铜及其合金具有良好的导电、导热和耐腐蚀性能,因而被广泛应用于航空航天、汽车、机械和电气等领域,但其存在承载能力弱以及耐磨性能差等缺点,随着科学技术和工业生产的发展,迫切需要进一步提高铜及其合金基的耐磨性能。目前,石墨烯(GNS)作为一种新型的自润滑组元被广泛研究,它拥有优异的导电、导热能力和力学性能,是一种可用于提高铜基复合材料减摩、耐磨性能和力学性能的理想强化相。但由于石墨烯本身极容易团聚且与铜基体不润湿的特点,难以均匀分散在铜基体中,本文对石墨烯进行负载镍处理,来增强石墨烯与铜的结合力并使其能均匀分散在铜基体中。研究了不同镍/石墨烯(Ni@GNS)含量对铜基复合材料摩擦学性能的影响;同时运用电解抛光技术对镍/石墨烯—铜基复合材料(Ni@GNS/Cu)进行表面抛光处理,发现自支撑石墨烯纳米片表面修饰的铜基复合材料能进一步提高摩擦学综合性能,扩展其应用领域;此外,还采用一步水热法在金属表面制备了具有优异摩擦学性能的新型三维石墨烯纳米薄膜,对三维互联结构石墨烯的摩擦学性能展开了研究。论文的主要研究内容如下:1:在石墨烯纳米片表面上负载金属纳米颗粒镍,将Ni@GNS作为增强相加入铜基体中,采用真空热压烧结技术制备了Ni@GNS/Cu自润滑复合材料。研究了在不同载荷及Ni@GNS含量下复合材料的摩擦学性能,发现Ni@GNS含量达到2 wt.%时其摩擦系数最低,耐磨性能最好。Ni@GNS/Cu复合材料要比石墨烯/铜复合材料(GNS/Cu)具有更好的减摩耐磨损性能,这主要是因为Ni@GNS/Cu复合材料能在摩擦界面形成稳定的富碳润滑膜,以及镍的引入提高了GNS与铜基体的结合力和复合材料的硬度。2:通过电化学抛光的方法在Ni@GNS/Cu复合材料表面表面制备了一种特殊的自支撑石墨烯纳米片结构,石墨烯纳米片一部分暴露在铜基体表面,而另一部分牢牢嵌在基体中。通过优化电化学溶解时间可以得到对基体有良好连续性和覆盖率的自支撑石墨烯纳米片,这种工艺简单方便,在Ni@GNS/Cu复合材料中石墨烯含量较少的情况下(Ni@GNS=1 wt.%),通过电化学抛光工艺就可以达到一个较理想的润滑状态,比原始热压烧结制备的复合材料拥有更好的耐磨性和较长的使用寿命。3:GNS作为固体润滑剂具有巨大的潜力,然而它们通常具有较短的使用寿命和较低的负载能力,限制了它们在工程方面的应用。通过一步水热法在铜基体表面制备三维石墨烯纳米片(3D-GNSF)涂层,它是由二维石墨烯纳米片形成的三维互联结构。利用X射线光电子能谱、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和透射电子显微镜对3D-GNSF的形貌、组成和结构进行了分析和研究。结果表明,3D-GNSF这种独特的结构能够在基体与摩擦副之间快速产生由GNS与GNS构成的紧凑稳定的滑动界面,使3D-GNSF成为具有低摩擦、良好的耐久性和高承载能力的固体润滑剂。