7075铝合金（7075Al）具有轻质、高强、高耐腐蚀等特点,在航空航天、船舶和汽车等交通运输领域具有广泛的应用。但随着科技的飞速发展,7075Al已经不能满足日益增长的需求,在强度、耐磨性等性能方面亟需提高。铝基复合材料因其具有较好的物理、力学以及摩擦性能等,得到各工程领域的青睐。目前,应用于铝基复合材料的制备工艺多存在烧结时间长、升温速率慢的问题,易造成复合材料的晶粒生长和晶粒粗化,不利于复合材料的性能提高。放电等离子烧结（简称SPS）具有低温快速烧结的优势,能够显著抑制烧结过程中晶粒粗化,提高复合材料的致密度和综合性能。本文采用SPS工艺,以7075Al为基体,氮化硅（Si3N4）、石墨烯（GNPs）为增强相,分别制备了Si3N4/7075Al复合材料和GNPs/7075Al复合材料。系统研究了工艺参数、Si3N4含量对Si3N4/7075Al复合材料力学性能、摩擦磨损、热膨胀系数（CTE）的影响,GNPs对GNPs/7075Al复合材料的硬度和摩擦磨损性能的影响。结合微观形貌分析两种复合材料的强化机理,采用分子动力学方法模拟了Si3N4/Al复合材料和石墨烯/铝复合材料的烧结过程和力学性能,研究了复合材料烧结过程中的微观结构变化和复合材料的强化机理,为复合材料的设计以及高性能复合材料的制备提供理论依据。得到以下主要结论:（1）采用正交实验法,首次利用SPS工艺制备出力学性能优异的Si3N4/7075Al复合材料,研究了其组织形貌和成分,获得最佳制备工艺参数:烧结温度为500℃,烧结压力为50 MPa,升温速率为50℃/min,保温时间为6 min,在此工艺下,Si3N4/7075Al复合材料的硬度为184.0 HV,抗拉强度为481.7MPa,相比基体,分别提高了90.5%和60.4%。（2）利用单因素实验研究了各工艺参数对复合材料性能的影响规律。结果表明,随烧结温度的升高,压力的增大,升温速率的加快,保温时间的延长,Si3N4/7075Al复合材料的硬度和抗拉强度都呈现出先增加后降低的变化趋势,并且分别在烧结温度500℃,烧结压力50 MPa,升温速率50℃/min,保温时间6 min时,复合材料的硬度和拉伸强度最优。（3）采用最优工艺参数,制备Si3N4/7075Al复合材料,研究了基体粒径和Si3N4含量对Si3N4/7075Al复合材料力学性能的影响。研究发现,相比粒径35μm的7075Al制备的Si3N4/7075Al复合材料,以粒径为10μm的7075Al制备的Si3N4/7075Al复合材料力学性能更优,并且随Si3N4含量的增加,硬度逐渐增加,且Si3N4含量为20wt%时,抗拉强度最高,为481.7 MPa,相比7075Al基体,提高了60.57%,此时复合材料的晶粒较小,孔隙率低,使综合强度得到提高。此外,还阐释了Si3N4对复合材料的强化机理,主要为载荷传递强化、位错强化以及细晶强化。（4）系统研究了烧结工艺参数对Si3N4/7075Al复合材料摩擦磨损性能的影响规律。研究表明:随着烧结温度、烧结压力的升高、升温速率的增加及保温时间的延长,Si3N4/7075Al复合材料的磨损量均呈现出先减小后增加的趋势。当烧结温度为500℃、烧结压力为50 MPa、升温速率为50℃/min、保温时间为8 min时,Si3N4/7075Al复合材料的磨损量最小,耐磨性最优,为制备高耐磨性的复合材料提供了基础。（5）研究了Si3N4含量对Si3N4/7075Al复合材料摩擦磨损性能的影响,结果表明:Si3N4的加入显著提高了复合材料的耐磨性,且随Si3N4含量的增加,Si3N4/7075Al复合材料的摩擦系数和磨损体积均呈先降低后增加的趋势,当Si3N4含量为25wt%时,磨痕较浅,几乎无裂纹产生,耐磨性最优,此时,摩擦系数和磨损体积分别为0.33和0.10 mm~3,相比7075Al基体,分别降低了15.38%和87.01%,说明Si3N4的加入能够显著提高复合材料的耐磨性。但是Si3N4含量过高时,会造成Si3N4团聚,内部孔隙增加,降低基体与Si3N4颗粒之间的界面结合强度,致使复合材料耐磨性降低。（6）施加载荷和旋转速度能够显著影响7075Al和Si3N4/7075Al复合材料摩擦磨损性能。增大施加载荷,7075Al的磨损率逐渐下降,当施加载荷为10 N时最低,为1.54×10-3 mm~3/（N·m）,而Si3N4/7075Al复合材料的磨损率随载荷增加呈先减少后增加的趋势,当施加载荷为5 N时,机械混合层的厚度稳定,且亚表层无裂纹,对摩擦表面的保护作用较好,此时磨损率最低,为1.84×10-4mm~3/（N·m）,仅为7075Al基体的11.95%。增加旋转速度,7075Al基体的磨损率逐渐降低,当旋转速度为400 r/min时,磨损率最低,为1.44×10-3 mm~3/（N·m）,而复合材料磨损率呈先增加后降低的趋势。研究表明,在两种条件下复合材料的磨损率都远远低于7075Al基体,说明Si3N4的加入极大的提升了复合材料的耐磨性。（7）研究了Si3N4含量、烧结压力和烧结温度对Si3N4/7075Al复合材料的热稳定性的影响,研究发现Si3N4含量对复合材料的热膨胀系数影响显著。随Si3N4含量的增加,复合材料的热膨胀系数逐渐降低,在Si3N4含量为30wt%时,Si3N4/7075Al复合材料的热膨胀系数为13.7×10-6/℃,相比基体合金,下降了43%,说明Si3N4的加入对提高Si3N4/7075Al复合材料的热稳定性起到了积极作用。（8）采用分子动力学模拟Si3N4/Al复合材料烧结过程以及基体与增强颗粒的粒径比对复合材料拉伸强度的影响规律,研究复合材料的强化机理,结果表明,随烧结时间的增加,基体颗粒之间逐渐形成烧结颈,复合材料内部的孔隙逐渐减小。此外,粒径比对复合材料的内部孔隙体积有重要影响,当粒径比小于7/2时,复合材料的拉伸性能主要受到垂直拉伸方向上的最大孔隙尺寸的影响,在基体与增强颗粒的粒径比为1时,复合材料的力学性能最优。（9）采用SPS制备GNPs/7075Al复合材料,研究GNPs对GNPs/7075Al复合材料硬度和耐磨性的影响。结果表明,GNPs的加入能够显著改善GNPs/7075Al复合材料的硬度和耐磨性。当GNPs含量为0.3wt%时,GNPs在基体中分散均匀,GNPs/7075Al复合材料的硬度为123.2 HV,磨损率为0.00273mm~3/（N·m）,相比基体,硬度提高了21.60%,磨损率降低了20.18%。（10）利用分子动力学模拟石墨烯/铝复合材料的烧结过程和复合材料的力学拉伸行为,并从微观角度揭示了铝颗粒和石墨烯在烧结和拉伸过程中的变化,结果表明,石墨烯含量为14.07%时,起到良好的承载作用,此时复合材料晶粒最小,抗拉强度最高,为23.75 GPa,弹性模量为483.14 GPa,相比纯铝,分别提高了94.35%和64.24%,说明石墨烯的加入能够显著提高复合材料的力学性能。