镁基复合材料-项目简析

镁基复合材料-项目简析

————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：

商丹循环工业经济园区

年产5万吨镁基复合材料

项目简析

1、项目名称：

商丹园区年产5万吨镁基复合材料项目

2、产业政策：

复合材料是国家发改委大力倡导和积极支持的高科技产品，项目属于《产业结构调整指导目录》（2011）鼓励类项目。

3、产品及用途：

金属复合材料属于复合材料的一类，是一门相对较新的材料学科，仅有40余年的发展历史。单一的金属、陶瓷、高分子等工程材料难以满足对材料的多方面性能要求，复合材料因此被积极研发。

金属复合材料是指利用复合技术将多种性能不同的金属、非金属在界面上实现冶金结合而形成的材料，能够极大地改善单一金属材料的热膨胀性、强度、断裂韧性、冲击韧性、耐磨损性、电性能、磁性能等诸多性能。按基体类型分，主要有铝基、镁基、锌基、铜基、钛基、镍基、耐热金属基、金属间化合物基等复合材料。目前铝基、镁基、钛基、镍基复合材料发展较为成熟。

镁基复合材料主要以镁铝合金为基体，以陶瓷颗粒、纤维或

晶须作为增强体。制成的镁基复合材料，集超轻、高比刚度、高比强度于一身，该类材料比铝基复合材料更轻，具有更高的比强度和比刚度，成为航空航天等领域的优选材料。

4、市场分析：

镁基复合材料正成为继铝基之后的又一具有竞争力的轻金属基复合材料，因其密度小(1.74 g／cm3)，仅为铝的2／3，且比镁合金具有更高的比强度、比刚度、良好的阻尼性能和电磁屏蔽等性能和耐高温性能，在航天、航空、电子、汽车、轮船、先进武器等方面均具有广泛的应用前景。

近年来，镁基复合材料下游行业需求增长带来镁基复合材料市场需求的扩张，行业销售增长明显，产品供不应求。在国家“十二五”规划和产业结构调整的大方针下，镁基复合材料面临巨大的市场投资机遇，行业有望迎来新的发展契机。

5、生产工艺：

镁基复合材料的增强体主要有长纤维、短纤维、颗粒和晶须等，其中颗粒增强金属基复合材料制备工艺简单、成本较低微观组织均匀、材料性能各向同性且可以采用传统的金属加工工艺进行二次加工等优点，成为金属基复合材料领域最重要的研究方向，正在向工业规模化生产和应用发展。

5.1常用的基体镁合金

镁基复合材料要求基体组织细小、均匀，基体合金使用性能良好。根据镁基复合材料的使用性能，对侧重铸造性能的镁基复

合材料可选择不含Zr的铸造镁合金为基体；侧重挤压性能的则一般选用变形镁合金。这些基体镁合金主要有镁铝锌系(A731、AZ61、AZ91)、镁锌锆系、镁锂系、镁锌铜系(ZC71)镁锰系、镁稀土锆系、镁钍锆系和镁钕银系等。纯镁的强度较低，不适合作为基体。

5.2常用的颗粒增强体

根据镁基复合材料的使用性能、基体镁合金的种类和成分来选择所需的颗粒增强体，要求增强体与基体物理、化学相容性好，应尽量避免增强体与基体合金之间的有害界面反应，并使其与基体润湿性良好，载荷承受能力强等。

选择所需的颗粒增强体包括：

①碳化物SiC颗粒

②硼化物TiB2颗粒

③氧化物MgO

④金属间化合物Mg2Si

制备方法可分为外加颗粒和原位内生颗粒法两种。

5.3工艺方法

5.3.1粉末冶金法

粉末冶金法是把微细纯净的镁合金粉末和增强体颗粒均匀混合后在模具中冷压，然后在真空中将合体加热至合金两相区进行热压，最后加工成型得复合材料的方法。该法工艺设备较复杂，成本较高，不易制备形状复杂的零件。

5.3.2熔体浸渗法

包括压力浸渗、无压浸渗和负压浸渗。压力浸渗是先将增强颗粒做成预制件，加入液态镁合金后加压使熔融的镁合金浸渗到预制件中，制成复合材料采用高压浸渗，可克服增强颗粒与基体的不润湿情况，气孔、疏松等铸造缺陷也可以得到很好的弥补。无压浸渗是指熔的镁合金在惰性气体的保护下，不施加任何压力对增强颗粒预制件进行浸渗。该工艺设备简单、成本低，但预制件的制备费用较高，因此不利于大规模生产。

5.3.3全液态搅拌法

在保护气氛下，将增强颗粒加入熔融的镁合金基体中，再进行机械搅拌，最后浇铸成型。此方法设备以及工序简单，成本也较低，但在搅拌的过程中容易产生气孔，另外由于增强颗粒与基体的密度不同易发生颗粒沉积和团聚的现象。

5.3.4半固态搅熔铸造法

半固态搅熔铸造法是指将增强颗粒加入由机械搅拌的半固态基体中，待混合均匀后升至熔点温度浇铸，凝固后得到镁基复合材料的方法。此方法可以避免全液态搅拌法易产生气孔和发生颗粒沉积及团聚的现象。该工艺较有利于大规模工业生产。5.3.5喷射沉积法

此工艺首先用高压的惰性气体流将液态镁合金雾化，形成熔融状态的镁合金喷射流，同时将增强颗粒喷入镁合金喷射流中，使颗粒和基体的混合体沉积到衬底上，凝固后得到镁基复合材

料。该工艺所制备的复合材料颗粒在基体中分布均匀、凝固快，界面反应较少。此方法技术要求高、成本大。

综合考虑，拟选用半固态搅熔铸造法。

6、原材料供应：

主要原料镁铝合金依托产业链前端的“商丹园区年产10万吨镁铝合金项目”；所需的颗粒增强体主要通过外购解决。

7、项目选址：

项目拟建于商丹循环工业经济园区内，以大企业引领、园区承载、集群化发展的模式，形成金属镁→镁合金→镁基复合材料循环发展产业链。

8、能耗状况：

产品生产过程中用电量较大。

9、环境影响：

本项目运用物理工艺将镁铝合金加工成镁基复合材料，生产过程无化工工艺，不使用有毒有害物质，所以企业无特别污染物排放。一般污染物有：粉尘、废水和生产过程中产生的噪音。

10、经济及社会效益预测：

项目总投资约1.8亿元。建成达产后，预计年销售收入可达13亿元，实现净利润0.5亿元，上缴各类税金0.6亿元。