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铝基与镁基复合材料由于具有低密度、高模量、高导电和高导热等特性而被广泛应用于日常生活中,但是由于其强度和刚度远低于钢铁材料,限制了其作为结构材料的应用和发展。石墨烯是由单层碳原子通过sp~2杂化形成的蜂窝状二维晶体,具有高强度、高模量和高比表面积,是理想的金属增强材料。本文首先研究采用剪切剥离法制备石墨烯纳米片(GNPs)工艺,系统探讨了剪切工艺对石墨剥离程度的影响及其机制,进而将所制备的GNPs按不同添加量与Al-1Mg和Mg-1Al合金粉均匀混合,预压成型后,采用放电等离子体烧结制备了Al-1Mg-xGNPs(x=0.1,0.3,0.5,1,2 wt.%)和Mg-1Al-xGNPs(x=0.1,0.2,0.4wt.%)复合材料,深入探讨了GNPs的添加量对复合材料性能的影响及其增强机制。取得的主要成果如下:1.采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和表面活性剂胆酸钠(SC)混合液为溶剂,通过优化剪切工艺参数,成功地制备出了GNP_S。2.揭示了剪切剥离法制备石墨烯的机制,即通过PVP和SC吸附在石墨表面,使得石墨层与层之间带负电,降低了层间的范德华力以及与水直接相互作用时的界面能,在剪切力作用下,石墨分层剥离,获得厚度可控且稳定的GNPs。3.采用超声辅助机械搅拌法将GNPs均匀分散于Al-1Mg和Mg-1Al混合粉末中,通过优化放电等离子体烧结工艺制备出了高致密度、高强度的铝基和镁基复合材料。4.通过显微组织和成分分析发现GNPs在Al-1Mg-xGNPs和Mg-1Al-xGNPs复合材料中分布均匀。相对于Al-1Mg合金,Al-1Mg-0.5%GNPs铝基复合材料的拉伸屈服强度由42MPa提升至77MPa,极限抗拉强度由88.55MPa提升至162MPa,延伸率由3.8%降低至0.3%。相对于Mg-1Al合金,Mg-1Al-0.2%GNP_S复合材料拉伸屈服强度由132MPa提升至168MPa,极限抗拉强度由142MPa提升至258MPa,延伸率由5.1%降低至3.0%。5.Al-1Mg-xGNPs铝基复合材料和Mg-1Al-xGNPs镁基复合材料的增强原因是适量的石墨烯均匀分布于复合材料基体中,有效阻止了复合材料在受力时的位错移动。石墨烯添加量超过最佳值时,石墨烯在基体材料中发生团聚现象,复合材料的性能发生急剧下降。本研究中,石墨烯在Al-1Mg-xGNP_S和Mg-1Al-xGNP_S复合材料中的最佳添加量分别为0.5%和0.2%。