如何控制壓鑄產品中的鉛含量

最近發生在啟晴邨的食水含鉛量超標的事件提高了大眾對日常用品的鉛含量的關注。日常生活用品中,如玩具、廚房用具、浴室用具、成衣配件等,很多都是壓鑄產品,所以如何控制和確保它們的鉛含量合符安全標準成了重要話題。
 
究竟鉛是甚麼?
全球百分之八十的鉛用於蓄電池,其它應用包括建築、彈頭、炮彈、銲接物料、釣魚用具、漁業用具、防輻射物料、獎盃和部份合金,如鋼合金、銅合金、或焊接用的鉛錫合金。鉛的熔點低且質地柔軟,因此具有容易加工的特點,鉛與錫可製成合金「焊錫」,發揮其低熔點的特性。
 
但鉛是重金屬,有毒,尤其破壞兒童的神經系統,可導致血液病和腦病。長期接觸鉛和它的鹽(尤其是可溶的和強氧化性的二氧化鉛(PbO2))可以導致腎病和類似絞痛的腹痛。而且,人體積蓄鉛後很難自行排出,只能通過藥物來清除。

 

由於鉛對人體有嚴重負面影響,所以歐、美與日本等國已訂定法律來控制鉛的使用。
 
在電子電器產品方面,自2006年7月1日起生效的危害性物質限制指令(Restriction of Hazardous Substances Directive 2002/95/EC ,縮寫RoHS),對鉛、汞、鎘、六價鉻與耐燃劑之多溴聯苯(PBB)與多溴二苯醚(PBDE)做出嚴格的規定,確保電子產品的材料及工藝標準對人體安全。類似的標準及規定在日本、美國、以及中國都相繼出臺,無鉛成了理所當然。
 
在消費品方面,美國消費品安全改進法案HR4040規定所有進口美國的兒童消費品每一零部件的鉛含量不多於100 ppm(除非技術不能達到要求的部件)。而在歐洲,玩具條例EN71規定了玩具產品的可溶性重金屬上限,其中第三類物料(可刮除的物料)中鉛的釋出量上限是160ppm。
 
在食物接觸材料方面的要求就更加嚴格,其中涉及餐具、廚具、食品加工機械和食品用小家電等。由於材料中的某些化學成份有可能遷移到食物中而被人體攝入,影響人類健康,因此,世界各國均十分重視食品接觸材料及製品的安全性,並制定了相關的法規法例,如歐盟的EN601、 德國 LFGB、法國DGCCRF、美國FDA和加州65聲明等,在這些規定中, 對重金屬包括鉛,有嚴格的要求。
 
金屬產品中的鉛
以焊錫為例,由於鉛的價格比錫便宜,很多焊料都混合鉛來減低成本。根據ISO9453:2014的標準,焊錫的鉛含量必須低於百分之0.07。而RoHS則要求鉛含量控制在1000 ppm以下。
 
除了電子電器產品、消費品及食物器皿外,鉛還可以在金屬壓鑄件裡以雜質存在。常常接觸的壓鑄件包括衛浴、門所、把手等五金產品,其含量一般很低。以3號鋅合金為例,國際標準規定其含量要在40ppm或以 下,所以鋅合金都必須是用高純度的鋅熔煉而成,才能達到這個要求。除了出於對產品安全性的考慮外,鉛還會對鋅合金的性能有很壞的影 響,那就是晶間腐蝕。


圖1 從鑄件的橫截面可以看到晶間腐蝕的狀況

 


圖2 嚴重的晶間腐蝕使鑄件破裂

 

如何把壓鑄產品的重金屬降到最低?
首先要從合金的熔煉開始,只有高純度的原材料才能生產出低雜質的合金,而要生產高純度的純鋅必須使用先進的冶煉技術。
 
當有了優質純淨的原材料後,餘下的問題就是如何在生產過程中控制好重金屬。水口和渣包等
回爐料的雜質包括重金屬要比原料多,所以控制回爐料是一個關鍵。因為回爐料需要重熔,回爐料越多,對爐料的影響越大。
 
如何減少水口和渣包呢?那就要從模具設計入手,優化流道設計,提高鑄件比例(產品佔整模的比例)。另外要防止熔料受重金屬污染,最好把回爐料分門別類,把水口、渣包、爐渣、電鍍件/噴油件分開處理。為了更好地監控材料中的重金屬含量,可以定期在生產過程中化驗爐料和鑄件。
 
總的來講,鉛等重金屬對人體有嚴重的危害,也對合金產品的性能有負面的影響,所以無論是出於對安全法例的考慮還是對產品性能質量的要求,都應該嚴格控制重金屬的含量,而優質的原材料和嚴謹的生產控制是必要的條件!