铝及复合材料建设可行性研究报告优秀可研报告.docx

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铝及复合材料建设可行性研究报告优秀可研报告

粉体工程与设备论文

论文题目：

1000吨/年铝基复合材料的可行性研究报告

院（部）名称：

材料科学与工程

学生姓名：

伍明江学号：

20083169

同组人员：

卢常德撒杰王磊向卓

专业：

材料科学与工程班级：

081

指导教师姓名：

王正粟

论文提交时间：

论文答辩时间：

摘要

铝基复合材料由于具有密度小、熔化温度低、高导热性且成本低等特性，已经得到世界范围内的广泛研究并日趋工业化。

同时铝基复合材料具有不吸潮、不老化、气密性好、耐有机液体和溶剂侵蚀等一系列优点。

在航空航天、汽车、电子、光学等工业领域

关键字：

铝基复合材料

目录

引言………………………………………………………..3

第1章项目总论…………………………………………3

1.1项目名称……………………………………………….………………3

1.2项目背景……………………………………………………………….4

1.3项目建设意义………………………………………………………….4

1.4项目拟建地区和地点…………………………………………………………..4

1.5投资估算和资金筹措……………………………………………..4

第2章铝基复合材料及制品市场调查…4

2.1国内市场调查…………………………………………………………4

2.2国外市场调查…………………………………………………………5

第3章产品技术方案………………………………………5

3.1产品介绍…………………………………………………………………5.3.2生产工艺流程…………………………………………………………….6

3.3主要工艺设备选择………………………………………………………7.

3.4主要原材料及辅助材料………………………………………….………8

3.5燃料及动力供应………………………………………………………….8

第四章成本核算

4.1主要价格的数据……………………………………………………………8

4.2员工岗位的设定………………………………………………9

4.3生产成本的估算………………………………………………..9

4.4年度销售收入的估算………………………………………10

4.5损益估算……………………………………………………10第五章效益分析…………………………………………..11

第六章销售渠道……………………………………………12

第七章环境保护……………………………………………19

第八章未来发展…………………………………………..25

致谢…………………………………………………………25

参考文献……………………………………………………25

引言

颗粒增强型铝基复合材料以其高比强度、比刚度、热膨胀系数低、良好的耐磨性能等优良性能成为传统耐磨材料代替品。

目前，较常见的基体材料有Al-Si、Al-Cu、Al-Mg等系铝合金,增强体的材料大致分成以下几类：

氧化物，如Al2O3、、MgO、SiO2等；碳化物，如SiC、TiC、B4C、Al4C3等；氮化物，如Si3N4、Al N等；以及其它类型的增强体，例如碳纳米管、TiB2、ZrB2等等，由于其低廉的成本和良好的制造和加工性能，使得它具有广阔的发展前景受到人们的高度重视。

因此铝基复合材料的耐磨性能成为各国材料工作者研究的点。

 第一章项目总论

1.1项目名称

1000吨/年铝基复合材料建设投资项目

1.2项目背景

铝基复合材料（MMC）是近年来迅速发展起来的高新技术新型工程材料，其中低密度铝基复合材料以其低密度、高的比刚、比强度，高的耐磨性及高温强度等优越性能而得到普遍重视。

铝基复合材料的研究及应用较为广泛，在空、天飞行器、汽车、轻工产品、建筑等行业有极大的市场开发前景，在军事工业、国防也有重要的应用价值。

国外研究及应用，除军事工业方面国外，特别是美国，对铝基复合材料的研究非常重视，而且处于领先地位。

它的扩大应用表明它已达到成熟程度，然而为实现它们的全部潜力，这些复合材料应受到更多注意和支持”。

80年10月美国成立了金属基复合材料情报分析中心（MMCLAC），其主要任务是为向从事国防金属基复合材料计划的研究人员提供信息及有关金属基复合材料工艺发展的技术情报分析等。

该中心认为：

金属基复合材料可使一系列国防用金属结构材料和工程设计产生一次革命性转变，从而大大减轻结构重量并提高其效能。

1.3项目建设意义

∙该项目开发的铝基复合材料是顺应现代工业向“轻质、高强、高速、高性能”方向发展的理想材料，也是产品更新换代，实现高技术化、高性能化的重要物质基础。

我国已成为世界铝轮产量第一大国。

但，铝轮出口量很小，主要是随整车出口，部分进入国际维修市场。

其原因主要是质量档次太低。

颗普铝基复合材料的开发能广泛应用于发动机蛉部件及车轮、刹车盘等，可替代进口，节约外汇，更重要的是提高国内产品档次，提高进入国际市场的竞争力，达到出口创汇。

其经济效益显著，社会意义重大。

1.4项目拟建地区和地点

经综合考虑和调查我们认为西安是最好的建厂地点，生产场地应尽量傍河而建，尽量利用原有交通运输条件，减少该项目的道路及车场投资

1.5投资估算和资金筹措

合作开发，资金入股。

主要是通过银行贷款，及向社会投资士招资。

第2章铝基复合材料及制品市场分析与建设规模

2.1国内市场调查

国内对金属基复合材料的应用研究与开发一般在民用方面寻求产品；军工应用方面，有数家单位对几个产品进行了研究。

因此，加快我国轻质高性能金属基复合材料材料在我国汽车、轻工、建筑及军工产品中推广应用，具有重要的战略意义。

国内的潜在应用市场（民用）从国内市场调研情况来看，有以下几个方面值得首先加以考虑：

1各类型材铝基复合材料的最大特点是其性能的可设计性，即根据产品（或构件）的需要设计材料的成分与组织，以满足其所需性能：

如可用作轻型自行车、山地车大梁的高比刚（是钢的约1.5倍）、比强度（约为一般结构钢的3倍）的各种规格的管材，以及要求轻质（质量密度是钢的1/3）高耐磨的各类型材（例如门、窗的下滑轨道），其成本与现用铝合金型材基本相当。

其市场是巨大的。

2小型汽油机和摩托车发动机零部件如汽油机缸套、活塞环、连杆等。

以单缸汽油机为例，广泛用作摩托车、割草机、喷雾器、油锯、森林灭火机、助力自行车等设备的发动机。

目前这类发动机缸体生产有两种途径：

一是整体压力铸造，缸内电镀硬铬。

该工艺的主要问题是成品率低，仅达50－70％，而且污染环境。

二是内镶铸铁缸套，由于两种材料热膨胀率不同，会造成服役过程中松动、脱离，对寿命影响很大。

目前国产摩托车（50，70，80，90，100，125cc等）产量超过2000万辆/年，小型汽油机超过100万台/年，也是一个很大的市场。

3汽车发动机零件近年来，随着我国汽车制造业的迅速发展、国际市场需求的增加，以及小型汽车轻型化高速化的发展趋势，汽车发动机配件，如活塞、活塞环槽、连杆套、曲轴瓦、缸套等的数量及质量、性能要求的不断提高，轻质、高性能的铝基复合材料将不可避免地成为新一代替代材料4其它如交通运输车辆配件行业、农用机械行业、纺织配件行业，均有巨大的潜在市场。

目前，我国尚无增强铝基复合材料的工业化生产。

而在国外，民用级增强铝基复合材料主要由几家大公司生产，如加拿大铝业，价格十分昂贵。

军用级增强铝基复合材料主要由洛克希德马丁公司，DWA等公司生产，由于这些公司都与美国国防部签有协议，对我国没有销售。

增强铝基复合材料可应用的领域和市场包括：

飞机，高速列车，汽车，电子，电力，军工，市场十分广阔。

DWA公司供应美国国防部的增强铝基复合材料，价格在16-35美元／磅不等，毛利率高达300%－500%

2.2国外市场调查

美国国防部每年用于金属基复合材料的研究约2000万美元，并逐年增加。

美国在航空、航天及其它武器装置上研究和应用的最多的是纤维及晶须增强的铝基复合材料，其中Al-B复合材料研究最早，历史最长。

颗粒或短纤维、晶须增强金属基复合材料以及近年来出现的自生增强体复合材料虽然出现较晚，但由于制备工艺简单、成本低廉，加之良好的二次成型（锻、轧、挤压）性能，可用一般的加工方法方便的制造出板、线、管材及形状复杂的构件。

就目前所知，美国、英国、加拿大等国已将非连续增强金属基复合材料用于制造轻型武器的托架、弹匣、枪托、军用直升机脚架，Martin公司用TiB2颗粒增强铝制造机翼，英国航天公司从80年代起研究用颗粒和晶须增强铝合金制造三叉戟导弹元件。

美国DWA司和英国BP公司已制造出专门用于飞机和导弹的复合材料薄板、型材等。

另外，坦克潜望镜、反射镜、坦克车导向轮、履带板以及其它兵器构件也有应用。

民用工业方面民用工业应用主要集中于汽车发动机零部件、自行车构架、体育器材等。

1）发小型汽油机和摩托车发动机零部件2）汽车发动机零件3）各类型材4）也可根据企业需要进行新产品开发，均有潜在市场开发。

第3章产品技术方案

3.1产品介绍

颗粒增强铝基复合材料具有良好的力学性能和耐磨性能，在航空航天、汽车、电子封装和体育用品产业等方面得到广泛应用［1-3］。

目前，复合材料制备的常用方法有粉末冶金法，喷射沉积法，浸渗法和搅拌铸造法等［4-6］。

采用粉末冶金法制备的复合材料性能优异，但其工艺流程长，工序复杂，金属粉末成本高，增强相与粉末混合易产生爆炸，同时制品的尺寸也受到限制［7］。

压力浸渗法是将颗粒增强相制成预制块，然后在压力作用下将熔体渗入预制件间隙中，颗粒增强相在复合材料中体积百分数可达50%。

该工艺存在的问题是：

预制块在压力作用下易变形，制得的复合材料微观结构不均匀，晶粒尺寸也比较大，有害界面反应难以控制［8］。

喷射沉积法制备的颗粒增强金属基复合材料有许多优点：

几乎避免了有害界面反应，材料含氧量及夹杂物含量少，被公认为是一种极有前景的复合材料制备方法，缺点是工艺不够成熟，增强体含量受到一定限制［9］。

而采用搅拌铸造法制备颗粒增强金属基复合材料的研究比较多，此法对设备要求低，工艺简单，可以满足规模生产需要。

因此，铸造法制备颗粒增强金属基复合材料越来越引起人们的重视。

项目采用搅拌铸造技术制备SiCp/6061Al铝基复合材料，并在注模前对该铝基复合材料的组织及性能进行鉴定，分析采用最佳搅拌铸造技术工艺；对SiC进行预热,排除表面吸附气体;真空保护下熔化和搅拌;控制Si、Mg含量,改善SiC与铝合金的浸润性和界面结合质量;选择合理的搅拌器形状和搅拌速度、搅拌温度、搅拌时间等工艺参数.。

采用喷射沉积或粉末冶金工艺，制备颗粒（SiC，Al2O3等包括纳米级微粒）增强铝合金为基体的复合材料锭坯，增强体类型及体积分数可根据使用要求调整，主要目的是提高铝合金弹性模量，锭坯制备工艺可防止增强体与基体的有害界面反应，可保证增强体分布基本均匀。

   可加工成棒材，管材及锻件，应用于航空、航天、航海兵器及汽车等领域。

强度及弹性模量比基体材料提高20%～30%。

3.2生产工艺流程

原理：

项目采用搅拌铸造技术制备SiCp/6061Al铝基复合材料，并在注模前对该铝基复合材料的组织及性能进行鉴定，分析采用最佳搅拌铸造技术工艺；对SiC进行预热,排除表面吸附气体;真空保护下熔化和搅拌;控制Si、Mg含量,改善SiC与铝合金的浸润性和界面结合质量;选择合理的搅拌器形状和搅拌速度、搅拌温度、搅拌时间等工艺参数.

先将SiC颗粒在真空电阻炉里进行加热预处理，其加热温度为650℃，保温3.5h，并随炉冷却至室温。

然后，使用S62-7.5-12坩埚电阻炉采用液态机械搅拌铸造法制备SiCp/6061Al复合材料。

熔炼过程：

熔化铝锭→添加合金元素→精炼→静置→边搅拌边加SiC→继续搅拌→静置→浇注。

本项目用氩气作为保护气氛，并用氩气将SiC

颗粒输送到基体合金液中

。

当即搅拌温度为760℃，搅拌速度为2水平1200r/min，搅拌时间为3水平25min。

，SiC颗粒的分布均匀性好、铸造缺陷少。

材料组织及性能分析

材料的显微组织观察在Leitz-MM-6卧式金相显微镜及及FEI-Quanta-200型环境扫描电镜进行。

试样经机械打磨、抛光并用Killer试剂腐蚀液腐蚀。

采用WDW-2000电子万能拉伸试验机测试材料的拉伸性能。

采用布洛维硬度计HBRVU-187.5测试复合材料的布氏硬度，测试中试验载荷为1839N，加载时间为30s，选用直径为2.5mm的淬火钢球压头。

每个试样测量3个试验点，处理数据时，取3个测量值的平均值作为最终的测定结果。

基于阿基米德原理测试复合材料及基体试样的密度。

复合材料复合质量的快速检验

材料制备质量的炉前快速检验和评判是保证复合质量、提高生产效率的重要手段.建立炉前快速质量检验和判断措施具有重要的实际意义.通过炉前快速检测复合材料的断口形貌、孔隙率和金相组织,可及时判断复合材料的SiC分布状况、孔隙率大小、变质和细化效果.一旦发现SiCp/6061复合材料复合质量问题,可以迅速采取措施,改进复合质量,确保获得质量良好的SiCp/6061Al颗粒增强复合材料.

热处理：

时效温度对SiCp增强铝硅合金复合材料的机械性能起主要作用,其次是固溶温度。

热处理前后SiCp增强铝硅合金复合材料的硬度增加了39%~46%。

以固溶温度500℃、固溶时间2h、时效温度为175℃、时效时间为12h的工艺处理后,复合材料的硬度最佳。

铝基复合材料制备工艺流程

3.3主要工艺设备选择

设备仪器：

，电阻坩埚熔炉及相关组件如图1，在Leitz-MM-6卧式金相显微镜及及FEI-Quanta-200型环境扫描电镜，采用WDW-2000电子万能拉伸试验机，机械打磨、抛光机，采用布洛维硬度计HBRVU-187.5。

模具，储气装置。

卧式热处理炉、JWK2702精密温度控制装置、UJ36型携带式直流电位差计

，

SiCp/Al基复合材料的制备方法通常有压力铸造法、喷射共沉淀法、粉末冶金法、渗透法、固态扩散法、半固态搅熔复合法等。

各种方法的介绍详见附录2。

虽然压力铸造法、喷射共沉淀法、粉末冶金法、渗透法、固态扩散法也能得到SiCp/Al基复合材料，但其生产条件苛刻，不是需要高温高压，就是生产仪器过于复杂，很难实现工业化生产，而半固态搅熔复合法，生产条件较为合适，无需过高的温度和压力，而且实验设备也相对简单，易于工业化生产，因此选用半固态搅熔复合法。

其制备方法如图2-1所示。

3.4主要原材料及辅助材料

原料：

SiC增强颗粒粒径大小为10μm–25μm，颗粒加入量为10%-15%。

基体合金选用6061铝合金，主要辅助原料有煤粉和硅粉。

表16061Al合金的化学成分（质量分数，%）

Si

Fe

Cu

Mg

Mn

Zn

Ti

Al

0.4~0.8

<0.7

0.15~0.4

0.8~1.2

<0.15

<0.25

<0.15

balance

表2增强相SiC的物理性质

增强相

晶系

密度

/（g·cm-3）

强度

/GPa

弹性模量

/GPa

熔点

/℃

热膨胀

系数/×10-6K

SiC

六角

3.25

2.1

570

2730

2.5

3.5燃料及动力供应

本产品的生产过程从原料到成品所用的燃料及动力均是工业用电。

第四章成本核算

4.1主要价格的数据

铝锭18000元/吨;碳化硅微粉9500元/吨。

模具费（设计,制作），500元/套（砂模），包装费300元/吨，电能消耗2000度/吨，其它加工费用2000元/吨.废品率在10%。

销售价5—8万/吨,根据铸件的形状,加工模具的难易程度,后加工的难易程度等来确定。

而销售价由铸件的形状、性能等因素决定，故分配如下：

销售价为6万/t的年产300t，销售价为7万/t的年产300t，销售价为8万/t的年产400t。

编号

设备名称

型号

数量

备注

总价钱

1

电阻炉

10L

2个

一个用作加热熔融，一个用作加热回火处理。

200万

2

模具浇注

不限

10套

根据市场的需要选择不同形状的模具，亦可自己设计，注意保证平均日产量达标。

3

叉车

G20G

2辆

用于运输成品。

4

配料罐

PL1000

2台

用于盛放SiCp粉体、铝锭。

5

其他

不限

1套

用于毛坯休整、产品整形、成品检验、循环换水、除尘设备等，注意保证平均日产量达标。

6

WDW-2000电子万能拉伸试验机

1台

测试材料的拉伸性能

7

Leitz-MM-6卧式金相显微镜

1台

及时判断复合材料的SiC分布状况、孔隙率大小、变质和细化效果

8

可调速搅拌机

1台

搅拌铝浆调整粘度，和使原料充分混合

9

机械打磨、抛光机

1台

毛坯修整

10

布洛维硬度计HBRVU-187.5

1台

测试材料的硬度性能

11

卧式热处理炉

1台

热处理

4.2员工岗位的设定

主要由以下人员组成：

总经理1人，副总经理1人，经营部（销售3人，采购2人），生产部（车间主任1人，技术开发2人，生产15人，环保2人，质检2人），财务部（会计1人，出纳1人），办公室（人事调动1人，行政1人，后勤2人），公司合计人员35人。

序号

岗位

人数

月工资

备注

1

总经理

1

8000

奖金+提成

2

副总经理

1

5000

奖金+提成

3

经营部

5

2000

奖金+提成

4

财务部

2

2000

奖金+提成

5

办公室

4

2000

奖金+提成

6

车间主任

1

3000

奖金+提成

7

技术骨干

2

2500

奖金+提成

8

普通工人

15

1500

奖金+提成

4.3生产成本的估算

表4-3生产成本的估算表

序号

项目

单位

年耗量/t

单价/元

总价/万元

1

原材料

.

1385.40

1.1

铝锭

t

600

18000

1080.00

1.2

碳化硅微粉

t

200

9500

190.00

1.3

添加剂

t

200

4420

88.40

1.4

包装费

个

900

300

27.00

2

燃料及动力

260.00

2.1

电

千度

2000

300

60.00

2.2

其他加工费

t

1000

2000

200.00

3

工资及福利

人

89.60

4

制造费用

28.00

4.1

折旧费

年

20.00

4.2

维修费

年

8.00

5

生产成本

1663.00

4.4年度销售收入的估算

序号

项目

年度值（万元）

生产符合

100%

1

销售收入

7300.00

1.1

6万/t的复合材料300t

1800.00

1.2

7万/t的复合材料300t

2100.00

1.3

8万/t的复合材料400t

3200.00

1.4

2万/t的废品100t

200.00

2

增值税

859.38

2.1

销项税

1060.68

2.2

进项税

201.30

3

附加税

103.13

4

增值税和附加税

962.51

注：

本项目主产品为1.1、1.2、1.3，其中1.4为副产品。

4.5损益估算

序号

项目

年度值（万元）

生产符合

100%

1

销售收入

7300.00

2

销售税金及附加

962.51

3

成本总费用

1663.00

4

利润总额

4674.49

5

所得税

1542.58

6

税后净利润

3131.91

7

可供分配的利润

2656.12

7.1

盈余公积金

313.19

7.2

提取公益金

156.60

8

全部税金及附加

2505.10

第五章效益分析

从表4-3可知公司一年的生产成本为1663万元，而公司的总投资为1000万，虽然有差距，但公司可以通过资金回笼合理的流动起来，建立稳定的资金链。

从表4-5可以看出年效益初步估算在2600万左右，可以说未来发展情景相当理想。

随着社会不断的发展和进步，市场对新型复合材料的需要很大，公司建立在稳定的基础上可以继续扩大生产，在今后按照市场需求比例相应的增加设备扩大生产，加大在技术开发方面的力度，拥有自己的核心技术，保护自己的知识产权。

对于开发出来的创新产品应申请相关专利，以保障我们产品的唯一性，避免公司的利益受损。

电磁感应炉增加到4个，模具20套，叉车2辆，配料罐4台，总设备投入为1000万。

工厂进行年产2000吨Al基复合材料的生产，则年效益也将会达到3500万左右。

市场的发展不会以个人的意志而改变，它有自己的规律。

外部市场更是变幻莫测的，因此公司领导层必须及时掌握市场发展的最新信息，读懂国家政策，了解竞争对手状况，知道客户所求。

根据市场的变化而调整公司的战略计划，打好信息战。

公司要避免通货膨胀所带来的经济泡沫，而对于主要原料涨价因素，公司可以分批量先后购入，尤其是见行情有大涨的趋势时，应大量买入囤积，相信产品销售价格会随着主要原料的涨价而涨价，这是必存在的连锁反应。

在公司降低成本的前提下可以对客户实行优惠政策从而在激烈的竞争中增加产品的销售额，实现利益的最大化。

若出现销售量下降因素，公司首要任务是弄清楚产生的原因，如果是产品质量问题而引起的公司信誉下降，后果将是不堪设想的，公司必须从以下两方面着手，第一：

生产过程保证产品质量。

第二：

重新与客户商谈，修复公司的公关形象。

如果是经济萧条，就得减少产量，降低生产成本和公司费用支出。

5.1所处生命周期

5.2我国整体市场规模及增长速度

5.3需求量及其增长分析

5.4需求地域结构分析

5.5产品结构分析

5.6产量及其增长分析

5.7生产区域结构分析

5.8供需平衡分析

5.9我国出口及增长情况

2006-2009年铝基复合材料出口数量及增长率

2006-2009年铝基复合材料出口金额及增长率

5.10进口分析

2006-2009年我国铝基复合材料类产品进口数量及增长率

2006-2009年我国铝基复合材料类产品进口金额及增长率

5.11同类产品竞争群组分析

由于市场对新型复合材料的需要很大，我们还可以继续扩大生产，第二年多投放设备，电磁感应炉增加到4个，模具20套，叉车2辆，配料罐4台，总设备投入为1000万。

工厂进行年产2000吨Al基复合材料的生产，则年效益也将会达到3100万左右。

另外我们也可以设计自己的模具，并申请相关专利，以保障我们产品的唯一性，这样带来的效益难以估计，也便于公司以后的发展。

而复合材料氧气瓶市场很大，开发此类产品则有重大的经济效益，复合材料制品的毛利均在50％以上。

国外缠绕机制造厂商为推销其制造设备，首次转让产品技术时价格很低（随生产线转让十几至几十万美元），但产品再改型换代则价