铝及复合材料可行性研究报告

目录

第一章项目的目的和意义 (1)

1.1汽车业 (2)

1.2航空航天业 (3)

1.3其它 (3)

第二章生产技术方案 (5)

2.1生产制备方法 (5)

2.2原料 (5)

2.3生产工艺流程图 (5)

2.4生产具体工艺说明 (6)

2.5生产制备中存在的一些困难 (6)

2.6生产的注意事项与措施 (6)

第三章设备的选择 (7)

第四章成本核算 (11)

4.1 主要价格的数据 (11)

4.2设备表 ....................................................................................... 错误！未定义书签。

4.3 具体岗位配置及薪资 (11)

4.5生产成本 (12)

4.7损益估算 (13)

第五章环境保护 (14)

5.1 粉尘的污染及措施 (14)

5.2 噪声污染及措施 (14)

5.3 废渣及处理 (14)

5.4 废水及处理 (15)

小结 (16)

参考文献 (16)

第一章项目的目的和意义

复合材料是应现代科学发展需求而涌现出的具有强大生命力的材料，铝基复合材料是一种新型的复合材料。铝在制作复合材料上有许多特点, 如质量轻、密度小、可塑性好, 铝基复合技术容易掌握, 易于加工等[1]。此外, 铝基复合材料比强度和比刚度高, 高温性能好, 更耐疲劳和更耐磨, 阻尼性能好, 热膨胀系数低。同其他复合材料一样, 它能组合特定的力学和物理性能, 以满足产品的需要[2]。其以高比强、高比模、耐磨蚀等优异的综合性能在航空、航天、先进武器系统、汽车等领域有广泛的应用, 研究生产铝基复合材料可以为各领域提供优质的材料，在增强其适用性的同时，提高各类器具的使用性能。为各类开发、研究提供原材料[3]。

该材料既可直接浇铸成型成产品（如发动机活塞、水套），也可用于变形加工（如轧制、挤压）。SiCp/Al复合材料活塞，可采用直接浇铸成型的方法制造，能大大提高生产成品率，提高活塞耐磨耐热性，减小热膨胀系数，还可在保证刚度的前提下，减小壁厚，降低重量，节约原材料。SiCp/Al复合材料缸体，比镶铸铁缸衬缸体减重40%，节省燃油10%以上等。

因此, 铝基复合材料已成为金属基复合材料中最常用的、最重要的材料之一，是国内外十分重视发展的先进复合材料。

中国扩大内需政策成为行业发展长期内生动力。目前，我国已进入经济结构调整阶段，作为三驾马车之一的消费作用越来越凸显，通过扩大内需以消费拉动经济增长已成为必然趋势。“十二五”规划纲要中提出要建立扩大消费需求的长效机制，把扩大消费需求作为扩大内需的战略重点，未来几年将进一步增强居民消费能力，改善居民消费预期，促进消费结构升级，释放城乡居民的消费潜力。

行业政策背景利好。我国的铝基复合材料行业已经具备了较为完善的基础条件，良好的社会经济环境，广阔的市场空间，完善的工业配套体系，国家历来重视该领域的发展，相关引导和鼓励性政策频频发布，为行业发展注入政策动力。各项政策直接或间接的表明了行业

产品的重要性，行业企业将受益于以上政策。

技术进步成为提升产品竞争力的关键。“十一五”期间，在科技创新的引领下，项目所属行业科技发展取得了长足的进步，行业在产品结构调整、转变生产发展方式等方面成效显著。产品品种不断丰富，创新结果应用越来越多，尽管如此，我国这类产品整体技术水平仍待提高。

随着增强体与基体结合理论的进一步研究, 成本更低的增强体和制备工艺的不断开发, 加上废品回收再利用等, 铝基复合材料在保持优异性能的同时, 成本将更加低廉, 其应用领域将越来越广。

SiCp/Al 复合材料性能优良, 制造工艺比较简单,成本较低, 作为工程材料, 可望在机械、冶金、建材、电力等工业部门得到广泛的应用, 取得巨大的经济效益和社会效益。铝基复合材料的时代正在到来,它将在更广泛的领域得到应用, 在现代化建设中发挥更大作用。中国复合材料的研究发展在世界上已占有举足轻重的一席之地, 2001年在中国举办ICCM213对中国复合材料的研究应用、产业发展起到积极的促进作用, 是我们一次难得的机遇。

这几十年当中, 铝基复合材料产品已经渗透到汽车业、航空业、高速机械加工、电子业以及体育器材等广泛的民用工业领域,铝基复合材料独特的优良性能使其在这些领域仍具有较大的应用潜力。可以从以下几个方面可以看出其的商业价值[4][5][6]：

1.1汽车业

在汽车工业发展轻量化的趋势铝基复合材料在很多范围内替代铝合金、钢和陶瓷等传统的汽车材料，用于汽车关键零件特别是高速运动零件，对减小质量、减少运动惯性、降低油耗、改善排放和提高汽车综合性能等具有非常积极的作用，在汽车领域有着良好的应用前景。

铝基复合材料在汽车行业因为它的耐磨性和耐热性高、重量轻的优点, 因此铝基复合材料主要用于需要减轻重量的刹车系统。铝基复合材料制造的刹车转子重量仅为一般材料的33%-60%，同时这种刹车转子耐磨性相当好，使用寿命特别长，赢得消费者的青睐。目前每年需

要刹车转子上亿个，市场潜力非常大。

铝基复合材料具有优良的热稳定性、抗疲劳断裂性和耐腐蚀性，因此非常适用制作发动机的活塞目前他们和其它汽车制造商每年在日本制造并卖出大约30万个这种活塞，市场相当可观。

还可用它设计成连接活塞和凸转轴(分配控制轴)的发动机部件的连接杆，连接杆可大幅度降低往复质量、提高发动机转速, 进而减少振动、简化发动机的结构，采用这种新连接杆制作新型高能发动机已经被大量使用。

还可以用于汽车雪轮胎上的橡胶钳钉和其它零件的生产，而这种钳钉每年具有上百万吨甚至上千万吨的市场需求。

据2012年看，中国汽车产销量超过1900万辆，居世界第一。其它地区汽车产销量也在逐年增长。这些可观的汽车销售市场必然带动铝基复合材料的的经济发展。

1.2航空航天业

使用铝基复合材料制造的飞机发动机部件吸引了军用飞机制造者的注意力，用这种复合材料制作的发动机大大减轻了飞机的质量，增加了燃料储备量，目前大部分飞机已采用此材料制备的发动机。

铝基复合材料具有重量轻、散热性能优良的特点, 因此也适于用作支撑结构, 如战术空对地导弹头的支撑结构、飞机上的电子设备支架、印刷线路板、多芯模块、导向系统外壳等。铝基复合材料还可应用于航天飞行器,特别是对于工作周期较长的遥感卫星来说很有意义。

我国经济和军事将得到进一步的发展,许多领域尤其是航空航天、军工、电子及汽车工业,它们的发展无疑要对其所应用的材料提出更高要求,这种要求提供了铝基复合材料的发展机遇。

国外也重视这方面的研究，美国国防部每年投大量资金用于铝基复合材料的研究，并且逐年增加。

1.3其它

根据其各种良好性能，还可以制造用于自行车框架，自行车形状复杂的小零件如齿轮等，还广泛用作摩托车、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。现在中国的自行车产量、消费量、出口量均居世界第一。自行车价格较为便宜，赢得百姓青睐。目前中国老百姓拥有5亿多辆自行车，是普通百姓们必备的交通工具。而且年出口达到2000万辆。我国摩托车的年产量超过2700万辆。市场巨大。其它割草机、油锯、森林灭火机等都具有巨大潜在市场。

2000年美国铝基复合材料的生产总值已达到了200亿美元，随着技术和经济的发展，到今年至少也得翻上一倍，可以说至少也是400

亿美元。中国与日本的年生产总值至少各达到300亿美元。

《2012-2016中国铝基复合材料(铝基复合材料行业调研分析)行业分析及投资战略研究报告》对中国铝基复合材料(铝基复合材料行业调研分析)行业现状、市场各类经营指标发展变化、关联产业发展状况、重点区域市场状况、消费者策略、产业竞争格局等内容进行详细阐述和深入分析，着重对2011市场发展动向作了详尽深入分析，并根据铝基复合材料行业发展轨迹及多实践经验对铝基复合材料未来发展趋

势作了审慎判断，为铝基复合材料产业投资者寻找新投资亮点。研究报告最后阐明铝基复合材料行业投资空间很大。

我国铝基复合材料市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励铝基复合材料产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对铝基复合材料市场的关注越来越密切，这使得铝基复合材料市场越来越受到各方的关注。

第二章 生产技术方案

2.1生产制备方法

采用液态金属搅拌铸造技术制造铝基复合材料 产值：1000吨 液态金属搅拌铸造法是一种适合于工业规模生产颗粒增强金属基复合材料的主要方法，它工艺简单、制造成本低廉、生产效率高，适用于多种基体和多种颗粒，最具有竞争力。基本原理是将颗粒直接加入到集体金属溶液中，通过一定方式的搅拌使颗粒均匀地分散在金属熔体中，然后浇铸程锭坯、铸件等。 2.2原料

铝锭、碳化硅微粉、水、添加剂等 2.3生产工艺流程图

图2-1生产流程图

500目碳化硅粉准备

铝锭粉碎

冷却后开模

产品整形

电磁感应炉加热熔融

毛坯休整

成品检验 模具设计

浇注到预先准备好的模具中

加热回火处理

成品出库

2.4生产具体工艺说明

将铝锭粉碎，然后加入至电磁感应炉中加热、熔融，同时在保护气体的作用下将焙烧、捣碎、搅拌、筛分好的500目碳化硅粉也加入至炉中金属液中，金属液炼好后，将混合液倒入电磁感应炉中进行二次熔炼，熔炼完毕后倒入砂模冷却、定型后开模，将得到的粗坯进行休整，然后把休整好的产品进行加热回火处理得到成品，最后对成品检测。

2.5生产制备中存在的一些困难

（1）为了提高增强效果要求加入尺寸细小的颗粒，10-30um之间的颗粒与金属熔体的润湿性差，不易进入和均匀分散在金属熔体中易产生团聚。

（2）强烈的搅拌容易造成金属熔体的氧化和大量吸入空气.

2.6生产的注意事项与措施

（1）在金属熔体中添加合金元素。合金元素可以降低金属熔体的表面张力。例如在铝熔体中加入钙、镁、锂等元素可以明显降低熔体的表面张力，提高对陶瓷颗粒的润湿性，有利于陶瓷颗粒在熔体中的分散，提高其复合效率。

（2）颗粒表面处理。比较简单有效的方法是将颗粒进行高温处理，是有害物质在高温下挥发脱除。有些颗粒，如二氧化硅薄层，可以明显改善熔融铝合金基体对颗粒的润湿性。

（3）复合过程的气氛控制。由于液态金属氧化物阻止金属与颗粒的混合和润湿，吸人的气体又会造成大量的气孔，严重影响复合材料的质量，因此要采用真空、惰性气体保护来防止金属熔体的氧化和吸气。

（4）有效的机械搅拌。强烈的搅动可使液态金属以高的剪切速度流过颗粒表面，能有效改善金属与颗粒之间的润湿性，促进颗粒在液态金属中的均匀分布。通常才去高速旋转的机械搅拌或超声波来强化搅拌过程[7]。

第三章 设备的选择

表3-1 所需设备表

编号 设备名称 型号 数量 备注

价格（万元）

总价（万元） 1 电磁感应炉 zg-0.55l

b 1

铝锭的加热熔融 90

248.85

2 电阻炉

RJ2-75-9 1

加热回火处理

6.2 3 金属搅拌器

250L 1 搅拌铝浆调整粘度，和使原料充分混合

0.85 4

模具

不限 15套 根据市场的需要选择不同形状的

模具

1.5

5 粉碎机 QYM650 1 铝锭粉碎

3.5

6 配料罐

2 盛放SiCp 粉体、铝锭

6 7 机床 CkA6180 1 用于毛坯休整、产品整形 30 8 机械打磨、抛光机 2 毛坯修整 10 9 叉车 CDD 1 用于运输成品 3 10

WDW-200电子万能拉伸试验机

1

测试材料的拉伸性能

15 11

XJG-05卧式金相显微镜

1

测复合材料的SiC 分布状况、孔隙率大小、变质和细化效果 4.8

12 SHR-250布洛维硬度计

1 测试材料的硬度性能 27 13 卧式热处理炉

HH-J150 1 热处理 50 14

GMC 型脉冲式除尘器

1

对生产过程的粉尘进行处理

1

主要设备说明：

一、电磁感应炉

型号说明与主要技术指标

ZG-0.55LB半连续式真空感应电炉是在真空条件下利用中频感应加热原理进行熔化金属的现代化设备。由于它能严格控制熔炼温度和合金成份，并具有电磁搅拌和强大的高真空脱气能力，因此广泛用于冶金厂和有关科学研究部门作为镍基、铁基及其它高级精密合金或高纯度金属在真空条件下或充保护气氛情况下进行的熔炼和浇铸。

1、型号说明：

1)型号与主要技术指标

例如：ZG-0.55LB表示：0.55吨真空感应熔炼炉，立式结构，可控硅中频电源。

2)主要技术指标：

名称参数备注

额定容量550 Kg

熔化温度800℃熔铝

最高熔化温度2000℃与坩埚材料有关

熔化保护气氛类型真空/惰性气体（氩气.氮

气、氦气）

极限真空度≤6.67× Pa

工作真空度≤6.67× Pa

主真空系统三级真空泵

辅助真空系统一级真空泵

电源输出最大功率KGPS-160KW

中频电源频率1000Hz

工作电压375V

熔化变压器容量200KVA

输入电压/频率380V 50Hz

熔化率260Kg/h

单耗500 KW.h/t

测温范围0--2200℃

测温装置嵌入式热电偶和红外线测温仪

浇注方法流槽定点

熔炉倾斜度前倾95°后倾15°

电气控制方式PLC或工业PC

倾炉液压

冷却水量：12t/h

最高进水温度5℃-35℃；

出水温度<55℃.

进水压力0.2—0.4MPa;

2、主要原理及用途

在真空条件下，利用中频感应加热的原理，将置于坩埚中的金属炉料在感应线圈产生的交变磁场作用下熔化，在熔炼室和铸锭室的压力达到平衡时打开隔离阀，熔融后的铜液经过液压传动倾炉，浇注在锭模车上的锭模中，关闭中间隔离阀门，在熔炼室不破坏真空的情况下再进行抽真空、加料、再熔炼等操作过程，而此时可在一定时间打开炉门，将锭模车移至炉外，取走铸锭。铸锭取走后，将空铸锭模置于锭模车上，将锭模车开回锭模室，关闭炉门，用辅助真空系统对锭模室抽真空，使之达到一定的真空度，以便在浇注时打开中间阀门，将锭模车开至浇注位置，进行一下轮操作，即半连续作业。

ZG－0.55LB半连续真空感应熔炼炉的使用温度一般取决于坩埚材料，当用氧化镁做坩埚材料时，冶炼温度最高可达到1650℃；用氧化锆做坩埚材料时可达1900℃，而当用石墨坩埚可达到2000℃，用户可根据自己熔炼的材料来选择坩埚材料种类。ZG－0.55LB半连续真空感应熔炼炉是一种具有用途广、适应性强、

生产效率高、使用方便、合金成份均匀及占地面积小，使用维护方便等优点的真空冶炼设备。

3、主要配置及功能

配置形式：立式三室组合结构，即加料室、熔炼室、锭模室通过真空隔离阀连接，配套真空、液压、充气、水冷却、电源电控等系统构成完整设备。

加料室：冶炼过程中实施原料或合金料加入，其次进行测温和取样。

熔炼室：加热、熔化、充气、翻炉浇铸、坩埚更换。。

锭模室：即浇铸室，锭模放入和移出。

真空系统：满足各室抽空、真空度测量、测漏。

液压系统：炉盖锁紧、倾炉、真空阀开闭、液压马达运行。

充放气系统：惰性气体保护或者气氛冷却。

水冷却系统：所有炉体受热部位冷却、供电电缆母排冷却。真空泵冷却。

电源和电控系统：供电、变频、各系统控制。

感应坩埚：合金料感应加热熔化。

观察摄像系统：人工目视操作、远程监视。

辅助设施：a 流槽/坩埚烘烤站。b 拆炉打炉站

二、金属搅拌器

电磁搅拌器一般由低频电源装置、感应器和冷却系统组成。低频电源装置把50Hz的工频电转换成两相正交的低频率电源，频率根据炉子的大小、感应器的结构来确定，一般在0.5~5Hz之间选取。感应器置于炉子的底部，由铁心和线圈构成。冷却系统用于冷却线圈和铁心，使线圈和铁心不因过热损坏。

电磁搅拌器的工作原理与直线电动机的工作原理相似，感应器相当于电机的定子，铝熔液相当于电机的转子，炉底的厚度决定了电机的气隙，因此，它相当于一个气隙很大的直线电动机。当在感应器线圈内通入低频电流时，就会产生一个行波磁场，这一磁场穿过炉底，作用于铝熔液，在铝熔液中产生感应电势和电流，这感生电流又和磁场作用产生电磁力，从而推动铝熔液定向流动，起到搅拌作用。

因此电磁搅拌是靠电磁力对金属液体进行非接触搅拌的，不会象用铁耙搅拌那样污染熔体。通过改变电流的大小即可调整搅拌力，改变两相电流的相位即可

改变搅拌方向，因此搅拌方便而充分，使熔体的温度和合金成分均匀，这在铝熔铸过程中是很重要的。

第四章成本核算

4.1 主要价格的数据

由设备表3-1得：设备的总价为248.85万元

铝锭14500元/吨; 碳化硅微粉9800元/吨。模具费(设计,制作)，1000元/套(砂模)，包装费300元/吨，电能消耗3000度/吨，加工费用2000元/吨.废品率在8%。如果让国人销售价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200t，销售价为7万/t的年产300t，销售价为8万/t的年产500t

4.3 具体岗位配置及薪资

表4-2岗位配置图工资表

编号岗位人数月工资（单位

/元）

总计（单位/

万元）

1 总经理 1 8000 0.8

2 各部主任 4 5000 2

4 质检 1 3500 0.35

7 生产25 3000 7.5

8 销售 4 3000 1.2

9 会计 1 3500 0.35

10 出纳 1 3500 0.35

11 人事处 1 4000 0.8

12 保卫处 1 3000 0.6 总计39 13.95

人员组成：总经理1人，四个部各设主任一位，经营部（销售4人），生产部（生产25人，质检1人），财务部（会计1人，出纳1人），办公室（人事处1人，保卫处1人，）公司合计人员39人。

4.4 年终奖及提成

为完善激励机制和公司分配政策，促进全员营销不断加大营销力度、持续创造业绩，增强公司营销优势，对营销人员实行营销提成工资制度

4.5生产成本

表4-3 生产成本

序号项目单位年耗量单价/元总价/万

元

备注

1 原材料1156 1=1.1+ 1.2+1.3

1.1 铝锭吨600 14500 870 1.2 碳化硅吨200 9800 196

1.3 添加剂吨200 4500 90

2 包装费吨1000 300 30

3 电费万度300 8000 240

4 其他费用吨1000 2000 200

5 工资月12 139500 167.4

6 提成、年

终奖及福

利

季度 4 150000 60

7 折旧费年20

8 维修费年8

生产成本1881.4 各项总

和

4.6 年度销售收入的估算

表4-4 收入估算

序号项目年度值（万元）备注

生产符合100%

1 销售收入7460 1=1.1+1.2+ 1.3+1.4

1.1 7.3万/t 7300

1.2 2万/t的废品80t 160 废品率为

8%

2 增值税892.71

2.1 销项税1060.68

2.2 进项税167.97

3 附加税107.13 税率为12%

4.7损益估算

表4-5 损益估算表

序号项目年度值（万元）

生产符合100%

1 销售收入7460.00

2 附加税107.13

3 成本总费用1988.53

4 利润总额5311.47

5 所得税1865

6 税后净利润3606.47

7 盈余公积金360

8 提取公益金180

9 全部税金及附加1972.13

4.8经济效益

从4.5生产成本表可知公司一年的生产成本为1881.4万元，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。

1、投资利润

投资利润率=（税后净利润/总成本）*100%=（2606/3814）*100%=68.32%

2、市场稳定性分析

当产品售价下降10%，即产品销售收入为6714万元时，投资利润率为56.27%；当原料售价上涨10%，即总成本为1997万元时，投资利润率为62.87%。

由市场稳定性分析可知，售价下降时对利润的影响更大，但投资利润率仍然很高，所以投资是安全的。平均利润率不会低于50%，投资两年即可收回成本，两年之后，可以考虑扩大再生产。

第五章环境保护

根据《建设项目要遵循环境保护设计规定》、GBJ-73《工业三废排放标准》建设项目必须符合国家规定。而铝基复合材料生产过程中主要存在着粉尘污染、噪声污染、固体废物的污染、废水等。所以采取以下措施进行保护：

5.1 粉尘的污染及措施

5.1.1 粉尘的污染

生产过程中对铝锭的粉碎，碳化硅粉的装卸，碳化硅粉和铝锭粉的混拌及熔融会产生大量的粉尘对空气造成污染。

5.1.2 除尘措施

1）为了不造成粉尘外扩以致污染周围环境，尽量采用封闭式的加工工艺。并在工厂周围种上大量的吸尘植物。

2）对工作人员配备口罩等呼吸过滤用品

3）配备相应的除尘装置。回收到的废料可再做原料铝基复合材料的原料。也可外售耐火材料厂生产耐火材料。

5.2 噪声污染及措施

生产过程中铝锭粉碎时粉碎机、毛坯修整时机械打磨机和抛光机等会产生噪声。除尘器通风管也会产生一定的空气动力性噪声。

噪声对人体生理，人体心理有影响，对胎儿发育和儿童成长也有影响，也影响着人们的生产活动。根据GB 12348《工业企业厂界噪声标准》做以下处理：

1）对厂房建筑采取隔音吸声设计，在四面墙壁表面采用多孔材料吸声结构，或者采用薄板共振的吸声结构。

2）粉碎机可选用低噪音机型。

3）在除尘器通风管上装置消声器

4）在厂房周围种植大量降音植物

5.3 废渣及处理

5.3.1 在毛坯修整、产品整形时会产生一定的废渣，生活垃圾。

5.3.2 对于毛坯修整、产品整形时会产生一定的废渣，可以收集

再次熔融进行铸造生产。也可外售耐火材料厂生产耐火材料。

对于生活垃圾收集后送往垃圾处理厂。

5.4 废水及处理

5.4.1 主要来源于地面的清洗用水和全职工生活用水。

5.4.2 处理：可以自建沉淀池，让欲沉淀处理的水在池中缓慢流动，经过过滤后循环利用。

小结

参考文献

[1] 侯丽丽, 尹志新, 樊新波.铝基复合材料的研究现状及发展.热加工工艺,2008,第37 卷第10 期:84-88

[2] 欧阳柳章, 罗承萍, 隋贤栋, 骆灼旋.SiCp/Al复合材料的制造

及新动向.铸造,2000,第49 卷第1期：17-20

[3]白芸,韩恩厚,谭若兵,毕敬.铝基复合材料性能的研究现状.材料保护,2003,第36卷第9期:5-18

[4]高静微,屈树岭.金属基复合材料( MMCs)的应用现状与市场前景. 稀有金属,1997,第21卷第4期:277-296

[5]王英杰,龙文元,罗燕.飞灰空心微珠/铝基复合材料的国内外发展

概况.材料热处理技术,2008,第37 卷第6 期:92-95

[6]欧阳求保，王文龙，吴军华，张国定.铝基复合材料的摩擦磨损特性及其在汽车工业中的应用前景.汽车工艺与材料,2002,第8/9期：

92-95

[7]张玉龙.先进复合材料制造技术手册

[8]王莹，刘向东.碳化硅颗粒增强铝基复合材料的现状及发展趋势[J].铸造设备研究，2003,3:18220

[9]张发云，闫洪，周天瑞等.SiC/Y112铝基复合材料制备工艺及性能[J].南昌大学学报理科版，2007,311:53256

[10]王丽娟.我国中小企业人力资本与公司绩效关系研究[D].暨南大

学2008

[11]杨抚生.引导中小企业可持续发展的税收对策[J].税务研究2005（10）