论文摘要
石墨烯是由单层碳原子紧密排列为蜂窝状结构的二维晶体材料,特殊的晶体结构赋予了石墨烯许多优异的物理、化学性质。石墨烯的杨氏模量达到1100GPa,强度达到125GPa,是钢的100多倍,是目前已知材料中强度最高的。本文对氧化石墨烯、石墨烯的制备以及石墨烯表面改性进行了研究,通过对石墨烯化学镀铜成功制备了石墨烯与铜的复合产物石墨烯-Cu,以改善石墨烯与铝基体的润湿性与比重偏析。采用压坯一轧制的方法制备了石墨烯-Cu质量分数不同的铝基石墨烯复合材料,并对此复合材料的显微组织、力学性能和摩擦学性能进行了研究。本文得到以下主要结果：（1）采用改进的Hummers法制备了氧化石墨,经超声分散后,利用水合肼还原氧化石墨烯得到了较为纯净的石墨烯。对天然石墨进行低温反应60min、中温反应120mmin、高温反应30min的氧化处理后,便可在双氧水作用下得到金黄色的氧化石墨,经超声波分散处理,成功的将氧化石墨分散为能够稳定存在于水中的氧化石墨烯悬浮液。利用水合肼分别在60℃、80℃和98℃条件下还原氧化石墨烯,发现在98℃时还原氧化石墨烯可以得到较纯净的石墨烯。（2）通过氧化石墨烯插层镀铜和石墨烯表面直接镀铜两种方法对石墨烯进行镀铜改性,并对比镀铜产物结果,发现利用石墨烯表面直接镀铜能够成功制备出多层石墨烯和Cu、CuO、Cu2O的复合产物石墨烯-Cu。（3）采用混料—压坯—轧制的方法,在压坯温度为450℃,轧制温度为500℃的条件下制备出了铝基石墨烯复合材料。（4）获得了石墨烯-Cu含量对铝基复合材料组织和性能的影响规律,制备出综合性能优良的铝基石墨烯复合材料。石墨烯和铜主要以复合产物石墨烯-Cu的形式存在于铝基体内,石墨烯-Cu含量较低时,其在铝基体内分散性良好,无明显团聚；石墨烯-Cu含量高时,难免会在晶界处发生局部团聚。随石墨烯-Cu质量分数的增加,复合材料的抗拉强度、维氏硬度都呈现先增大后减小的趋势。抗拉强度在石墨烯-Cu质量分数为3%时达到最大值181MPa,硬度在石墨烯-Cu质量分数为4%时达到最大值52.7HV,分别较铝基体提高了有77.5%和31.4%。随石墨烯-Cu质量分数的增加,复合材料的密度变化符合密度混合定律,致密度呈下降趋势,但总体都在96%以上。（5）深入分析了铝基石墨烯复合材料的磨损机理。随石墨烯-Cu质量分数的增加,复合材料的摩擦系数呈降低趋势,其磨损率明显低于基体材料。磨损率先减小,当石墨烯-Cu质量分数大于5%时,又有所增加。通过对磨损表面的SEM照片进行分析可知,复合材料的磨损为粘着磨损和疲劳磨损两种磨损机制共存,石墨烯-Cu含量不同,两种磨损机制所占的比例不一样,随石墨烯-Cu质量分数的增加,复合材料的磨损逐渐由粘着磨损向疲劳磨损转变。