推廣無鉛環保銅合金是五金制造業升級改造的必然要求

文/ 王碧文

中國水暖衛浴產品的產銷量已經位居世界第一，是全球當之無愧的衛浴潔具最大的生產國、出口國和消費國。目前，閩、浙、粵三地的廚衛行業發展已日趨成熟，并成為中國衛浴行業的主要產地。其中廣東產區是目前國內產業鏈最完善、企業最多、知名品牌最多的省份。此外，福建衛廚銷售產值已躍居全國第一。

與此同時，目前，世界水暖閥門泵類行業的制造基地正在向臺州轉移，其中玉環最集中，玉環是全國最大的中低壓銅制閥門生產和出口基地。

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

——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,生產歷史最久遠,用量最大的合金。中國國家標準壓力加工鉛黃銅有11 種之多,其中HHPb59-3 中含鉛為2.0%～3.0%；美國國家標準中約有24 種，其中C38590 合金中含鉛2.9%～3.5%。然而科學技術發展查明：鉛黃銅材在使用存在鉛的溶出破壞環境問題,在飲用水系統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、應用、再生金屬循環利用正面臨著一場革命，研發、產業化生產綠色無鉛環保型銅合金對保護環境，建設美好家園，銅循環濟發展具有重要意義。

保護環境要求銅合金不能加入鉛

隨著科學技術發展和人類對環境的高度重視，已查明銅材在水系統使用中鉛的析出嚴重地損害了人類的健康，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濟有著廣泛的用途，這類合金以壓力加工和鑄造狀態應用，人們發現在銅及合金中加入以鉛為代表的低熔點元素，可以獲得優良的切削性能，因此含鉛銅合金被長久的、廣泛的應用。然而隨著人類文明的發展，對環境保護意識不斷增強，鉛對環境和人的健康是有害的，因此研發和生產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，鉛黃銅具有優異的切削性和較高的強度和塑性而被廣泛應用于國民經濟各部門和大量日用品消費領域。但這種合金的缺點是含有1.5%～3.5% 左右的有害元素鉛，是國內外各國環保政策所不相容的。歐洲議會和歐盟委員會頒發了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、儀器設備中，限制使用含鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴二苯醚（PBDE）和多溴聯苯（PBB）等有害物質。

我國國家發展和改革委、工業和信息化部也聯合出臺了《廢舊家電及電子產品回收處理管理條例》和《電子信息產品污染防治管理辦法》。因此，鉛黃銅系列品種在各個行業中的應用受到極大的制約。就WEEE 和RoHS 指令而言，涉及的產品達10 大類共123 種。其中包括：大型家用電器、小型家用電器、IT 及通訊設備、用戶設備（音響、影像）、照明設備、電子電器工具、玩具、休閑和運動設備、醫用設備、檢測和控制儀器。其中前七類產品都是我國主要出口的電子、電器和設備產品，而這些產品使用含鉛銅合金材料占有相當大的比重，估計占其出口額的3%～5%，約達12 億～20 億美元。因此，我國相關出口企業紛紛提出無鉛環保型銅合金材料的供應要求，并調整相應的產品技術規范，以適應歐盟等地區和國家對相關產品的環保要求。

我國鉛黃銅材料生產

我國是含鉛銅合金材料生產大國也是含鉛銅合金材料應用大國，生產企業數以千計,應用領域涉及國民經濟所有部門。

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，是銅合金中性價比最高、使用最為廣泛的合金品種，產品主要以棒、型材為主，廣泛用于機械、電子、五金、建筑、通訊、衛浴、潔具、給排水等行業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3.0%，銅材料的生產和使用中還會產生大量的邊屑，這些高鉛含量廢料將進入再生銅市場，惡化再生銅原料，迫切需要以無鉛環保型合金替代。

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

國內外無鉛黃銅研發及產業化

目前國內外研發的無鉛環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,以便在切屑時容易斷屑；加入硅磷形成硬脆相,在切屑時此處也易斷屑。

目前國內許多企業和院所組成三結合攻關組研發無鉛環保合金，主要方向是:在合金中加入碲、鉍、銻等元素均為稀貴元素，所以很難形成產業化批量生產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。

我國廈門路達工業有限公司立足富有資源、組成產學研相結合攻關隊伍，研發成功立足富有廉價元素為主要合金元素的新型無鉛環保合金，具有優良的工藝性能、機械性能、防脫鋅腐蝕，衛浴水系統24 種金屬溶出符合國際通用標準，研發成功的新型無鉛環保合金已獲六項專利，其中包括兩項美國專利，采用新型無鉛環保合金生產的高檔衛浴五金已供應國際市場，滿足該領域對環保合金產品的需求。

無鉛環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協會的科技成果鑒定，2009年6月路達高鋅硅黃銅還在美國銅業發展協會(CDA) 成功注冊了銅合金牌號C68350（鍛造用）和C85550（鑄造用）。目前路達高鋅硅黃銅已在中國、加拿大獲專利授權(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良，其浸泡水金屬元素的析出量符合NSF/ANSI61-2007 飲用水質標準，適于生產飲用水供給系統的龍頭水嘴、水嘴接頭、龍頭本體和水表等衛浴產品零配件。

國外發達國家開始從事無鉛黃銅研究時,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，無法產業化生產,日本大力發展硅磷銅就是這個道理,日本硅磷黃銅中含銅為76% 左右已大量在衛浴中應用如壓力鑄造零件等。

銅合金應用

衛浴。人類使用鉛黃銅材料大約從工業革命開始，已有近百年歷史，使用的領域涉及工業所有部門及人民生活的各個方面,但當前最突出的是供水系統各類閥件急需用無鉛環保合金替代目前大量使用的含鉛黃銅。隨著社會的發展及人們生活水平的提高，健康和環保已成為衛浴五金行業近年來的一個重要議題。衛浴產品作為現代化豪華生活的標志性用品，已經遠遠突破過去的傳統觀念，一件好的衛浴產品，除了要求具備比較完整的各項功能外，還必須具有明顯的綠色環保主題。

衛浴五金作為衛浴產品的重要組成部分，其所用的傳統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入土壤，如被焚燒還會進入大氣污染環境。特別是當鉛黃銅用作水龍頭、管接頭等飲用水管道配件時，在飲用水中的雜質及有機酸等作用下，含鉛銅合金中的鉛會緩慢析出，嚴重危害人體健康。所以，美國、歐盟、日本等發達經濟體已經立法，對飲用水系統、管道配件、玩具、家用電器等產品中的鉛含量提出了嚴格的限制。如2010 開始實施的美國加州《AB1953 法案》中就規定了公共飲用水設施或為大眾供應飲用水的設施，及管配件過水表面產品中的鉛含量加權平均值不得超過0.25wt%。歐盟的RoHS 指令明確規定從2006年7月1日起，出口到歐盟國家和地區的電子、電器產品、水暖和五金器材均須符合其規定的鉛最大允許含量為0.1wt%。因此鉛黃銅被無鉛環保黃銅取代，是一個必然的趨勢。

電聯接和機械聯接。這一領域大量使用鉛黃銅管棒型線板帶條箔產品,如各種接插件、螺釘螺帽、儀表殼體等,制造過程中產生的大量鉛黃銅殘料也將進入再生銅市場。

交通行業大量使鉛黃銅。如海洋工程中大量船用五金、閥門、汽車同步器齒環等。機械制行業中機械的耐磨減磨零部件、軸套、滑板等。

展望及建議

無鉛環保銅合金研發和產業化是一個巨大的工程，它將為國民經濟及人民生活提供一種全新的、對環境沒有污染的新型銅合金,對再生銅產業來說，將從源頭上防止鉛的混入。

無鉛黃銅的研發是一項需要付出一代人，甚至幾代人艱苦勞動和智慧的事業,需要克服許多難關才能完成。要高度重視含銅65% 的硅磷銅研究，要系統踏實地作好合金的金相、相圖、性能研究、應用研究。要高度重視合金生產工藝研究，形成具有中國特色的節能、環保、使用再生銅原料直接生產銅加工材的工藝技術。

中國是世界上最大的銅材生產大國和使用大國，技術創新活躍，在這樣的國度里必將實現鉛黃銅的革命,一個全新的替代鉛黃銅的合金體系必將出現。對無鉛環保銅合金這樣一個涉及多學科、多領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學研應用單位參加的戰略聯盟,其重要作用是：反映各方訴求、制定行業標準、明確研發和產業化方向。