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石墨烯是一种性能优异的新材料，用其增强聚合物、无机物基复合材料性能得到显著改善。然而现阶段石墨烯增强金属基复合材料的研究较少。采用球磨预分散和压力浸渗的工艺将石墨烯与Al-20Si基体合金复合，制得新型复合材料——石墨烯铝基复合材料。通过金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、XRD、透射电镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)等检测手段，对制得石墨烯原材料、复合材料进行微观结构分析与表征。利用万能电子力学试验机、热膨胀分析仪、导热率测试仪、摩擦磨损测试仪等多种设备对石墨烯铝基复合材料的性能进行了测试。以高导热石墨为原料，采用加热膨化+基于膨胀石墨的改进Hummers方法能够制得实验所需、符合行业标准的石墨烯原料。制备过程中无需经过超声、或短时超声即可使得片层剥离。制得石墨烯质量高、缺陷少、片层较薄，层数在1~10层之间不等，既存在单层，也存在双层石墨烯结构(包括AA型、AB型两种堆垛方式)；制得石墨烯厚度在0.34~3nm之间，R值小，缺陷少；制得石墨烯几乎不含其它含氧官能团。与Al-20Si基体合金相比，复合材料的性能有了极大的提高和改善：复合材料的弹性模量随着石墨烯的增加而增加，近似呈线性；复合材料的抗弯强度和抗拉强度随着石墨烯含量的增加呈现先增加后降低的趋势，当石墨烯含量达到3vol.%时，材料抗弯强度和抗拉强度达到最高，分别是617MPa（+240%）和364MPa（+142%）；石墨烯铝基复合材料相比于Al-20Si基体而言，一方面其强度发生了变化，同时塑性也得到了改善。石墨烯增强铝基复合材料的高温下抗压强度随着石墨烯的加入而提高。由于石墨烯由于和基体热膨胀系数显著低于基体的热膨胀系数，因此在20℃~150℃之间，石墨烯的加入可以使得铝合金在受热膨胀时，受到阻碍，抑制了基体的膨胀。石墨烯的加入使得复合材料的热导率增加，当石墨烯含量为3vol.%时，复合材料的热导率最大为石墨烯增强铝基复合材料的摩擦磨损系数随着石墨烯含量的增加而显著降低，当石墨烯含量为7vol.%时，摩擦磨损系数降低至0.165左右，且稳定。表明石墨烯铝基复合材料是一种良好的自润滑材料，复合材料中的石墨烯能够和石墨铝基复合材料一样，起到自润滑的效果，降低材料摩擦磨损系数。