摘要
为改善钛合金强度低、耐磨性差等问题，本文通过微波烧结技术制备镀铜石墨烯/Ti6Al4V复合材料，对石墨烯表面镀铜为了改善其在钛基体中的分散，及与钛基体的界面浸润性差问题。研究了烧结温度、保温时间、压制压力、镀铜石墨烯含量和石墨烯镀铜比对石墨烯增强Ti6Al4V复合材料组织与力学性能等的影响。为开发一种新型石墨烯增强钛基复合材料提供理论依据。 微波烧结制备的镀铜石墨烯Ti6Al4V复合材料由α-Ti+β-Ti、TiC相及Ti2Cu组成。随着烧结温度、保温时间和压制压力的增加GNPs-Cu/Ti6Al4V材料的相对密度、硬度和室温压缩强度均先升高后降低，烧结温度1150℃，保温时间20min，压制压力350MPa时，材料性能最佳，分别为97.56%、661HV0.1、1614MPa。随着镀铜石墨烯含量增加，GNPs-Cu/Ti6Al4V材料的相对密度、硬度、室温压缩强度均增加后降低，在GNPs-Cu含量为0.8%时最佳，分别为98.1%、675HV0.1、2008MPa。随着石墨烯镀铜比增加，复合材料的相对密度、硬度、室温压缩强度均增加后降低，石墨烯镀铜比为5时最佳，分别为98.8%、675HV0.1、1864.71MPa。石墨烯钛基复合材料增强机制是第二相强化和细晶强化共同作用。 本文对比了Ti6Al4V与GNPs/Ti6Al4V及GNPs-Cu/Ti6Al4V的相对密度、硬度及耐磨性、耐蚀性，Ti6Al4V基体性能最差，加GNPs时，复合材料的相对密度、硬度及耐磨性、耐蚀性有较大提高，加GNPs-Cu时，由于石墨烯表面镀铜后改善了石墨烯与Ti基体界面浸润性，且镀铜石墨烯均匀分散在基体中，界面反应产生的TiC含量增多，同时引入了Ti2Cu相，GNPs-Cu/Ti6Al4V材料的性能最佳。石墨烯镀铜显著改善了石墨烯与钛基体的界面浸润性，大大提高了其性能。 本文研究了烧结温度、含量、磨损载荷和磨损速率对复合材料的磨损行为的影响及磨损机制。随着烧结温度增加，石墨烯钛基复合材料的耐磨性先提高后降低，1150℃耐磨性最佳。随着镀铜石墨烯含量的增加，复合材料(摩擦副Gr15、Si3N4)耐磨性均先增加后减小，含量为0.8%时，复合材料耐磨性最佳，摩擦副为Gr15时，磨损体积为0.35mm3，磨损率为2.08*10-4mm3*N-1m-1；摩擦副为Si3N4时，磨损体积为0.52mm3，磨损率为3.06*10-4mm3*N-1m-1。随着磨损载荷的增加，复合材料的磨痕深度、磨痕宽度和磨损体积均逐渐增加。随着滑动速率的增加，复合材料的磨痕宽度和磨损体积均逐渐增加。镀铜石墨烯钛基复合材料的室温磨损机制为磨粒磨损与粘着磨损共同作用。
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