随着全球环境污染问题的日益严重,减少化石能源的使用和降低温室气体排放已成为现今亟待解决的难题。现代工业对产品的功率密度、功能性以及服役条件提出了更严苛的需求,其中铝基复合材料由于密度低,比强度高、比刚度大和良好的耐磨性等优点,已被广泛应用于航空航天、汽车制造等领域。石墨烯是由碳原子经SP2轨道杂化后形成的二维碳纳米材料,其理化性能优异,是研究发现的一种理想的增强相,然而目前关于石墨烯铝基复合材料的研究仍然处于基础研究阶段。本文通过结合片状粉末冶金和半固态触变成形这两种技术的优点,提出了片状粉末触变成形技术(FPT),并制备出分级结构还原氧化石墨烯(RGO)/2024Al基复合材料。主要研究了超声功率、超声时间、GO分散液中无水乙醇和去离子水的配比以及GO表面修饰等方法对GO分散性的影响,以及超声、搅拌混合法、球磨分散法以及超声、搅拌辅助下的片状铝粉表面酸化处理对RGO/Al复合粉末分散程度、结构损伤的影响。此外,还研究了RGO/2024Al粉末压块在部分重熔过程中的组织演变机理。着重分析了分级结构RGO/Al复合材料的触变组织、RGO分布位置、RGO含量、RGO/Al界面结构、力学性能以及拉伸断裂行为、强化机理。主要的研究结论如下:研究发现,按照无水乙醇与去离子水体积比为1:1配制出浓度为1 mg/ml的GO分散液,将其在180 W的超声功率下分散60 min即可得到均匀分散的GO溶液。采用超声、搅拌辅助下对片状铝粉表面酸化处理可以实现RGO/Al复合粉末均匀分散且最大程度保留RGO的结构完整性。FPT技术通过引入酸化处理的片状粉末作为有效载体能在二次凝固组织(SSSs)局部区域均匀分散RGO,且对RGO的分散效果明显优于球磨分散法。FPT-0.4wt.%RGO/Al复合材料的UTS、YS和延伸率分别比HEM-0.4wt.%RGO/Al复合材料高35.1%、34.9%和54.5%。在RGO/Al复合材料界面检测到少量的界面产物A12O3及脆性相Al4C3。同时在FPT-0.4wt.%RGO/Al复合材料中形成了 Al/Al2O3/C和Al/Al4C3/C两种混合界面结构,均有助于提升RGO/Al复合材料的力学性能。此外通过研究不同含量的RGO对RGO/Al复合材料的影响,得出当RGO含量不超过0.4 wt.%时,随着RGO含量的增加,复合材料的力学性能会不断提高,其中FPT-0.4wt.%RGO/Al(Ⅱ)复合材料的强度最高,其UTS、YS和延伸率分别为443 MPa和276 MPa和8.9%,且证实在保持RGO含量不变的情形下,仅通过构筑分级结构去调控RGO的空间分布,对于材料性能的优化更具有优势。但超过0.4 wt.%时,增强体的团聚程度加剧,复合材料的性能则会恶化。此外,FPT技术可以在铝基体中分散较高含量的RGO去制备RGO/Al复合材料,这对制备高性能的RGO/Al复合材料具有重要意义。