛(wèi)浴五金已供應(yīng)國際市場，滿足該領(lǐng)域?qū)Νh(huán)保合金產(chǎn)品的需求。

無鉛環(huán)保硅磷黃銅研究成果沿于2009年1月順利通過了中國有色金屬工業(yè)協(xié)會的科技成果鑒定，2009年6月路達(dá)高鋅硅黃銅還在美國銅業(yè)發(fā)展協(xié)會(CDA) 成功注冊了銅合金牌號C68350（鍛造用）和C85550（鑄造用）。目前路達(dá)高鋅硅黃銅已在中國、加拿大獲專利授權(quán)(中國專利號：Zl 200810180201，加拿大專利號：CA 2662814)。

高鋅硅黃銅熱成型性能優(yōu)良，其浸泡水金屬元素的析出量符合NSF/ANSI61-2007 飲用水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，適于生產(chǎn)飲用水供給系統(tǒng)的龍頭水嘴、水嘴接頭、龍頭本體和水表等衛(wèi)浴產(chǎn)品零配件。

國外發(fā)達(dá)國家開始從事無鉛黃銅研究時(shí),也是加入各種類鉛元素如砷、銻、鉍或更為多元的類鉛元素,也曾誤導(dǎo)了我國,這些元素的加入使合金工藝性能變壞,而且元素稀缺，無法產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),日本大力發(fā)展硅磷銅就是這個(gè)道理,日本硅磷黃銅中含銅為76% 左右已大量在衛(wèi)浴中應(yīng)用如壓力鑄造零件等。

銅合金應(yīng)用

衛(wèi)浴。人類使用鉛黃銅材料大約從工業(yè)革命開始，已有近百年歷史，使用的領(lǐng)域涉及工業(yè)所有部門及人民生活的各個(gè)方面,但當(dāng)前最突出的是供水系統(tǒng)各類閥件急需用無鉛環(huán)保合金替代目前大量使用的含鉛黃銅。隨著社會的發(fā)展及人們生活水平的提高，健康和環(huán)保已成為衛(wèi)浴五金行業(yè)近年來的一個(gè)重要議題。衛(wèi)浴產(chǎn)品作為現(xiàn)代化豪華生活的標(biāo)志性用品，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)突破過去的傳統(tǒng)觀念，一件好的衛(wèi)浴產(chǎn)品，除了要求具備比較完整的各項(xiàng)功能外，還必須具有明顯的綠色環(huán)保主題。

衛(wèi)浴五金作為衛(wèi)浴產(chǎn)品的重要組成部分，其所用的傳統(tǒng)合金材料為含鉛黃銅，尤以HPb59-1 用量最大。添加鉛可提高黃銅的切削性能，使黃銅零件獲得高的光潔度，并具有很好的氣密性。但是鉛黃銅廢棄后鉛極易進(jìn)入土壤，如被焚燒還會進(jìn)入大氣污染環(huán)境。特別是當(dāng)鉛黃銅用作水龍頭、管接頭等飲用水管道配件時(shí)，在飲用水中的雜質(zhì)及有機(jī)酸等作用下，含鉛銅合金中的鉛會緩慢析出，嚴(yán)重危害人體健康。所以，美國、歐盟、日本等發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)體已經(jīng)立法，對飲用水系統(tǒng)、管道配件、玩具、家用電器等產(chǎn)品中的鉛含量提出了嚴(yán)格的限制。如2010 開始實(shí)施的美國加州《AB1953 法案》中就規(guī)定了公共飲用水設(shè)施或?yàn)榇蟊姽?yīng)飲用水的設(shè)施，及管配件過水表面產(chǎn)品中的鉛含量加權(quán)平均值不得超過0.25wt%。歐盟的RoHS 指令明確規(guī)定從2006年7月1日起，出口到歐盟國家和地區(qū)的電子、電器產(chǎn)品、水暖和五金器材均須符合其規(guī)定的鉛最大允許含量為0.1wt%。因此鉛黃銅被無鉛環(huán)保黃銅取代，是一個(gè)必然的趨勢。

電聯(lián)接和機(jī)械聯(lián)接。這一領(lǐng)域大量使用鉛黃銅管棒型線板帶條箔產(chǎn)品,如各種接插件、螺釘螺帽、儀表殼體等,制造過程中產(chǎn)生的大量鉛黃銅殘料也將進(jìn)入再生銅市場。

交通行業(yè)大量使鉛黃銅。如海洋工程中大量船用五金、閥門、汽車同步器齒環(huán)等。機(jī)械制行業(yè)中機(jī)械的耐磨減磨零部件、軸套、滑板等。

展望及建議

無鉛環(huán)保銅合金研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化是一個(gè)巨大的工程，它將為國民經(jīng)濟(jì)及人民生活提供一種全新的、對環(huán)境沒有污染的新型銅合金,對再生銅產(chǎn)業(yè)來說，將從源頭上防止鉛的混入。

無鉛黃銅的研發(fā)是一項(xiàng)需要付出一代人，甚至幾代人艱苦勞動(dòng)和智慧的事業(yè),需要克服許多難關(guān)才能完成。要高度重視含銅65% 的硅磷銅研究，要系統(tǒng)踏實(shí)地作好合金的金相、相圖、性能研究、應(yīng)用研究。要高度重視合金生產(chǎn)工藝研究，形成具有中國特色的節(jié)能、環(huán)保、使用再生銅原料直接生產(chǎn)銅加工材的工藝技術(shù)。

中國是世界上最大的銅材生產(chǎn)大國和使用大國，技術(shù)創(chuàng)新活躍，在這樣的國度里必將實(shí)現(xiàn)鉛黃銅的革命,一個(gè)全新的替代鉛黃銅的合金體系必將出現(xiàn)。對無鉛環(huán)保銅合金這樣一個(gè)涉及多學(xué)科、多領(lǐng)域的重大課題除必須有國家層面上的政策和資金方面的扶持之外，還需要建立有廣泛的產(chǎn)學(xué)研應(yīng)用單位參加的戰(zhàn)略聯(lián)盟,其重要作用是：反映各方訴求、制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、明確研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方向。