为满足航空航天、电力电子、汽车和光学仪器等领域对铝基复合材料越来越高的性能需求,制备出高力学性能、良好导热性能的“全面”材料,将二维石墨烯材料作为增强相添加到铝合金基体中。期望改善现有石墨烯/铝基复合材料制备过程中石墨烯材料的分散问题及导热性能提升方面遇到的界面问题,充分发挥出石墨烯材料的高强、高导热性能,开发出制备石墨烯/Al2024复合材料的新工艺。本文采用粉末半固态法制备石墨烯纳米片（GNPs）增强Al2024基复合材料,结合摩擦搅拌加工改善了高比例GNPs添加后的团聚问题,并对GNPs进行表面修饰,提高了复合材料的导热性。进行了GNPs/Al2024复合材料的粉末半固态制备。系统研究了球磨过程中GNPs的分散问题、复合材料在粉末半固态制备过程中的组织演变规律等。结果表明,理想的球磨时间为塑性变形-微破碎的初期,GNPs在基体合金粉末中均匀分散且保持结构基本完整,一定程度内的团聚不会对性能产生明显影响。复合材料的基体组织为原生α-Al颗粒、次生α-Al和析出相Al2Cu+Al2Cu Mg。粉末半固态成形的最佳液相含量约为30%-50%,原生颗粒呈近球状沉浸在液相中,为典型半固态组织浆料。复合材料中存在界面反应,当600℃成形时微弱界面反应的产物Al4C3尺寸小、数量少,对性能无明显影响。研究了粉末半固态工艺参数对复合材料组织和力学性能的影响规律。结果表明,加热温度直接影响液相含量,粉末半固态成形在600-620℃成形较好,低于此温区未形成典型半固态组织,高于则发生液相偏聚而恶化性能;保温时间40 min时,α-Al相尺寸均匀。液相含量＜30%时,压力通过影响致密度而影响复合材料性能;当液相含量≥30%时,低压即可成形,压力增加对性能影响不大。GNPs在晶界和晶粒内都有分布,对二次凝固组织有明显细化作用,并且增加了位错密度。在成形条件为600℃、保温40 min、300 MPa时,粉末半固态制备的1%GNPs/Al2024复合材料的屈服强度达到338 MPa、抗拉强度为562MPa、延伸率为12.2%,相比于基体合金,屈服强度和抗拉强度分别增加了53.6%和34.4%,延伸率仅有小幅下降。对GNPs进行了表面修饰SiC纳米棒（SiCn,SiC nanorods）,并采用粉末半固态法制备了SiCn-GNPs/Al2024复合材料。结果表明,原位生长的SiCn桥接GNPs与Al基体,搭建了GNPs/Al2024复合材料中增强相GNPs与基体之间的热传导路径。SiCn作为GNPs与基体之间的传热通路,连通复合材料中的传热网络,提高了复合材料的导热性能。GNPs含量为1%、SiCn与GNPs体积比为30%时,SiCn-GNPs/Al2024复合材料的最大热导率为178 Wm-1k-1,较基体材料提高了50.8%;屈服强度和抗拉强度分别为380 MPa和586 MPa,较基体材料提高72.7%和40.2%。对粉末半固态法制备的GNPs/Al2024复合材料进行了摩擦搅拌处理,揭示了处理过程中GNPs的分散机制。结果表明,摩擦搅拌处理可以实现GNPs的团聚打开和均匀分布,提升了复合材料中GNPs的添加量。GNPs含量为1.5%、2%的复合材料经摩擦搅拌处理后实现了GNPs的良好分散。热输入是影响复合材料质量的重要因素,热输入足够时,发生动态再结晶使晶粒细化。摩擦搅拌处理细化晶粒作用明显,经1-6道次处理后,晶粒尺寸由3.13μm细化至0.7μm。研究了摩擦搅拌处理对复合材料性能的影响规律。结果表明,GNPs含量为1.5%、2%的复合材料,平均显微硬度分别为184 HV和191 HV,较基体合金分别提高了16.5%和46.9%;抗拉强度4道次时可达569 MPa和578 MPa,延伸率为13.6%和11.5%。相对应的SiCn-GNPs/Al2024复合材料,最高抗拉强度分别为583 MPa和562 MPa,最大延伸率分别为12.9%和9.6%。热导率最高可达195 Wm-1k-1和203 Wm-1k-1,较基体提高了65.3%和72%。通过协调工艺参数,可实现GNPs的分布、结构完整性、力学性能和热学性能的最优化。