铝及复合材料可行性分析报告(优秀可行性分析报告).doc
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1、26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: 2627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31.1 项目名称.31.
2、2 项目背景.41.3 项目建设意义.41.4 项目拟建地区和地点 .41.5 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42.2国外市场调查5第3章 产品技术方案53.1 产品介绍5. 3.2 生产工艺流程.63.3 主要工艺设备选择7.3.4 主要原材料及辅助材料.83.5 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.94.4 年度销售收入的估算104.5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
3、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、AlN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
4、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
5、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,
6、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
7、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
8、内电镀硬铬。该工艺的主要问题是成品率低,仅达5070,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
9、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
10、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
11、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,
12、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
13、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
14、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3.5 h,并随炉冷却至室温。然后,使用S62-7
15、.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1200 r/min,搅拌时间为3 水平25 min。,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。
16、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1 839 N,加载时间为30 s, 选用直径为2.5 mm 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
17、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变质孕育重熔升温出气变温搅拌加入SiC浇注调整Si、Mg含量回收熔化 铝合金质检冷却开模毛坯修整加热回火处理产品整形成品检验成品出库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L
18、eitz-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,
19、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10m25m,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1 6061Al 合金的化学成分(质量分数,%)SiFeCuMgMnZnTiAl0.40.80.70.150.40.81.20.150.250.15balance表2 增强相SiC 的物理性质 增强相晶系密度/(gcm-3)强度/ GPa弹性模量/ GPa熔点/热膨胀系数/10-6KSi
20、C六角3.252.157027302.53.5 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58万/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
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