本發(fā)明屬于鋁合金增材制造，具體涉及含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金及其制備方法。
背景技術：
1、鋁合金由于密度低、比強度高以及優(yōu)異的耐腐蝕性能等，在汽車和航空航天等領域應用廣泛。增材制造鋁合金憑借其設計自由度高、近凈成型、生產周期短以及多功能集成等優(yōu)勢，進一步推動了鋁合金在復雜結構件、輕量化部件和功能集成部件中的應用，尤其在醫(yī)療器械和高端模具制造等領域展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢。但是，傳統(tǒng)的增材制造鋁合金由于強度較低，已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)對結構材料日益增長的性能需求。現(xiàn)有技術主要采用合金成分調控和疊加輔助工藝等方法解決相關問題：在合金成分調控方面，通過添加sc和zr等昂貴的金屬元素細化增材制造鋁合金的微觀組織，抑制裂紋等缺陷，提升合金的力學性能，但由于合金元素易在晶界處偏析而導致晶間開裂，同時合金元素的添加會加劇鋁合金的析出強化效應，導致絲材拉絲成型過程中容易開裂；在疊加輔助工藝方面，采用熱等靜壓、超聲波輔助和層間大塑性變形等工藝，減少內部孔隙和裂紋等缺陷，細化晶粒，減小微觀組織的各向異性，從而提高合金的力學性能，但卻導致設備成本和能耗提高，增加了制造周期和工藝復雜性，此外對于大尺寸工件，易受到設備尺寸的限制，難以實現(xiàn)整體材料的均勻調控。因此，如何在保證絲材的拉絲成型較好的前提下，不添加昂貴合金元素，降低生產成本，簡化制造工藝，實現(xiàn)材料整體組織和性能的均勻調控，最終獲得高強增材制造鋁合金，是本領域目前亟待解決的技術問題。
技術實現(xiàn)思路
1、為了解決上述技術難題，本發(fā)明提供了含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金，它的制備方法包括如下步驟：
2、步驟一、將鈦粉、硼粉和鈮粉預混后在球磨機中以50～70rpm的轉速均勻化混合2～4小時，得到ti-b-nb混合粉末，所述的鈦粉的純度為99.9wt.％，粒徑為50～300μm，在ti-b-nb混合粉末中的質量占比為20～30wt.％；硼粉的純度為99.9wt.％，粒徑為50～200μm，在ti-b-nb混合粉末中的質量占比為20～30wt.％；鈮粉的純度為99.9wt.％，粒徑為10～100μm，在ti-b-nb混合粉末中的質量占比為40～60wt.％；
3、步驟二、將粒徑為100～200μm、純度為99.9wt.％的鋁粉與步驟一獲得的ti-b-nb混合粉末按照四種質量比例分別在球磨機中以50～70rpm的轉速均勻化混合2～4小時后獲得al-ti-b-nb混合粉末1、al-ti-b-nb混合粉末2、al-ti-b-nb混合粉末3和al-ti-b-nb混合粉末4，其中，al-ti-b-nb混合粉末1中，ti-b-nb混合粉末質量占比為30wt.％，鋁粉質量占比為70wt.％；al-ti-b-nb混合粉末2中，ti-b-nb混合粉末質量占比為50wt.％，鋁粉質量占比為50wt.％；al-ti-b-nb混合粉末3中，ti-b-nb混合粉末質量占比為70wt.％，鋁粉質量占比為30wt.％；al-ti-b-nb混合粉末4中，ti-b-nb混合粉末質量占比為90wt.％，鋁粉質量占比為10wt.％；
4、步驟三、按照質量比6～10：6～12：15～24：60～68將步驟二獲得的al-ti-b-nb混合粉末1、al-ti-b-nb混合粉末2、al-ti-b-nb混合粉末3和al-ti-b-nb混合粉末4自下而上依次放入純鋁薄管后，采用封口機將純鋁薄管封口，獲得含有梯度分布混合粉末的鋁管；
5、步驟四、將商用7075鋁合金在680～760℃下加熱保溫熔化后，再加入步驟三獲得的含有梯度分布混合粉末的鋁管，所述的步驟三獲得的含有梯度分布混合粉末的鋁管與商用7075鋁合金的質量比為1：50～90，待含有梯度分布混合粉末的鋁管完全熔化后，再以20.25～20.39khz的頻率超聲處理3～5min、除渣精煉澆注后獲得含有納米顆粒增強的7系鋁合金鑄錠，按照質量百分比計，所述的商用7075鋁合金成分為：zn:5.1～6.1wt.％；mg:2.1～2.9wt.％；cu:1.2～2.0wt.％；si:≤0.4wt.％；fe:≤0.5wt.％；cr:0.18～0.28wt.％；ti:≤0.2wt.％；mn:≤0.3wt.％；al：余量；
6、步驟五、將步驟四獲得的含有納米顆粒增強的7系鋁合金鑄錠進行均質化和熱擠壓處理后獲得含有納米顆粒增強的7系鋁合金擠壓棒材，所述的均質化處理：在420～480℃下保溫20～28h后空冷，所述的熱擠壓處理：在400～470℃，擠壓比為10:1～18:1，擠壓速率為1.5～3.5m/min；
7、步驟六、將步驟五獲得的含有納米顆粒增強的7系鋁合金擠壓棒材在室溫下進行拉拔成型、中間退火和表面處理后獲得含有納米顆粒增強的7系鋁合金絲材，所述的拉拔成型：在室溫下拉拔4～8次，每次拉拔減徑率為10～19％；所述的中間退火：在400～450℃下保溫2～3h后空冷；所述的表面處理：包括機械刮削、表面清洗和鈍化處理；
8、步驟七、將步驟六獲得的含有納米顆粒增強的7系鋁合金絲材進行增材制造，獲得含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金，所述的增材制造為鎢極惰性氣體保護焊工藝，在流量為15～25l/min的氬氣保護下，電流90～140a，電壓9.5～13.5v，沉積速度90～210mm/min，送絲速度1800～3000mm/min，層間控溫80～120℃，沉積層數10～30層；
9、所述的含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金具有優(yōu)異的力學性能，抗拉強度≥321mpa；含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金內部組織中含有均勻分布的納米顆粒，納米顆粒的粒徑為50～650nm。
10、進一步地，步驟五所述的均質化處理：在480～520℃下保溫24～26h后空冷。
11、進一步地，步驟五所述的熱擠壓處理：在425～465℃，擠壓比為13:1～15:1，擠壓速率為2～3.2m/min。
12、進一步地，步驟六所述的拉拔成型：在室溫下拉拔5～7次，每次拉拔減徑率為15～18.3％。
1.含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金，其特征在于，它的制備方法包括如下步驟：
2.根據權利要求1所述的含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金，其特征在于，步驟五所述的均質化處理：在430～450℃下保溫24～26h后空冷。
3.根據權利要求1所述的含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金，其特征在于，步驟五所述的熱擠壓處理：在425～465℃，擠壓比為13:1～15:1，擠壓速率為2～3.2m/min。
4.根據權利要求1所述的含有納米顆粒的高強增材制造鋁合金，其特征在于，步驟六所述的拉拔成型：在室溫下拉拔5～7次，每次拉拔減徑率為15～18.3％。