在过去几年,随着石墨烯(GNPs)/钛基复合材料广泛应用于海洋、航空、航天等领域,人们对石墨烯增强金属基复合材料的越来越重视。一些研究者采用等离子烧结制备了具有不连续强化石墨烯纳米片的钛基复合材料,使复合材料的屈服强度显著提高;一些研究者对多层石墨烯增强Ti基复合材料摩擦学性能进行了研究,发现石墨烯容易在滑动接触界面形成一层抗磨保护层,从而降低了复合材料的摩擦系数等等。但仍然存在着石墨烯的均匀分散性、复合材料的界面结合力差等问题。为进一步提高钛基复合材料的均匀分散性、界面结合力,从而达到复合材料高强度塑性配合和润滑的目的。本实验采用石墨烯原料的制备工艺,等离子烧结工艺(SPS),制备了致密度较高的石墨烯增强钛基复合材料,通过钛材的热轧制和退火(R&T)工艺来增强石墨烯与钛基体的界面结合力,细化晶粒,均匀分散性。为获得复合材料的成分,微观组织结构,力学性能等科学性数据,我们使用了原子粒显微镜,激光共聚焦显微镜,对试样的表面粗糙度和和三维形貌进行观察;利用XRD和拉曼光谱分析仪对复合材料的相成分进行分析;使用SEM,EDS,EBSD,TEM对复合材料的成分,微观组织结构进行了表征;使用电液伺服数字式材料试验拉伸机进行拉伸性能研究;使用摩擦磨损试验机进行摩擦学实验等研究。实验研究表明在固相反应温度从600℃到1100℃时,制备的复合材料致密度从82%提高到98%。拉伸实验研究表明,在优化的SPS工艺,R&A工艺参数下,850℃的0.3w%GNPs钛基复合材料可以达到1206MPa,比相同状态的纯钛825MPa提高了46%,它的的断面收缩率也可达到48%,具有优异的强塑性配合。其强化机制包括复合强化,细晶强化和第二相强化。1100℃时,形成纳米碳化物颗粒层导致断面收缩率显著降低。摩擦磨损研究表明,低转速下得可以通过控制转速和压力等方法阻止Ti O2氧化颗粒的生成以及使GNPs/Ti基复合材料的摩擦系数可以从0.65降到0.2。这种降低摩擦系数的作用是由于GNPs易于在滑动接触界面上剪切运动并形成润滑抗磨保护层,以及石墨烯增强了Ti的强度。以上实验表明GNPs确实可以作为Ti中有效的短纤维来增强钛基体,也可以作为润滑相来降低摩粒磨损。因此,实验为SPS制备的石墨烯增强金属基复合材料提供了有价值的研究数据。实验能够评估GNPs在SPS,R&T工艺中,作为纯钛基复合材料的理想增强相,以及作为润滑相来降低摩擦磨损中造成的氧化腐蚀性能等意义。