本發明屬于鋁合金制備，具體涉及一種高強度鋁合金材料及其制備方法。
背景技術：
1、3d打印技術，又稱增材制造(additive?manufacturing，am)，其大體原理為：以數字模型文件為指令、以數字技術材料打印機為設備、以金屬或塑料等可粘合粉末為材料，通過逐層打印的方式，來快速地構造獲得零件產品。3d打印是一個將材料逐層堆積制造物體的過程，而不是傳統的減法制造方法。3d打印不需要原坯和模具，設計更為靈活。
2、目前較為成熟的3d打印方法激光選區熔化技術，即slm技術，其工作方式為：采用精密聚焦的激光光斑，快速熔化預置鋪好的一層層金屬粉末，可以直接獲得任意形狀的零件產品。鋼、鈦合金、鋁合金是比較常見的金屬類可粘合粉末，其中，鋁合金具有密度低、比強度高、韌性好和耐腐蝕等優點，是航空航天、交通運輸、機械制造行業中不可缺少的重要結構材料。因此，通過3d打印獲得高強度鋁合金材料具有廣闊的應用前景。
3、與不銹鋼、鈦合金等其他金屬材料相比，鋁合金具有導熱系數高、成型性能好等優點，但是，鋁合金對激光的反射率較高、對激光的吸收率較低、易氧化以及具有較高的導熱系數，在3d打印過程中經常發生開裂、翹曲、變形、球化等現象，打印構件存在致密度低、脆化、翹曲、開裂等問題，是3d打印技術中最難打印的材料之一，最終獲得的產品往往強度不夠，無法滿足航空航天等領域的高端品質需求。因此，開發適用于3d打印技術的鋁合金材料具有非常重要的意義。
4、專利cn110423923b公開了一種適用于3d打印的鋁合金，與alsi10mg合金相比，本發明合金中mg元素含量的提高，以及微量sc和zr元素的引入，使得該專利合金的屈服強度有所提高。該專利合金中si元素含量離共晶成分不遠，在3d打印過程具有較好的工藝特性，打印過程開裂傾向較低。該專利合金與alsi10mg合金相比，引入微量的sc和zr元素，可以顯著改善合金的各向異性。但是該專利記載的3d打印獲得鋁合金材料的抗拉強度低于500mpa，屈服強度低于300mpa，斷后伸長率不高于8.0％，仍然無法滿足航空航天等領域的高端品質需求。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種高強度鋁合金材料及其制備方法，經3d打印技術獲得，強度高，滿足航空航天等領域的高端品質需求。
2、為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：
3、一種高強度鋁合金材料的制備方法，先將以下質量百分數的組分通過水霧化法制備鋁合金粉末：cu?4.1～4.5％，mg?2.8～3.1％，cr?2.5～2.8％，si?1.2～1.5％，mn?1.0～1.2％，sc?0.3～0.5％，zr?0.1～0.2％，mo?0.08～0.1％，ce?0.05～0.07％，yb?0.05～0.07％，余量為al；再將鋁合金粉末與bw2(硼化二鎢)、vb2(二硼化釩)、聚丙烯腈混合得到混合粉，采用slm金屬打印機進行3d打印，熱處理，得到鋁合金材料。
4、優選的，所述鋁合金粉末是通過以下方法制備得到的：將配方量的各組分混合加熱至1000～1100℃，保溫50～60分鐘，得到熔融液；水霧化熔融液，干燥，即得所述的鋁合金粉末。
5、進一步優選的，采用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液進行水霧化，水霧化條件如下：熔融液流直徑為25～30mm，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液的溫度為30～40℃，壓力為90～100mpa，流量為180～190m3/h，噴射角度20～23°。
6、更進一步優選的，檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液的濃度為0.1mol/l，ph＝4.4。
7、優選的，鋁合金粉末、bw2、vb2、聚丙烯腈的質量比為1：0.1～0.2：0.1～0.2：0.1～0.2。
8、優選的，bw2、vb2的粒徑為1500～2000目。
9、優選的，所述混合粉是通過以下方法制備得到的：先將鋁合金粉末超聲分散于十二烷基苯磺酸鈉水溶液中，得到鋁合金分散液；再將bw2、vb2超聲分散于去離子水中，得到懸浮液；然后將懸浮液、聚丙烯腈溶液加入鋁合金分散液中，充分攪拌，過濾取固體，干燥，即得。
10、進一步優選的，鋁合金粉末與十二烷基苯磺酸鈉水溶液的用量比為1g：3～4ml，十二烷基苯磺酸鈉水溶液的質量濃度為1～2％；bw2、vb2、去離子水的用量比為0.1～0.2g：0.1～0.2g：0.4～0.5ml；聚丙烯腈溶液的用量為鋁合金分散液體積的1/3～1/2，所述聚丙烯腈溶液是將聚丙烯腈溶于其5～6倍重量的二甲基亞砜中而得。
11、進一步優選的，充分攪拌的工藝條件為：400～500r/min攪拌3～4小時。
12、優選的，采用slm金屬打印機進行3d打印的具體參數如下：激光功率300～350w，激光掃描速率800～900mm/s，激光掃描間距80～90μm，每層混合粉成型厚度為30～40μm，層間旋轉角度為60～62°。
13、優選的，slm金屬打印機的基板在使用前預熱至150～160℃。
14、優選的，熱處理的具體流程如下：
15、(a)以8～10℃/min升溫至170～180℃，保溫2～3小時；
16、(b)以15～18℃/min降溫至-30～-40℃，保溫3～4小時；
17、(c)轉移至放電等離子燒結爐中保溫，脈沖電流密度為250～280a/cm2，溫度為180～200℃，升溫速率為45～50℃/min，保溫時間為40～50分鐘；
18、(d)以25～30℃/min升溫至280～300℃，保溫1～2小時；
19、(e)自然冷卻至室溫。
20、一種高強度鋁合金材料，是通過前述制備方法得到的。
21、與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
22、本發明先將特定配比的cu、mg、cr、si、mn、sc、zr、mo、ce、yb、al等通過水霧化法制備鋁合金粉末；再將鋁合金粉末與bw2(硼化二鎢)、vb2(二硼化釩)、聚丙烯腈混合得到混合粉，采用slm金屬打印機進行3d打印，熱處理，得到一種高強度鋁合金材料。本發明的鋁合金材料通過3d打印技術獲得，強度高，滿足航空航天等領域的高端品質需求。
23、申請人對鋁合金粉末組成進行了篩選調整，保證鋁合金材料的基本強度要求。鋁合金粉末是通過水霧化制備得到，適合slm技術使用。
24、本發明還進一步引入了硼化二鎢、二硼化釩，進一步改善鋁合金強度。聚丙烯腈在后續處理過程中纖維化形成碳纖維，有助于鋁合金強度的進一步改善。
25、在采用slm金屬打印機進行3d打印后進行熱處理，包括升溫、降溫、再升溫等，有助于鋁合金材料的微觀組織優化，改善鋁合金強度。
1.一種高強度鋁合金材料的制備方法，其特征在于，先將以下質量百分數的組分通過水霧化法制備鋁合金粉末：cu?4.1～4.5％，mg?2.8～3.1％，cr?2.5～2.8％，si?1.2～1.5％，mn?1.0～1.2％，sc?0.3～0.5％，zr?0.1～0.2％，mo?0.08～0.1％，ce?0.05～0.07％，yb?0.05～0.07％，余量為al；再將鋁合金粉末與bw2、vb2、聚丙烯腈混合得到混合粉，采用slm金屬打印機進行3d打印，熱處理，得到鋁合金材料。
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鋁合金粉末是通過以下方法制備得到的：將配方量的各組分混合加熱至1000～1100℃，保溫50～60分鐘，得到熔融液；水霧化熔融液，干燥，即得所述的鋁合金粉末。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，鋁合金粉末、bw2、vb2、聚丙烯腈的質量比為1：0.1～0.2：0.1～0.2：0.1～0.2。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，bw2、vb2的粒徑為1500～2000目。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述混合粉是通過以下方法制備得到的：先將鋁合金粉末超聲分散于十二烷基苯磺酸鈉水溶液中，得到鋁合金分散液；再將bw2、vb2超聲分散于去離子水中，得到懸浮液；然后將懸浮液、聚丙烯腈溶液加入鋁合金分散液中，充分攪拌，過濾取固體，干燥，即得。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，采用slm金屬打印機進行3d打印的具體參數如下：激光功率300～350w，激光掃描速率800～900mm/s，激光掃描間距80～90μm，每層混合粉成型厚度為30～40μm，層間旋轉角度為60～62°。
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，slm金屬打印機的基板在使用前預熱至150～160℃。
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，熱處理的具體流程如下：
9.一種高強度鋁合金材料，其特征在于，是通過權利要求1～8中任一項所述制備方法得到的。