检测服务
检测服务
金属
金属
建筑材料
建筑材料

如何控制压铸产品中的铅含量

最近发生在启晴村的食水含铅量超标的事件提高了大众对日常用品的铅含量的关注。日常生活用品中,如玩具、厨房用具、浴室用具、成衣配件等,很多都是压铸产品,所以如何控制和确保它们的铅含量合符安全标准成了重要话题。

究竟铅是什么?
全球百分之八十的铅用于蓄电池,其它应用包括建筑、弹头、炮弹、焊接物料、钓鱼用具、渔业用具、防辐射物料、奖杯和部份合金,如钢合金、铜合金、或焊接用的铅锡合金。铅的熔点低且质地柔软,因此具有容易加工的特点,铅与锡可制成合金「焊锡」,发挥其低熔点的特性。

但铅是重金属,有毒,尤其破坏儿童的神经系统,可导致血液病和脑病。长期接触铅和它的盐(尤其是可溶的和强氧化性的二氧化铅(PbO2))可以导致肾病和类似绞痛的腹痛。而且,人体积蓄铅后很难自行排出,只能通过药物来清除。

由于铅对人体有严重负面影响,所以欧、美与日本等国已订定法律来控制铅的使用。

在电子电器产品方面,自2006年7月1日起生效的危害性物质限制指令(Restriction of Hazardous Substances Directive 2002/95/EC ,缩写RoHS),对铅、汞、镉、六价铬与耐燃剂之多溴联苯(PBB)与多溴二苯醚(PBDE)做出严格的规定,确保电子产品的材料及工艺标准对人体安全。类似的标准及规定在日本、美国、以及中国都相继出台,无铅成了理所当然。

在消费品方面,美国消费品安全改进法案HR4040规定所有进口美国的儿童消费品每一零部件的铅含量不多于100 ppm(除非技术不能达到要求的部件)。而在欧洲,玩具条例EN71规定了玩具产品的可溶性重金属上限,其中第三类物料(可刮除的物料)中铅的释出量上限是160ppm。

在食物接触材料方面的要求就更加严格,其中涉及餐具、厨具、食品加工机械和食品用小家电等。由于材料中的某些化学成份有可能迁移到食物中而被人体摄入,影响人类健康,因此,世界各国均十分重视食品接触材料及制品的安全性,并制定了相关的法规法例,如欧盟的EN601、 德国LFGB、法国DGCCRF、美国FDA和加州65声明等,在这些规定中, 对重金属包括铅,有严格的要求。

金属产品中的铅
以焊锡为例,由于铅的价格比锡便宜,很多焊料都混合铅来减低成本。根据ISO9453:2014的标准,焊锡的铅含量必须低于百分之0.07。而RoHS则要求铅含量控制在1000 ppm以下。

除了电子电器产品、消费品及食物器皿外,铅还可以在金属压铸件里以杂质存在。常常接触的压铸件包括卫浴、门锁、把手等五金产品,其含量一般很低。以3号锌合金为例,国际标准规定其含量要在40ppm或以 下,所以锌合金都必须是用高纯度的锌熔炼而成,才能达到这个要求。除了出于对产品安全性的考虑外,铅还会对锌合金的性能有很坏的影 响,那就是晶间腐蚀。

晶间腐蚀是金属颗粒之间的边界层内发生的腐蚀。锌合金的晶间腐蚀特别容易发生在高温高湿度的环境当中。如果合金中某种杂质元素的含量超过标准,那么晶间腐蚀可以在室温和一般的湿度下发生。

晶间腐蚀对铸件的机械性能影响很大。由于腐蚀发生在颗粒边界内,所以颗粒之间失去了连接的物质。理论上即使一个很小的力作用在铸件上都会使铸件破裂。

含有过多铅、锡和镉的铸件很容易招致晶间腐蚀,虽然在刚铸造出来的时侯不会表现出来,但如果这些元素的含量高而且铸件又使用在高温高湿度环境中,那么晶间腐蚀就很容易发生,轻则在缺陷的表面形成细小的网状裂痕,重则导致铸件肿胀甚至裂开。如果晶间腐蚀深入内部铸件就很容易破裂,而且如果时间再长铸件还会变得破碎。喷油和电镀的铸件还会因而起泡。

 


图1 从铸件的横截面可以看到晶间腐蚀的状况


图2  严重的晶间腐蚀使铸件破裂


如何把压铸产品的重金属降到最低?
首先要从合金的熔炼开始,只有高纯度的原材料才能生产出低杂质的合金,而要生产高纯度的纯锌必须使用先进的冶炼技术。

当有了优质纯净的原材料后,余下的问题就是如何在生产过程中控制好重金属。水口和渣包等
回炉料的杂质包括重金属要比原料多,所以控制回炉料是一个关键。因为回炉料需要重熔,回炉料越多,对炉料的影响越大。

如何减少水口和渣包呢?那就要从模具设计入手,优化流道设计,提高铸件比例(产品占整模的比例)。另外要防止熔料受重金属污染,最好把回炉料分门别类,把水口、渣包、炉渣、电镀件/喷油件分开处理。为了更好地监控材料中的重金属含量,可以定期在生产过程中化验炉料和铸件。

总的来讲,铅等重金属对人体有严重的危害,也对合金产品的性能有负面的影响,所以无论是出于对安全法例的考虑还是对产品性能质量的要求,都应该严格控制重金属的含量,而优质的原材料和严谨的生产控制是必要的条件!