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石墨烯是一种新型二维纳米材料,它拥有超高的电导率和热导率、巨大的比表面积、极高的杨氏模量和抗拉强度。单层石墨烯具有1TPa的杨氏模量和130GPa的拉伸强度,其作为纳米增强体和固体润滑材料能有效降低金属材料的摩擦系数,显著增强抗磨性。因此,将石墨烯作为增强相引入到金属基体中,有望提升金属材料的力学和摩擦学性能。本文将粉末冶金法和化学气相沉积法相结合,原位制备了石墨烯/镍基(G-Ni)复合材料。通过对工艺参数,如碳源含量、石墨烯生长时间和生长温度的调控,制备不同组份的高性能G-Ni复合材料。研究了制备温度、碳源含量和生长时间对复合材料力学性能和摩擦学性能的影响。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对复合材料进行表征,结果表明,石墨烯均匀分散在基体镍中,随着烧结温度,碳源含量和生长时间的增加,基体镍的晶粒尺寸略微增加。采用拉曼光谱(Raman)、和透射电子显微镜(TEM)对复合材料表征分析。结果表明,原位生长的石墨烯的层数均为多层结构,且通过对工艺参数优化,原位合成了缺陷较少的石墨烯。采用显微硬度计、微机控制电子式万能试验机和UMT-2多功能摩擦试验机对复合材料的显微硬度,拉伸强度和摩擦学性能进行表征。结果表明,当碳源含量为240 mg,温度为1100℃,时间为60 min时,复合材料的硬度和拉伸强度分别达到107 MPa和370 MPa,是纯镍的1.8和4.2倍,其摩擦系数和磨损率分别低至0.48和6.9×10-5mm3/Nm。当碳源含量为240 mg,温度为1100℃,时间为40 min时,复合材料的摩擦系数和磨损率分别为0.38和6.0×10-4mm3/Nm。基于复合材料的多孔结构的性质,将高孔隙的G-Ni复合材料浸入PET-OA和PAO10润滑油脂中,制备了自含油的G-Ni复合材料。固-液复合润滑作用有效降低了G-Ni复合材料的摩擦系数和磨损率。其中自含油PET-OA/G-Ni复合材料摩擦系数低至0.29,自含油PAO10/G-Ni复合材料磨损率低至6.6×10-5mm3/Nm。综上所述,本文将粉末冶金和CVD技术有机结合,在粉末冶金烧结过程中,以蔗糖为石墨烯前驱体,成功地在镍基体中原位生长石墨烯,制备了G-Ni复合材料。结果表明,石墨烯不仅有效的提高了G-Ni复合材料的硬度和拉伸强度等力学性能,而且显著降低了摩擦系数和磨损率。