CN109852841B - 一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法 - Google Patents
一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法，首先通过雾化制粉制备溶质原子过饱和的Cu‑Cr合金粉末，在通过时效处理析出纳米Cr相，在进行球磨得到片状粉末，再利用电化学脱合金法将片状粉末中的Cu元素选择性溶解，在粉末表面构造出Cr相凸起；再通过料浆法将PVA吸附到片状粉末表面，形成PVA改性的Cu‑Cr片状粉末，经过酒精中的自由飘落形成粉末的有序堆积，在通过SPS烧结致密化制备块体材料，采用形变热处理的方式使片状粉末表面纳米相Cr彼此接触并扩散桥连成为珍珠层矿物桥仿生结构，得到石墨烯/Cu‑Cr基复合材料。本发明通过珍珠层“砖‑泥‑桥”结构的仿生，提高了铜基复合材料的强度和韧性，并获得了良好导电性能和摩擦学性能。
Description
技术领域
本发明涉及金属基复合材料技术领域，具体为一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法。
背景技术
金属基复合材料(MMCs)是以金属或合金为基体，以纤维或颗粒等为增强相的复合材料，兼具金属与增强相的优良性能，已在诸多行业实现商业化应用。但是,MMCs的未来既有可能持续扩大应用领域和市场规模,也有可能在其它材料和技术的竞争下停滞甚至萎缩，其强度和塑/韧性的倒置关系是亟需解决的重要问题。粉末冶金作为MMCs最常用的制备方法，其烧结过程无法完全消除孔隙，易造成局部应力集中和裂纹扩展，加剧了强度和塑/韧性之间的匹配问题。对于碳材料增强铜基复合材料，石墨、碳纳米管、碳纤维、石墨烯等增强体材料与铜基体均不润湿，往往难以形成有效的界面结合，导致更突出的强度和塑/韧性倒置问题。因此，如何在保证强度的前提下提高材料的塑/韧性，不仅是碳材料增强铜基复合材料，也是粉末冶金制备MMCs普遍面临的关键共性问题。
传统MMCs往往通过促进相与基体在空间的均匀分布以满足强韧性要求，属于最简单的空间配置模式。近年来，国内外科学家逐渐认识到非均匀复合构型更有利于发挥组元间协同和耦合效应，其实，这种构型设计方法早已被大自然所利用，实现了强度和韧性的良好匹配，贝壳珍珠层就是典型代表。珍珠层由碳酸钙文石片层(砖)交错分布在厚度为有机质(泥)中堆砌构成，即“砖-泥”复合构型。其中，文石片的体积分数高达95％，珍珠层却具有远超无机成因文石的综合力学性能：均匀变形延伸达8％，强度和硬度比无机文石增加约2倍，断裂功比其主要组成材料碳酸钙高出3000倍。然而，按传统“砖-泥”结构仿生的层状材料韧性提高幅度尚无法与珍珠层相比。研究人员逐渐发现珍珠层具有许多次级微结构，例如文石片微米级波纹状表面、纳米粗糙微粒和矿物桥等，确定珍珠层应是“砖-泥-桥”式多尺度嵌套分级结构，其高性能则正是文石片形状、尺寸及表面形貌、“砖-泥”式堆砌模式、有机质、粗糙微粒和矿物桥等多级多尺度微结构共同作用的结果，特别是矿物桥对珍珠层的强韧性具有不可忽视的作用。
虽然珍珠层主要组成为低强度、低韧性材料，但通过复杂的结构方式，断裂功比原始材料增大了近3个数量级，其微结构成为现代力学仿生设计的目标。然而，薄而数量巨大的文石晶片有序排列，加上跨尺度的嵌套分级微结构，特别是纳米级矿物桥和粗糙微粒，几乎已经是当前技术的极限。截止目前，大多数珍珠层仿生金属基复合材料都以传统的“砖-泥”结构作为设计目标，缺乏跨尺度的仿生新思想和新方法，如果能够成功仿生珍珠层多尺度分级嵌套结构，复合材料的强度和塑/韧性匹配将得到大幅提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料，包括以下比例的组分：
Cr:0.3-1.0w.t.％；
Fe:0.05-0.1w.t.％；
Mg:0.05-0.1w.t.％；
石墨烯1-5vol％；
余量为Cu，杂质总含量小于0.2％。
进一步地，所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料，其特征在于：其优化的成分配比包括以下比例的组分：
Cr:0.4-0.6w.t.％；
Fe:0.06-0.085w.t.％；
Mg:0.06-0.085w.t.％；
石墨烯2.0-2.5vol％；
余量为Cu，杂质总含量小于0.1％。
进一步地，所述Fe和Mg元素的总含量低于0.12％，且两者原子比为2:1。
本发明还提供了上述高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，包括以下步骤：
(1)喷雾制粉：首先在铜熔体中加入Fe，然后再将纯Mg加入，最后将纯Cr加入，将铜与Fe、Mg和Cr混合的金属熔体通过气雾化的制粉方法，得到溶质原子过饱和的Cu-Cr合金粉末，同时，经过雾化制备粉末后，Fe和Mg均以溶质原子形式存在，在上述的雾化制粉的过程中雾化液滴平均粒径控制为10～12μm之间；
(2)Cu-Cr合金粉末的时效处理：将步骤(1)中所制得的Cu-Cr合金粉末进行时效处理，促进过饱和Cr溶质原子脱溶析出形成纳米相，制得含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末，经过时效后，Fe、Mg元素均偏聚于纳米Cr相和基体的界面上，使得纳米Cr相的尺寸减小，时效温度为450-550℃，时效时间为0.5-3h；
(3)片状粉末制备：利用行星球磨机对步骤(2)制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末进行球磨以制备片状粉末，从而制得尺寸相同且厚度小于2μm的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末，且该片状粉末即为“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构；
(4)含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末的电化学脱合金处理：将步骤(3)中所制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末通过电化学脱合金法进行电化学腐蚀，造成Cu元素选择性溶解形成凹坑，并形成Cr相凸起，从而制得表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末；
(5)PVA改性处理：将步骤(4)中所制得的表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末在PVA中搅拌1-2h，过滤并用去离子水冲洗获得PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末，然后再将PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末加入到去离子水中形成悬浊液，即为制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆；
(6)石墨烯与PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末复合：将氧化石墨烯加入到去离子水中形成悬浊液，同时经超声波降解直至液体为棕色，即氧化石墨烯被剥离为纳米带；然后将棕色氧化石墨烯悬浊液逐滴加入到步骤(5)所制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆中，进行搅拌直至棕色液体变成透明液体，再用去离子水冲洗并过滤、干燥得到氧化石墨烯/Cu-Cr复合粉体；最后，在氢气保护下将复合粉末加热，促使PVA分解和氧化石墨烯还原制备石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末，而分布于片状粉末之间的石墨烯即为“砖—泥—桥”的“泥”仿生结构；
(7)石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末的堆积：将石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末在高度为0.5m，直径为10cm且盛有酒精的圆筒形容器中自由飘落并在模具中堆积，造成单个片状Cu-Cr合金粉末沿着厚度方向的有序排列堆积，形成与“砖—泥—桥”结构中砖的层叠方式类似的堆积结构；
(8)块体材料的烧结致密化：将步骤(7)中所制得的堆积成“砖”仿生结构的石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末通过SPS进行烧结，烧结温度为700-900℃，升温速率为50-100℃/min，烧结压力为10-40MPa，保温3-10min，从而制得石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体；
(9)形变热处理：将步骤(8)中所制得的石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体进行形变热处处理，形量范围为50-80％，等温保温处理温度范围为450-550℃，时间为1-6h，促进Cu-Cr片状合金粉末表面的部分纳米Cr相凸起彼此接触并桥连，成为“砖—泥—桥”中的“桥”仿生结构，最终得到高强高韧耐磨损石墨烯/Cu-Cr基复合材料；
进一步地，步骤(1)所述的气雾化制粉的过程中，加热温度为1280-1320℃，冷却速率为104～105℃/S。
进一步地，步骤(3)所述的球磨的过程中，设置球磨转速200-300rpm，时间1-3h，球料比10:1，氩气保护。
进一步地，步骤(4)所述的电化学脱合金法具体是以铅作为阳极材料，含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末铺展在阳极表面，腐蚀剂为H3PO4(100ml)+CrO3(10ml)+H2O(25ml)的混合液，阳极电流密度为30-50A˙dm-2，电压为5-10V，时间为1-3min。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用喷雾的高冷却速率制备溶质原子过饱和的Cu-Cr合金粉末，然后将溶质原子过饱和的Cu-Cr合金粉末通过时效处理，从而促进过饱和Cr溶质原子脱溶析出形成纳米相，制得含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末，在对含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末进行球磨后制得含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末，且该片状粉末即为“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构，然后在将含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末进行电化学脱合金法，从而Cu元素选择性溶解形成凹坑，并形成Cr相凸起，从而制得表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末，在将表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末进行PVA改性，制得PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末，在将PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末与离子水进行混合，制得PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆，随后在将氧化石墨烯加入到去离子水中形成悬浊液后与PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆混合过滤、干燥后制得氧化石墨烯/Cu-Cr复合粉体，在氢气保护下将复合粉末加热，促使PVA分解和氧化石墨烯还原制备石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末，而分布于片状粉末之间的石墨烯即为“砖—泥—桥”的“泥”仿生结构，石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末在酒精中的自由飘落形成粉末的有序堆积，形成仿生“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构，然后采用SPS方法制备石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体，最后通过对石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体形变热处理促进Cu-Cr片状合金粉末表面的部分纳米Cr相凸起彼此接触并桥连，成为“砖—泥—桥”中的“桥”仿生结构，最终得到高强高韧耐磨损石墨烯/Cu-Cr基复合材料，赋予材料以优异的强度和韧性，从而大大提高了复合材料的强度与韧性，并获得了良好导电性能和摩擦学性能。
附图说明
图1为本发明中复合材料样品裂纹穿过时的路径偏转示意图；
图2为本发明中经过步骤(4)后的合金粉末的堆砌结构对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
为了提高铜基复合材料的强度和韧性匹配，并兼顾导电性和耐磨性，本发明提供了一种珍珠层“砖-泥-桥”结构仿生的石墨烯增强铜基复合材料及其制备方法，其成分特征在于，包含如下含量的组元：
Cr:0.3w.t.％；
Fe:0.05w.t.％；
Mg：0.05w.t.％；
石墨烯1vol％；
余量为Cu，杂质总含量小于0.2％。
在本实施例中，一种珍珠层“砖-泥-桥”结构仿生的石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法，其制备包括以下步骤：
(1)喷雾制粉：首先在铜熔体中加入Fe，然后再将纯Mg加入，最后将纯Cr加入，将铜与Fe、Mg和Cr混合的金属熔体通过气雾化的制粉方法，得到溶质原子过饱和的Cu-Cr合金粉末，同时，经过雾化制备粉末后，Fe和Mg均以溶质原子形式存在，在上述的雾化制粉的过程中雾化液滴平均粒径控制为10～12μm之间；
(2)Cu-Cr合金粉末的时效处理：将步骤(1)中所制得的Cu-Cr合金粉末进行时效处理，促进过饱和Cr溶质原子脱溶析出形成纳米相，制得含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末，经过时效后，Fe、Mg元素均偏聚于纳米Cr相和基体的界面上，使得纳米Cr相的尺寸减小，时效温度为450-550℃，时效时间为0.5-3h；
(3)片状粉末制备：利用行星球磨机对步骤(2)制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末进行球磨以制备片状粉末，从而制得尺寸相同且厚度小于2μm的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末，且该片状粉末即为“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构；
(4)含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末的电化学脱合金处理：将步骤(3)中所制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末通过电化学脱合金法进行电化学腐蚀，造成Cu元素选择性溶解形成凹坑，并形成Cr相凸起，从而制得表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末；
(5)PVA改性处理：将步骤(4)中所制得的表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末在PVA中搅拌1-2h，过滤并用去离子水冲洗获得PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末，然后再将PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末加入到去离子水中形成悬浊液，即为制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆；
(6)石墨烯与PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末复合：将氧化石墨烯加入到去离子水中形成悬浊液，同时经超声波降解直至液体为棕色，即氧化石墨烯被剥离为纳米带；然后将棕色氧化石墨烯悬浊液逐滴加入到步骤(5)所制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆中，进行搅拌直至棕色液体变成透明液体，再用去离子水冲洗并过滤、干燥得到氧化石墨烯/Cu-Cr复合粉体；最后，在氢气保护下将复合粉末加热，促使PVA分解和氧化石墨烯还原制备石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末，而分布于片状粉末之间的石墨烯即为“砖—泥—桥”的“泥”仿生结构；
(7)石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末的堆积：将石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末在高度为0.5m，直径为10cm且盛有酒精的圆筒形容器中自由飘落并在模具中堆积，造成单个片状Cu-Cr合金粉末沿着厚度方向的有序排列堆积，形成与“砖—泥—桥”结构中砖的层叠方式类似的堆积结构；
(8)块体材料的烧结致密化：将步骤(7)中所制得的堆积成“砖”仿生结构的石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末通过SPS进行烧结，烧结温度为700-900℃，升温速率为50-100℃/min，烧结压力为10-40MPa，保温3-10min，从而制得石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体；
(9)形变热处理：将步骤(8)中所制得的石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体进行形变热处处理，形量范围为50-80％，等温保温处理温度范围为450-550℃，时间为1-6h，促进Cu-Cr片状合金粉末表面的部分纳米Cr相凸起彼此接触并桥连，成为“砖—泥—桥”中的“桥”仿生结构，最终得到高强高韧耐磨损石墨烯/Cu-Cr基复合材料。
实施例2
与实施例1不同之处在于，本实施例中，一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法，包括以下组分及比例含量：
Cr:0.6w.t.％；
Fe:0.085w.t.％；
Mg:0.085w.t.％；
石墨烯2.5vol％；
余量为Cu；
在本实施例中，所述Fe和Mg元素的总含量低于0.12％，且两者原子比为2:1；
在本实施例中，所述杂质总含量小于0.1％。
在本实施例中，步骤(1)中加入的Fe和Mg元素的总含量低于0.12％，且两者原子比为2:1，并将杂质总含量小于0.1％，从而与实施例1相比，Fe、Mg元素总含量高于0.12％则将导致材料的电导率低于75％IACS；Fe、Mg元素均能细化纳米Cr相的尺寸，从而提高材料的强度和硬度，Fe/Mg原子比为2:1时，使得两种元素细化纳米Cr相的效果达到最大，以获得最优的强度和硬度，并兼顾到抗软化性能，从而在对Cu-Cr合金粉末的制作过程中，提高了Cu-Cr合金粉末的纯度，同时提高了Cu-Cr合金粉末的质量，提升了Cu-Cr合金粉末的强度与韧性。
其他与实施例1相同。
实施例3
实施例3与实施例1和实施例2不同之处在于：
一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料及其珍珠层仿生制备方法，包括以下组分及比例含量：
Cr:0.5w.t.％；
Fe:0.07w.t.％；
Mg:0.07w.t.％；
石墨烯2.5vol％；
余量为Cu；
在本实施例中，所述Fe和Mg元素的总含量低于0.12％，且两者原子比为2:1；
在本实施例中，所述杂质总含量小于0.2％；
在本实施例中，步骤(7)中的烧结温度为700℃；
在本实施例中，步骤(1)中加入的Fe和Mg元素的总含量低于0.12％，且两者原子比为2:1，并将杂质总含量小于0.2％，从而在对Cu-Cr合金粉末的制作过程中，Cu-Cr合金粉末的质量较差，同时由于内部的杂质含量较多导致Cu-Cr合金粉末的强度与韧性较低。
实施例4
实施例4与实施例3的不同之处在于：
在本实施例中，步骤(7)中的烧结温度为900℃；从而制得的块体材料的致密度和硬度值增加，从而其摩擦学性能也会增加，由此得出在不超过材料的熔点的情况下，烧结温度越高，烧结压强越高，则得到的样品致密度和硬度值越大，强度和韧性也就越大，摩擦学性能也会越大。
对本发明实施例1所得复合材料进行观察，在微米级结构上，发现合金粉末的微观织构对其性能的具体影响在于：1、片状粉末的堆积增加了裂纹在扩展过程中的偏转，消耗了原本用于裂纹扩展的能量，从而提高了韧性，示意如图1所示，片状粉末的堆积实际上增加了裂纹的扩展路径长度，即需要消耗更多的能量才能使得具有这种组织的材料发生断裂。
经过电化学腐蚀的粉末表面会有凹凸不平的组织构造特征，这种特征类似于图2的领结状的结构单元；这种领结状的单元彼此相互嵌套，在受力过程中需要消耗更多的能量才能使其中一片脱离其他片状粉末的约束。
根据珍珠层矿物桥仿生结构，通过制备的片状粉末即为“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构；在通过片状粉末之间的石墨烯即为“砖—泥—桥”的“泥”仿生结构，最后通过促进Cu-Cr合金片状粉末表面的部分纳米Cr相凸起彼此接触并桥连，成为“砖—泥—桥”中的“桥”仿生结构，在本发明中，合金粉末的微观织构对其性能的具体影响在于片状粉末之间存在纳米级的桥接；片状粉末中间存在纳米级别的明显连接，看到片状粉末之间由条状物质相互连接，即为纳米桥；当裂纹在两个片状粉末中间扩散时将要遇到纳米桥的阻碍，只有纳米桥断裂才能使得裂纹继续扩展，而这需要消耗更多的能量，纳米桥的存在降低裂纹的相对长度，而长裂纹对材料的抗破坏能力的影响极大，严重降低材料的断裂韧性，尽管纳米桥只是材料中一种纳米结构，但是它在片层间的分布不仅可以增大裂纹阻力，阻止裂纹扩展，而且还能有效地提高材料的弹性模量、材料强度和韧性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于：所述高强高韧石墨烯增强铜基复合材料包括以下比例组分：
Cr:0.3-1.0w.t.％；
Fe:0.05-0.1w.t.％；
Mg:0.05-0.1w.t.％；
石墨烯1-5vol％；
余量为Cu，杂质总含量小于0.2％；
所述制备方法包括如下步骤：
(1)喷雾制粉：首先在铜熔体中加入Fe，然后再将纯Mg加入，最后将纯Cr加入，将铜与Fe、Mg和Cr混合的金属熔体通过气雾化的制粉方法，得到溶质原子过饱和的Cu-Cr合金粉末，同时，经过雾化制备粉末后，Fe和Mg均以溶质原子形式存在，在上述的雾化制粉的过程中雾化液滴平均粒径控制为10～12μm之间；
(2)Cu-Cr合金粉末的时效处理：将步骤(1)中所制得的Cu-Cr合金粉末进行时效处理，促进过饱和Cr溶质原子脱溶析出形成纳米相，制得含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末，经过时效后，Fe、Mg元素均偏聚于纳米Cr相和基体的界面上，使得纳米Cr相的尺寸减小，时效温度为450-550℃，时效时间为0.5-3h；
(3)片状粉末制备：利用行星球磨机对步骤(2)制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr合金粉末进行球磨以制备片状粉末，从而制得尺寸相同且厚度小于2μm的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末，且该片状粉末即为“砖—泥—桥”的“砖”仿生结构；
(4)含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末的电化学脱合金处理：将步骤(3)中所制得的含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末通过电化学脱合金法进行电化学腐蚀，造成Cu元素选择性溶解形成凹坑，并形成Cr相凸起，从而制得表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末；
(5)PVA改性处理：将步骤(4)中所制得的表面布满纳米Cr相凸起的铜合金片状粉末在PVA中搅拌1-2h，过滤并用去离子水冲洗获得PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末，然后再将PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末加入到去离子水中形成悬浊液，即为制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆；
(6)石墨烯与PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末复合：将氧化石墨烯加入到去离子水中形成悬浊液，同时经超声波降解直至液体为棕色，即氧化石墨烯被剥离为纳米带；然后将棕色氧化石墨烯悬浊液逐滴加入到步骤(5)所制得的PVA改性的片状Cu-Cr合金粉末料浆中，进行搅拌直至棕色液体变成透明液体，再用去离子水冲洗并过滤、干燥得到氧化石墨烯/Cu-Cr复合粉体；最后，在氢气保护下将复合粉末加热，促使PVA分解和氧化石墨烯还原制备石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末，而分布于片状粉末之间的石墨烯即为“砖—泥—桥”的“泥”仿生结构；
(7)石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末的堆积：将石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末在高度为0.5m，直径为10cm且盛有酒精的圆筒形容器中自由飘落并在模具中堆积，造成单个片状Cu-Cr合金粉末沿着厚度方向的有序排列堆积，形成与“砖—泥—桥”结构中砖的层叠方式类似的堆积结构；
(8)块体材料的烧结致密化：将步骤(7)中所制得的堆积成“砖”仿生结构的石墨烯和Cu-Cr合金的复合粉末通过SPS进行烧结，烧结温度为700-900℃，升温速率为50-100℃/min，烧结压力为10-40MPa，保温3-10min，从而制得石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体；
(9)形变热处理：将步骤(8)中所制得的石墨烯增强Cu-Cr基复合材料块体进行形变热处处理，形量范围为50-80％，等温保温处理温度范围为450-550℃，时间为1-6h，促进Cu-Cr片状合金粉末表面的部分纳米Cr相凸起彼此接触并桥连，成为“砖—泥—桥”中的“桥”仿生结构，最终得到高强高韧耐磨损石墨烯/Cu-Cr基复合材料。
2.根据权利要求1所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于：优化的成分配比包括以下比例的组分：
Cr:0.4-0.6w.t.％；
Fe:0.06-0.085w.t.％；
Mg:0.06-0.085w.t.％；
石墨烯2.0-2.5vol％；
余量为Cu，杂质总含量小于0.1％。
3.根据权利要求1或2所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于：所述Fe和Mg元素的总含量不超过0.12％，且两者原子比为2:1。
4.根据权利要求1所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的气雾化制粉的过程中，加热温度为1280-1320℃，冷却速率为104～105℃/S。
5.根据权利要求1所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于：步骤(3)所述的球磨的过程中，设置球磨转速200-300rpm，时间1-3h，球料比10:1，氩气保护。
6.根据权利要求1所述一种高强高韧石墨烯增强铜基复合材料的珍珠层仿生制备方法，其特征在于：步骤(4)所述的电化学脱合金法具体是以铅作为阳极材料，含有纳米Cr相的Cu-Cr片状合金粉末铺展在阳极表面，腐蚀剂为100ml H3PO4+10ml CrO3+25ml H2O的混合液，阳极电流密度为30-50A˙dm-2，电压为5-10V，时间为1-3min。
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