复合化是提高金属材料性能并推进金属材料应用到更广泛领域的有效手段,石墨烯作为一种新型的具有优异的力学性能和物理性能的二维碳材料,这使得石墨烯可能成为金属基复合材料中一种理想的增强相。本文选择圣泉集团生产的生物质多层石墨烯作为增强体,用固态法将其添加到纯铝、2024、6061、7075四种铝基体中制备了不同石墨烯含量的复合材料,并且为了推进复合材料的工业化生产对液态搅拌法制备石墨烯铝基复合材料做了一定探索,设计开发了不同搅拌方式的液态搅拌设备,并通过液态搅拌的方式制备了石墨烯/纯铝复合材料。本文所用的生物质多层石墨烯平均层数在10-20层,片径0.5μm～1μm,虽然性能不及单层或少层石墨烯,但具有极高的性价比,如果可以取得良好的增强效果,对石墨烯铝基复合材料来说具有工业化生产的潜力。通过固态法制备的石墨烯增强铝基复合材料采取真空球磨混粉+真空热压烧结+热挤压的工艺流程,球磨工艺参数为:球料比5:1,转速300rpm/min,球磨时间2h;真空热压烧结压力为20MPa,纯铝、2024、6061、7075基体的烧结温度分别为 560℃、52℃、56℃、46℃,挤压温度分别为 48℃、45℃、480、420℃,挤压比均为16:1。通过对复合材料的微观结构进行表征,综合球磨后铝粉表面的石墨烯分布与石墨烯在最终复合材料基体中的分布,得出对于几种不同的基体,0.5wt%石墨烯是一个合理的添加量,此时石墨烯在铝基体中分布均匀,基本没有发现明显团聚,石墨烯在基体中呈条状分布,厚度大部分在100nm左右,随着含量的继续增加,石墨烯在基体中的分布明显出现呈团状的团聚现象,尺寸可达1μm-5μm。综合石墨烯添加到四种基体中的情况,添加0.5wt%石墨烯时复合材料的综合性能最好。在纯铝、2024、6061、7075基体中添加0.5wt%石墨烯后几种复合材料相对于各自的基体抗拉强度分别提高了 36.9%、13.9%、27.6%、6.4%(抗拉强度分别达到 136.9MPa、367.8MPa、190.6MPa、373.5MPa),硬度分别提高了33.4%、15.7%、持平、7.16%(硬度分别为 46.37HV、90.3HV、50.5HV、82.3HV)。石墨烯含量为0.5w%时复合材料的延伸率和电导率相比于各自的基体仅出现小幅度的下降。对液态搅拌制备石墨烯铝基复合材料进行了探索,开发了用于制备复合材料的叶片搅拌式设备和柱体狭缝式搅拌设备。通过叶片式搅拌设备制备的石墨烯/纯铝复合材料虽仍存在不均一性,但提供了有效的搅拌方式供后续研究者继续研究和改进。对柱体狭缝式搅拌装置的结构和搅拌原理进行了分析,提供了一种新的搅拌思路。综上所述,本文通过固态法在纯铝、2024、6061、7075四种铝基体分别添加了不同含量的石墨烯,分析得到4种铝基复合材料石墨烯含量为0.5wt%时综合性能达到最好,其中石墨烯对于7075铝合金基体的增强效果一般。对液态搅拌制备石墨烯铝基复合材料进行了一定的探索。