汽车产品禁用物质及替代技术使用现状

侯猛　李龙辉　徐树杰　柴静　吴蒙

摘要：本文主要介绍了自《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》实施以来，我国汽车产品禁用物质的使用现状以及禁用物质替代技术的应用情况，并指出当前禁用物质管理的主要技术难点。

关键词：禁用物质；管理要求；替代技术；实施效果

1前言

自2009年，我国已连续7年保持世界汽车产销量第一名的位置，今年上半年我国汽车产销分别为1289.2万辆和1283万辆，预计今年我国汽车产销量会突破2600万辆，继续保持世界第一。另外，据统计我国2015年汽车保有量已达到1.72亿辆，按照成熟市场报废汽车占汽车保有量6%～8%的水平来计算，2015年我国年报废汽车量将达到1000万～1300万辆，报废量巨大，我国已逐步进入汽车报废高峰期。

如此数量庞大的报废汽车若不能进入正规的报废渠道进行有效的回收处理，报废汽车上的材料，包括金属、橡胶、塑料等可能会进入土壤和水源，将会给环境带来巨大的负担，尤其是含有的一些有害物质，对环境会造成严重的污染和破坏。

为了减少汽车中有害物质的使用量，欧盟早于2006年就颁布了ELV指令，对汽车用材中的禁用物质和回收利用率提出了要求Ⅲ，禁止在汽车产品中使用铅、镉、汞、六价铬，其限值要求为均质材料中铅、汞、六价铬含量不大于0.1%，镉含量不大于0.01%，并根据当前技术发展情况发布了豁免项，允许一些零部件和材料不受标准限值限制。我国于2014年发布实施了国家推荐标准GB/T30512-2014《汽车禁用物质要求》，但是推荐标准对行业并没有约束力。2015年6月工信部发布了《汽车有害物质和可回收利用率管理要求》（2015年38号）（以下简称《管理要求》），要求自2016年1月1日起，M1类汽车新产品有害物质使用必须符合GB/T30512的要求，在产车于2018年1月1日起执行，我国汽车有害物质管理终于有了强制执行的法规依据。

2汽车禁用物质管控现状

《管理要求》明确要求汽车产品禁限用物质的执行标准为国家标准《汽车禁用物质要求》，除了禁用物质通用要求外，即均质材料铅、汞、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚含量不大于0.1%，镉含量不大于0.01%，标准也列出了24个豁免项，这些豁免项在一定期限内不受标准限值的约束。

自2016年1月1日期起，仍在豁免的共13项，包括含铅豁免项、含汞豁免项、六价铬豁免项和十溴联苯醚豁免项。《管理要求》执行至6月30日后，含铅豁免项“发动机、变速器和空调压缩机的轴瓦和轴套”豁免到期，不再豁免，按照标准限值要求执行。

因此，目前仍在执行豁免的选项共12项，其中六价铬豁免项“旅居车内的吸热式空调”主要指房车，国内很少涉及，并且不属于M1类汽车产品，因此该豁免项实际并未涉及；含镉豁免项“电动车辆用电池”要求“镍镉电池只能作为标准实施之日以前上市车辆的备件进入市场”，并不涉及新产品和在产车，因此该豁免项实际也未涉及。综上，汽车新产品有害物质管理实际涉及的豁免项为10项，如表1所示：

3我国汽车产品有害物质现状及替代技术应用情况

目前，2016年申报《车辆生产企业及产品公告》的车型，其禁用物质含量均符合法规要求，整车中禁用物质主要为铅；镉、六价铬和溴化阻燃剂仅有极少零部件含有，但均低于标准限值，其总量几乎可以忽略不计；汞目前并未在汽车新产品上发现。

铅作为目前汽车产品主要有害物质，其分布较为广泛，常见的零部件和材料包括蓄电池、含铅易切削钢、铝材、铜合金、焊料、电气元件等。其中发动机启动用蓄电池含铅占整车含铅总量的98%以上，是汽车上禁用物质最为集中的零部件，其含铅位置为铅蓄电池的正/负极板膏和栅板，含铅通常在80%以上，甚至接近100%。目前汽车启动用电池仍以铅蓄电池为主，尽管近些年锂电池发展迅猛，但是锂电池仍存在一些问题，在短期内仍无法替代铅蓄电池在汽车启动电池中的地位。除了成本因素外，锂电池在启动电池上的应用仍有诸多技术需要攻克，如电池的电压稳定性、电池容量、大电流性能、低温性能、高温安全性等。因此，发动机启动铅蓄电池目前还没有能够大规模商业化应用的替代技术。

除铅蓄电池外，汽车产品中铅的分布较为分散，含量平均值约为120g左右。主要分布于钢材、铝合金、铜合金、焊料和电气元件中，具体占比如图1所示。

可见，除了蓄电池外，铝合金中铅含量最高，达到78.7%，之后依次为铜合金，焊料、电气元件，钢材含铅占比最少。铝材中常见的含铅合金为ADCl2、A1Si9Cu3（Fe）、A1Sil2Cul（Fe）等铸铝合金，这些合金主要应用在机油滤清器支架，凸轮轴轴承盖，发动机缸体缸盖、发动机和变速器中的某些盖板以及一些壳体和阀体部件。铜合金主要用于电气部件、导热部件以及一些精密部件，出于易加工性、耐磨性和高的表面质量要求，铜合金中往往会添加铅元素，汽车中常见的含铅铜合金主要有黄铜、铍青铜和锡青铜，尤其是铅黄铜应用较广，如HPb59-1，CuZn39Pb3，HPb58-3，CuZn38Pb2等，其主要应用部件有传感器、螺栓螺母、端子、中冷器出气管、冷凝器出液管、后视镜和仪表板中的精密蜗杆、齿轮等部件。焊料是另一个主要含铅的材料，传统PCB焊料以铅一锡焊料为主，尤其是共晶焊料Pb37Sn63应用最广。虽然目前无铅焊料已较为成熟，尤其是Sn-Ag系，Sn-Ag-Cu系和Sn-Cu系焊料已得到一定范围的商业化应用，但是传统的铅-锡焊料仍是PCB焊料的主流。电气元件封装用到的高温焊料通常为高铅焊料，含铅量超过85%，目前仍未有合适的无铅焊料替代品，虽然已开发的Au-20Sn焊料各方面性能已达到甚至优于高铅焊料，但是由于Au含量过高，导致成本高昂，限制了其推广应用。电气元件除了高温焊料外，陶瓷基体也会涉及含铅，尤其是压电陶瓷，传统压电陶瓷采用的是锆钛酸铅型（PZT），其氧化铅含量在60%左右。无铅压电陶瓷近些年发展迅速，主要有三大体系应用前景较好，分别为铌酸钾钠系、钛酸铋钠系和锆钛酸钡系。部分无铅压电陶瓷已开始商业化应用，如锆钛酸钡压电陶瓷，但是PZT陶瓷也在不断发展和改进，无铅压电陶瓷完全替代PZT仍有很长的路要走。压电陶瓷主要应用在传感器、蜂鸣器等零部件上。

铅虽然在以上几种材料和零部件中均有分布，但是其含有且超过标准限值的风险不同，如含铅易切削钢虽然含铅，但是实际上含铅易切削钢只占汽车钢材很小的一部分。下图是上述5种材料和零部件中铅超标风险系数统计。

上图表明，焊料铅超标的风险系数最大，电气元件次之，之后依次是铝材和铜合金，钢材铅超标风险最小。

由于“旅居车内的吸热式空调”暂时并不属于《管理要求》范围内的车型，对于M1类汽车而言，六价铬已不存在豁免项。根据目前材料数据分析结果来看，六价铬暂未发现超标情况存在，说明六价铬的替代技术，如三价铬电镀、三价铬钝化、无铬锌铝涂层、三价铬/无铬鞣剂等技术已较为成熟，能够实现完全替代。

欧盟ELV指令并不管控多溴联苯和多溴联苯醚等溴化阻燃剂，而GB/T30512对这两种阻燃剂执行0.1%的限值要求，其中十溴联苯醚属于豁免项。根据目前数据显示，汽车产品上阻燃剂也较少使用多溴联苯和多溴联苯醚，取代之的是磷系阻燃剂、水滑石阻燃剂、氢氧化镁和氢氧化铝等无机阻燃剂。

汞主要用途为气体放电灯、荧光管、烟火起爆器、涂料和颜料等，相关豁免项为“前照灯用放电灯”和“仪表板显示器荧光管”。目前汽车前照灯主要有三种类型：卤素灯、氙气灯和LED灯，其中卤素灯和LED均不属于气体放电灯，不在豁免范畴内。氙气大灯分为有汞氙气灯和无汞氙气灯，有汞氙气灯主要有DIR，DIS，D2R和D2S系列；无汞氙气灯在日系车上应用较多，主要有D3R，D3S，D4R，D4S等系列。氙气灯较卤素灯亮度和电能转化率更高，因此有取代卤素灯的趋势，但是随着LED前大灯技术的发展和成熟，对氙气大灯也带来了严峻得挑战。仪表板显示器主要有液晶显示器（LCD）和LED两种，LCD在很长时间内是仪表板显示器的主流，由于LCD本身不会发光，因此需要背光源进行辅助，冷阴极荧光灯管（CCFL）因其具有高功率、高亮度、低能耗等优点，长久以来一直是LCD的首选背光源。但是CCFL含有微量的水银蒸汽，成为有害物质的来源。随着LED的普及和流行，目前LCD的背光源已基本采用LED，CCFL已逐渐退出汽车仪表板显示器的背光源领域。同时LED本身也可以作为显示器，且可以自发光，不需要背光源，因此有些高端车显示器直接采用LED，更加环保。

4结语

本文主要介绍了自《管理要求》实施以来，汽车有害物质的含有及分布情况，并针对各有害物质和豁免项，说明有害物质替代技术的使用情况，并指出目前部分有害物质替代在技术上仍存在困难，企业下一步应重点关注。