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石墨烯铜基自润滑复合材料结合了铜的高导热导电性和石墨烯的高力学强度、减磨耐磨性能,具有广泛的应用前景。然而石墨烯在制备过程中极易团聚,并且与铜基体结合强度差,不仅弱化力学性能,而且影响摩擦过程中石墨烯自润滑转移膜的形成,从而降低了石墨烯铜基自润滑复合材料的性能。针对该问题,本文采用分子级混合法一步还原制备了石墨烯包覆铜颗粒复合粉体,分散均匀,然后用热压烧结技术制备出石墨烯铜基复合材料,详细研究了石墨烯铜基复合材料的制备工艺、形貌结构和磨损机理。(1)采用分子级混合法制备粉体:首先制备出氧化石墨烯,层数低于4层,然后用分子级混合法抗坏血酸为还原剂一步还原制备石墨烯铜基复合粉体。其中pH不同会影响复合粉体的形貌和均匀性,pH=8时,复合粉体的均匀性最好。对分子级混合法石墨烯与铜的复合过程进行分析,结果表明,石墨烯不仅包覆在铜颗粒表面,还嵌入到铜颗粒内部,随着石墨烯含量增加,对铜颗粒的包覆效果更完整。(2)采用真空热压烧结技术制备块体石墨烯铜基复合材料,发现石墨烯的加入阻碍烧结过程中铜颗粒的长大。随着粉体中石墨烯含量的增加,石墨烯在铜基体中呈现由随机分布向网络状分布的转变,铜的晶粒长大也受到抑制。石墨烯网络状结构为复合材料提供快速的载荷传输通道,即使石墨烯含量提高到2.Owt%,复合材料的硬度和抗压强度仍分别高于纯铜39%、17%。(3)载荷为5N、10N时,复合材料的摩擦系数和磨损率随石墨烯含量的增加而降低。复合材料摩擦过程中形成自润滑转移膜有效的提高复合材料的减磨耐磨性。载荷条件为20N时,复合材料的摩擦系数和磨损率随石墨烯含量先降低后升高。添加石墨烯超过一定的量会引起复合材料力学性能下降,载荷超过复合材料承受范围时,难以形成连续致密的转移膜,减磨抗磨性开始下降。1wt%含量石墨烯复合材料综合性能最好,不仅有出色的润滑减磨性,力学性能也没有恶化,减摩耐磨性能优于球磨法制备的复合材料,展示出润滑性与力学性能相匹配的特点。(4)对钽掺杂石墨烯铜基复合材料进行初步研究,采用分子级混合法和高能球磨法制备钽掺杂石墨烯铜基复合材料。两种方法制备的复合材料硬度都得到大幅提高,但摩擦性能并不理想,致密度较低。可能的原因是钽与铜属于难互溶体系,采用与石墨烯铜基复合材料相同的烧结工艺难以使其致密。