推广无铅环保铜合金是五金制造业升级改造的必然要求

文/ 王碧文

中国水暖卫浴产品的产销量已经位居世界第一，是全球当之无愧的卫浴洁具最大的生产国、出口国和消费国。目前，闽、浙、粤三地的厨卫行业发展已日趋成熟，并成为中国卫浴行业的主要产地。其中广东产区是目前国内产业链最完善、企业最多、知名品牌最多的省份。此外，福建卫厨销售产值已跃居全国第一。

与此同时，目前，世界水暖阀门泵类行业的制造基地正在向台州转移，其中玉环最集中，玉环是全国最大的中低压铜制阀门生产和出口基地。

不过，在卫浴和水龙头走出国门的过程中，一个不可忽视的问题已成为其发展的瓶颈，那就是生产水龙头所用的铜合金中的铅含量超标问题。不解决铜合金中铅含量的超标问题，中国的水龙头和卫浴产品走出国门就必然磕磕绊绊。对此，本期刊发铜加工专家王碧文先生就无铅黄铜生产有关问题的一篇报告。

——编者

铅作为合金元素在铜合金中加入是很平常的事情,其中铅黄铜是所有铜合金中使用最广泛,生产历史最久远,用量最大的合金。中国国家标准压力加工铅黄铜有11 种之多,其中HHPb59-3 中含铅为2.0%～3.0%；美国国家标准中约有24 种，其中C38590 合金中含铅2.9%～3.5%。然而科学技术发展查明：铅黄铜材在使用存在铅的溶出破坏环境问题,在饮用水系统中使用含铅铜合金的部件将威胁人类健康,在海洋和陆地环境中使用含铅铜合金零部件，由于铅的溶出，将造成重金属污染,因此铅黄铜合金材料的生产、应用、再生金属循环利用正面临着一场革命，研发、产业化生产绿色无铅环保型铜合金对保护环境，建设美好家园，铜循环济发展具有重要意义。

保护环境要求铜合金不能加入铅

随着科学技术发展和人类对环境的高度重视，已查明铜材在水系统使用中铅的析出严重地损害了人类的健康，因此使用近百年的含铅易切屑黄铜，尽管其性能优良、成本低廉、量大面广，也将会逐步退出历史舞台，研究和开发无铅黄铜新型材料已成为重要的课题。易切削铜及合金在国民经济有着广泛的用途，这类合金以压力加工和铸造状态应用，人们发现在铜及合金中加入以铅为代表的低熔点元素，可以获得优良的切削性能，因此含铅铜合金被长久的、广泛的应用。然而随着人类文明的发展，对环境保护意识不断增强，铅对环境和人的健康是有害的，因此研发和生产无铅铜合金成为重要的课题。铜合合金无铅化是一场深刻的革命，其潮流不可阻挡。

众所周知，铅黄铜具有优异的切削性和较高的强度和塑性而被广泛应用于国民经济各部门和大量日用品消费领域。但这种合金的缺点是含有1.5%～3.5% 左右的有害元素铅，是国内外各国环保政策所不相容的。欧洲议会和欧盟委员会颁发了RoHS 指令和WEEE 指令，要求从2006年7月1日起，在新投放市场的电子、电器、仪器设备中，限制使用含铅、汞、镉、六价铬、多溴二苯醚（PBDE）和多溴联苯（PBB）等有害物质。

我国国家发展和改革委、工业和信息化部也联合出台了《废旧家电及电子产品回收处理管理条例》和《电子信息产品污染防治管理办法》。因此，铅黄铜系列品种在各个行业中的应用受到极大的制约。就WEEE 和RoHS 指令而言，涉及的产品达10 大类共123 种。其中包括：大型家用电器、小型家用电器、IT 及通讯设备、用户设备（音响、影像）、照明设备、电子电器工具、玩具、休闲和运动设备、医用设备、检测和控制仪器。其中前七类产品都是我国主要出口的电子、电器和设备产品，而这些产品使用含铅铜合金材料占有相当大的比重，估计占其出口额的3%～5%，约达12 亿～20 亿美元。因此，我国相关出口企业纷纷提出无铅环保型铜合金材料的供应要求，并调整相应的产品技术规范，以适应欧盟等地区和国家对相关产品的环保要求。

我国铅黄铜材料生产

我国是含铅铜合金材料生产大国也是含铅铜合金材料应用大国，生产企业数以千计,应用领域涉及国民经济所有部门。

铅黄铜具有良好的切削性、可锻性、冷热加工性能、耐蚀性能和耐磨性能，可大量使用回收旧料，是铜合金中性价比最高、使用最为广泛的合金品种，产品主要以棒、型材为主，广泛用于机械、电子、五金、建筑、通讯、卫浴、洁具、给排水等行业高精度零件加工制造，其用量占铜合金棒、型材的60%以上，常用易切削含铅黄铜中最常用的合金是Hpb59-1 及Hpb59-2，铅的含量最高可达3.0%，铜材料的生产和使用中还会产生大量的边屑，这些高铅含量废料将进入再生铜市场，恶化再生铜原料，迫切需要以无铅环保型合金替代。

铅黄铜按品种又可分为铸造合金和压力加工合金两种；按产品形状又可分为板带管棒线型粉末等多种。

国内外无铅黄铜研发及产业化

目前国内外研发的无铅环保铜及合金主要是在铜中加入铋、锑、硅、磷、硫等类铅元素，在黄铜的组成中,形成软相,以便在切屑时容易断屑；加入硅磷形成硬脆相,在切屑时此处也易断屑。

目前国内许多企业和院所组成三结合攻关组研发无铅环保合金，主要方向是:在合金中加入碲、铋、锑等元素均为稀贵元素，所以很难形成产业化批量生产以替代大量使用的铅黄铜；而这些类元素加入又使合金工艺性能变差，因此成材率很低，提高了材料成本。

我国厦门路达工业有限公司立足富有资源、组成产学研相结合攻关队伍，研发成功立足富有廉价元素为主要合金元素的新型无铅环保合金，具有优良的工艺性能、机械性能、防脱锌腐蚀，卫浴水系统24 种金属溶出符合国际通用标准，研发成功的新型无铅环保合金已获六项专利，其中包括两项美国专利，采用新型无铅环保合金生产的高档卫浴五金已供应国际市场，满足该领域对环保合金产品的需求。

无铅环保硅磷黄铜研究成果沿于2009年1月顺利通过了中国有色金属工业协会的科技成果鉴定，2009年6月路达高锌硅黄铜还在美国铜业发展协会(CDA) 成功注册了铜合金牌号C68350（锻造用）和C85550（铸造用）。目前路达高锌硅黄铜已在中国、加拿大获专利授权(中国专利号：Zl 200810180201，加拿大专利号：CA 2662814)。

高锌硅黄铜热成型性能优良，其浸泡水金属元素的析出量符合NSF/ANSI61-2007 饮用水质标准，适于生产饮用水供给系统的龙头水嘴、水嘴接头、龙头本体和水表等卫浴产品零配件。

国外发达国家开始从事无铅黄铜研究时,也是加入各种类铅元素如砷、锑、铋或更为多元的类铅元素,也曾误导了我国,这些元素的加入使合金工艺性能变坏,而且元素稀缺，无法产业化生产,日本大力发展硅磷铜就是这个道理,日本硅磷黄铜中含铜为76% 左右已大量在卫浴中应用如压力铸造零件等。

铜合金应用

卫浴。人类使用铅黄铜材料大约从工业革命开始，已有近百年历史，使用的领域涉及工业所有部门及人民生活的各个方面,但当前最突出的是供水系统各类阀件急需用无铅环保合金替代目前大量使用的含铅黄铜。随着社会的发展及人们生活水平的提高，健康和环保已成为卫浴五金行业近年来的一个重要议题。卫浴产品作为现代化豪华生活的标志性用品，已经远远突破过去的传统观念，一件好的卫浴产品，除了要求具备比较完整的各项功能外，还必须具有明显的绿色环保主题。

卫浴五金作为卫浴产品的重要组成部分，其所用的传统合金材料为含铅黄铜，尤以HPb59-1 用量最大。添加铅可提高黄铜的切削性能，使黄铜零件获得高的光洁度，并具有很好的气密性。但是铅黄铜废弃后铅极易进入土壤，如被焚烧还会进入大气污染环境。特别是当铅黄铜用作水龙头、管接头等饮用水管道配件时，在饮用水中的杂质及有机酸等作用下，含铅铜合金中的铅会缓慢析出，严重危害人体健康。所以，美国、欧盟、日本等发达经济体已经立法，对饮用水系统、管道配件、玩具、家用电器等产品中的铅含量提出了严格的限制。如2010 开始实施的美国加州《AB1953 法案》中就规定了公共饮用水设施或为大众供应饮用水的设施，及管配件过水表面产品中的铅含量加权平均值不得超过0.25wt%。欧盟的RoHS 指令明确规定从2006年7月1日起，出口到欧盟国家和地区的电子、电器产品、水暖和五金器材均须符合其规定的铅最大允许含量为0.1wt%。因此铅黄铜被无铅环保黄铜取代，是一个必然的趋势。

电联接和机械联接。这一领域大量使用铅黄铜管棒型线板带条箔产品,如各种接插件、螺钉螺帽、仪表壳体等,制造过程中产生的大量铅黄铜残料也将进入再生铜市场。

交通行业大量使铅黄铜。如海洋工程中大量船用五金、阀门、汽车同步器齿环等。机械制行业中机械的耐磨减磨零部件、轴套、滑板等。

展望及建议

无铅环保铜合金研发和产业化是一个巨大的工程，它将为国民经济及人民生活提供一种全新的、对环境没有污染的新型铜合金,对再生铜产业来说，将从源头上防止铅的混入。

无铅黄铜的研发是一项需要付出一代人，甚至几代人艰苦劳动和智慧的事业,需要克服许多难关才能完成。要高度重视含铜65% 的硅磷铜研究，要系统踏实地作好合金的金相、相图、性能研究、应用研究。要高度重视合金生产工艺研究，形成具有中国特色的节能、环保、使用再生铜原料直接生产铜加工材的工艺技术。

中国是世界上最大的铜材生产大国和使用大国，技术创新活跃，在这样的国度里必将实现铅黄铜的革命,一个全新的替代铅黄铜的合金体系必将出现。对无铅环保铜合金这样一个涉及多学科、多领域的重大课题除必须有国家层面上的政策和资金方面的扶持之外，还需要建立有广泛的产学研应用单位参加的战略联盟,其重要作用是：反映各方诉求、制定行业标准、明确研发和产业化方向。