石墨烯具有良好的力学性能和物理性能,是金属基复合材料增强相的理想选择材料,目前已成为研究的热点之一。但是石墨烯镍基复合材料存在石墨烯在基体中分散不均匀、与镍基体界面反应和稳定性差等难题,这些都限制了其发展。为了解决这些问题,本论文从石墨烯的分散入手,探索了石墨烯镍基复合材料的化学预分散方法;系用研究了电化学沉积工艺中阴极电流密度、石墨烯浓度和沉积温度对复合材料微观组织和显微硬度的影响规律;分析了纯镍和石墨烯镍基复合材料摩擦和拉伸过程过程中的微观组织和力学性能,提出了复合材料的磨损机制和增强机制。主要研究成果如下:首先探索优化了石墨烯的化学预分散工艺,采用十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂对还原反应过程中的石墨烯进行分散。通过紫外可见吸收光谱分析发现SDS分散可以有效地控制石墨烯的团聚,进一步研究发现阴阳离子混合型表面活性剂对石墨烯分散液有很大的影响,当SDS/CTAB比例为9:1时由于两种离子间的协同效应使分散效果达到最佳状态,此时Zeta电位值也在胶体稳定范围,这与紫外吸收光谱测试结果一致。当水合肼为1 m L,还原温度为80℃条件下,通过水合肼和表面活性剂的共同作用获得了分散性良好且能稳定存在一个月以上的石墨烯分散液。其次,通过电化学沉积法制备了石墨烯均匀分布的镍基复合材料,研究了电沉积工艺参数(阴极电流密度、石墨烯浓度和沉积温度)对石墨烯镍基复合材料微观组织和显微硬度的影响规律。结果表明:当阴极电流密度为7 A/dm~2,石墨烯浓度为0.10 g/L,沉积温度为50℃时获得了石墨烯分布均匀,显微硬度达到550 HV的石墨烯镍基复合材料。同时对纯镍和复合材料表面的物相结构、元素含量等进行了测试分析,石墨烯的引入改变了金属镍的择优取向,晶面由(200)变为(111)。复合材料中石墨烯的含量随着阴极电流密度和沉积温度的增加呈现先增大后减小的趋势,但是会随着电沉积液中石墨烯浓度的增加变得越来越大。纯镍和复合材料的摩擦结果表明:相比于纯镍材料,复合材料的摩擦系数较小,耐磨性能更佳。使用SEM分析划痕确定了复合材料的磨损机制为磨粒磨损,磨损过程中生成了新的物质,碳膜在磨损过程中起到了润滑作用,拉曼光谱证明了石墨烯的存在。拉伸测试结果表明:石墨烯使材料的力学性能明显提升,石墨烯镍基复合材料的屈服强度和抗拉强度相比于纯镍材料分别提高了40.6%和56.9%,延伸率提高了72.3%。断口分析确定了复合材料的断裂方式为韧窝状断裂,而纯镍的断裂方式为台阶状断裂,表明石墨烯的引入不仅改变了材料的微观结构而且也改变了材料的断裂方式。综上所述,本论文采用化学还原法制备了石墨烯分散液,研究了电化学沉积工艺因素对石墨烯镍基复合材料微观组织的影响规律,阐明了石墨烯对镍基复合材料力学性能的影响规律,揭示了石墨烯对镍基复合材料的增强机制和摩擦机制。这些研究为石墨烯金属基复合材料的广泛应用提供了方法和思路,具有较强的科学意义及社会价值。