摘要：石墨烯，作为一种新型材料，因其出色的力学及物理性能，如高强度、高导电性、高导热性等，在众多领域展现出广阔的应用前景，备受科研人员的关注 。在金属基复合材料领域，将石墨烯作为增强相，能显著提升材料的力学和物理性能。这一发现使得越来越多的研究聚焦于石墨烯增强金属基

导读

石墨烯，作为一种新型材料，因其出色的力学及物理性能，如高强度、高导电性、高导热性等，在众多领域展现出广阔的应用前景，备受科研人员的关注 。在金属基复合材料领域，将石墨烯作为增强相，能显著提升材料的力学和物理性能。这一发现使得越来越多的研究聚焦于石墨烯增强金属基复合材料的制备、性能及强化机制。

然而，在实际应用中，石墨烯面临着一些挑战。它的表面积较大，与某些金属材料的润湿性较差，这就导致在制备金属基复合材料时，石墨烯很难在金属基体中均匀分布。这种不均匀分布极大地影响了复合材料的力学性能，限制了其进一步发展和应用 。虽然有研究表明，在石墨烯表面进行化学镀铜并搭配机械搅拌，可改善其在铝基体中的分散情况，提升复合材料的力学性能，但目前关于石墨烯含量对镀铜石墨烯增强铝基复合材料性能影响规律的报道较少。因此，深入研究这一影响规律，对推动该类复合材料的实际应用具有重要意义。

【内容来源】

《镀铜石墨烯增强 6061 铝基复合材料组织及力学性能》一文由杨莲、耿燕、张业倩等学者撰写。杨莲、耿燕、张业倩、吴仕洁来自广东省科技合作研究促进中心，杨鑫、朱德智就职于华南理工大学国家金属材料近净成形工程技术研究中心。文章发表于《特种铸造及有色合金》2025 年第 45 卷第 3 期。文章通过放电等离子烧结法制备了镀铜石墨烯增强 6061 铝基复合材料，并对其微观组织及力学性能进行了分析，研究发现经过化学镀铜后，石墨烯与铝粉之间的润湿性得到改善，并在机械搅拌作用下成功混合；少量的石墨烯可以均匀分散在复合材料中，但过量的石墨烯会在复合材料中发生团聚；石墨烯可以分担基体所承受的应力，从而对基体产生强化效果，但团聚的石墨烯对基体的强化作用有限，并且会恶化复合材料的塑性。

【研究亮点】

首次系统研究了不同石墨烯含量对镀铜石墨烯增强 6061 铝基复合材料微观组织和力学性能的影响规律；采用化学镀铜结合机械搅拌的方法改善石墨烯在铝基体中的分散性，并成功制备出高性能复合材料；从微观结构角度揭示了石墨烯在复合材料中的失效模式及其对力学性能的影响机制。

【研究方法】

研究人员先利用超声波清洗仪将平均片径为 5.93μm 的石墨烯在乙醇中分散，经过碱洗、酸洗预处理后，放入化学镀铜液在 60℃下进行化学镀铜，随后过滤、洗涤并烘干，得到镀铜石墨烯。接着，把镀铜石墨烯分散在无水乙醇中，加入平均粒径为 2μm 的球形 6061 铝粉，搅拌混合后过滤、烘干，获得均匀混合粉末。最后，使用放电等离子烧结仪，将混合粉末烧结成特定尺寸的圆片。通过 NovaNano SEM430 扫描电镜和 JOEL 2100F 透射电镜观察镀铜石墨烯、混合粉末及复合材料的形貌；在 Instron - 5967 万能试验机上，以 0.6mm/min 的拉伸速率测试复合材料的拉伸性能。

图1拉伸试样尺寸示意图

【内容解读】

-混合粉末形貌分析

从镀铜石墨烯和混合粉末的 SEM 图可以看出，化学镀铜使石墨烯表面均匀分布着细小铜颗粒，这表明镀铜成功。在混合粉末中，铝颗粒表面覆盖着石墨烯，说明镀铜改善了石墨烯与铝之间的润湿性，使得石墨烯在机械搅拌下能吸附在铝颗粒表面，形成均匀分散的混合粉末。

图2镀铜石墨烯和混合粉末的SEM图

-石墨烯含量对复合材料分散性的影响

对石墨烯含量为 0.5% 的复合材料进行不同时间腐蚀后观察发现，短时间腐蚀时晶界轮廓明显但难见石墨烯，长时间腐蚀后能看到石墨烯均匀分布，证明化学镀铜结合机械搅拌可使低含量石墨烯均匀分散在 6061 铝基体中。而当石墨烯含量分别为 1.0%、1.5% 及 2.0% 时，SEM 图显示石墨烯出现团聚现象，且团聚后的石墨烯成块分布在复合材料内部。TEM 图则显示，石墨烯表面有褶皱且与铝晶粒通过机械结合相连，在 SPS 烧结过程中未发生反应。

图3石墨烯含量为0.5%的复合材料被腐蚀不同时间后的SEM图

图4不同石墨烯含量的复合材料的SEM图

图5镀铜石墨烯增强6061铝基复合材料的TEM图

-力学性能分析

不同石墨烯含量的复合材料力学性能测试结果表明，添加石墨烯对 6061 铝基体有强化作用，当石墨烯添加量为 0.5% 时，复合材料的抗拉强度和屈服强度明显提高，但伸长率下降，塑性变差。随着石墨烯含量增加，超过 0.5% 后，抗拉强度和屈服强度不再明显变化，伸长率进一步下降。从含 0.5% 石墨烯的复合材料拉伸断口形貌 SEM 图可看出其呈韧性断裂特征，且能观察到石墨烯。对拉伸至约 6% 应变的试样观察发现，石墨烯在拉伸过程中以断裂形式失效，承受应力后断裂，从而对铝基体产生强化作用。

图6不同石墨烯含量的复合材料的力学性能

图7含0.5%石墨烯的复合材料拉伸断口形貌SEM

图8复合材料在约6%拉伸应变时局部断口形貌

【主要结论】

化学镀铜有效改善了石墨烯与铝粉的润湿性，经机械搅拌，石墨烯可吸附在铝颗粒表面形成混合粉末。石墨烯含量影响其在复合材料中的分散性，低含量时分散均匀，超过 0.5% 则明显团聚。在复合材料拉伸时，应力从铝基体传递到石墨烯，适量石墨烯能强化铝基体，但会降低塑性；过量石墨烯团聚，无法进一步强化，还会继续降低塑性。

【引用格式】

中文：杨莲，耿燕，张业倩，等。镀铜石墨烯增强 6061 铝基复合材料组织及力学性能［J］. 特种铸造及有色合金，2025，45（3）：386-389.

英文：YANG L，GENG Y，ZHANG Y Q，et al. Microstructure and mechanical properties of copper-plated graphene-reinforced 6061 aluminum matrix composites［J］. Special Casting & Nonferrous Alloys，2025，45（3）：386-389.

扩展阅读：欢迎登陆www.special-cast.com，阅读、下载、引用《#特种铸造及有色合金 》期刊上发表的论文。

编辑/排版：江姗

校对：刘晨辉

审核：张正贺

来源：特铸杂志