CN115747546B - 石墨烯增强金属基复合材料的制备方法及搅拌摩擦装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种石墨烯增强金属基复合材料的制备方法及搅拌摩擦装置，该方法包括：将石墨烯和金属粉末混合分散，得到增强粉体；通过搅拌摩擦技术将所述增强粉体与金属基材复合，得到石墨烯增强金属基复合材料。搅拌摩擦装置基材固定单元、搅拌摩擦单元、径向挤压单元和成型出料单元，为搅拌摩擦和再挤压工艺提供有效途径。本发明通过将石墨烯与金属粉末预混降低石墨烯的团聚，并减少搅拌摩擦对石墨烯结构的破坏，从而显著提高增强作用。与此同时，通过将搅拌摩擦后的再挤压，使得复合预制体再次塑形，促进石墨烯的定向和均匀分散，进一步提升复合材料性能。

Description

石墨烯增强金属基复合材料的制备方法及搅拌摩擦装置

技术领域

本发明涉及金属复合材料制备技术领域，尤其涉及一种石墨烯增强金属基复合材料的制备方法及搅拌摩擦装置。

背景技术

金属基材例如铜、铝等具体良好导电性，但其机械强度、电导率和导热性仍有待进一步提高。例如，铜具有高载流子浓度，在导电领域具有非常广泛的应用。但铜的高载流子浓度会增加电子散射，而散射会缩短弛豫时间，从而降低迁移率。对于电导材料而言，载流子迁移率越高、载流子浓度越高，则其电导率越高。石墨烯是一种以sp2杂化连接的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的新材料，是已知强度最高的材料之一，其在室温下的载流子迁移率约为15000cm²/(V·s)，也是已知载流子迁移率最高的材料，同时具备非常优异的导热性能。将石墨烯有效掺杂在铜基体中，则可以结合铜的高载流子浓度以及石墨烯高载流子迁移率的特点，以提高材料的电导率，同时也可以提高力学性能以及导热性能。

制备石墨烯增强金属基复合材料的主要难题是如何较好地保持石墨烯蜂巢结构并使之在金属基体中获得充分分散，以及如何增强石墨烯与金属的界面结合。现有技术一般通过液相法或粉末冶金的方法制备该类复合材料。但由于石墨烯π-π耦合、范德华力和高比表面积，通过以上方式制备复合材料的过程中，石墨烯都会发生团聚现象，也就是石墨烯会形成大尺寸的石墨烯颗粒，从而降低或失去本征态石墨烯的优异性能，并且团聚体难以再分开，不仅降低了自身的吸附能力而且阻碍石墨烯自身优异性能的发挥，从而影响了石墨烯增强复合材料性能的改进。

通过将表面原位生长高品质石墨烯的多层铜箔堆叠进行热压复合，能够完全避免石墨烯的团聚现象，并且石墨烯在铜基体内均匀、定向分布，能够获得高电导率的铜基石墨烯复合材料，称为箔片冶金法。但石墨烯铜箔成本高，热压复合工艺复杂，该方式制备的铜基石墨烯成本很高，并且由于石墨烯含量很低，进行后续的塑性拉拔后石墨烯结构被破坏，有效石墨烯含量大幅降低，导致箔片冶金法制备的铜复合材料电导率退化，其只能通过切削等方式进行后续加工。

搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing，FSP)是在搅拌摩擦焊技术基础上发展起来的一种固态大塑性变形加工方法，在外力的作用下，利用制备复合材料的原材料各组分以及搅拌头间接触面的相对摩擦运动和原材料塑性变行所产生的热量，使接触面及附近区域的材料达到热塑性状态，并产生适当的宏观塑性变行，通过材料间的相互扩散和动态再结晶而完成各组分的分散与复合，实现复合材料的制备。其具有高温停留时间短、组织晶粒细小、过程易控以及绿色环保等优点。然而现有技术还存石墨烯结构易被搅拌摩擦破坏，影响其效能的发挥以及石墨烯在基体中的分散较单一，导致增强程度有限的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯增强金属基复合材料的制备方法及搅拌摩擦装置，通过将石墨烯与金属粉末预混降低石墨烯的团聚，并减少搅拌摩擦对石墨烯结构的破坏，从而显著提高增强作用。与此同时，通过将搅拌摩擦后的再挤压，使得复合预制体再次塑形，并促进石墨烯的定向和均匀分散，进一步提升复合材料性能。

为实现上述目的，本发明提供一种石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1.将石墨烯和金属粉末混合分散，得到增强粉体；

S2.通过搅拌摩擦技术将所述增强粉体与金属基材复合，得到石墨烯增强金属基复合材料。本发明通过石墨烯初期与铜粉混粉，一方面可以减少搅拌头对石墨烯的结构破坏性，另一方面可以降低石墨烯的团聚现象，并且提高分散均匀性，从而提高增强效果。

进一步的，所述石墨烯占所述石墨烯增强金属基复合材料总质量的0.1wt％-2wt％，优选为0.2wt％-1wt％，更优选为0.4wt％-0.8wt％,所述金属粉末与所述石墨烯的质量比为(10-45):1，优选为(20-35):1，更优选为(25-35):1。通过将少量石墨烯与金属粉末混合，提高石墨烯的分散性，而且能够一定程度降低搅拌头对石墨烯结构的破坏；而且金属粉末与金属基材的界面结合性较优，能够促进石墨烯的界面复合。

进一步的，所述金属基材包括铜、铝、镁或其合金中的一种；所述金属粉末中包含与所述金属基材的材质相同的粉末；所述金属粉末的粒径为5-200μm，优选为10-100μm。

进一步的，所述金属基材优选为铜板；所述金属粉末为粒径在10-120μm的铜粉，优选为粒径在40-80μm的电解枝晶状铜粉。

进一步的，所述搅拌摩擦技术包括：将所述增强粉体预埋于所述金属基材中，通过搅拌头对预埋有所述增强粉体的部位进行旋转搅拌摩擦，实现两者复合，冷却后即得所述石墨烯增强金属基复合材料；增强粉体在金属基材中的分布密度根据目标需求进行调控，尽可能的使增强粉体均能与搅拌头接触摩擦，以提高摩擦分散效果。

或者，在搅拌头对金属基材进行旋转搅拌摩擦的过程中，将所述增强粉体输送至搅拌区，并继续进行搅拌摩擦实现两者复合，冷却后即得所述石墨烯增强金属基复合材料。

进一步的，步骤S2还包括：所述增强粉体与所述金属基材经搅拌摩擦形成复合预制体后，依次进入径向挤压区和成型出料区，以使所述增强粉体与所述金属基材在挤压力作用下均匀复合，得到石墨烯增强金属基复合材料型材。通过搅拌摩擦后的再挤压，可以使所有的原材料组元复合，并且分散均匀性相比常规搅拌摩擦要高，通过此方法石墨烯的团聚现象比常规的金属基石墨烯复合材料制备方法要小很多。而且，通过搅拌摩擦后的再挤压，由于能够增强分散作用，因此能够一定程度减少预埋增强粉体的铺设面积，进而减少凹槽量，因此制备方法实用性更强。

进一步的，所述石墨烯增强金属基复合材料的径向挤压区和成型出料区横截面积比为挤压比，所述挤压比大于1，例如为1.5-5，或5-10，或10-20等。

本发明还提供一种搅拌摩擦装置，包括：

基材固定单元，用于固定金属基材；

搅拌摩擦单元，用于对金属基材和增强粉体进行搅拌摩擦，形成复合预制体；

径向挤压单元，用于对所述复合预制体进行径向挤压；所述径向挤压的方向与所述复合预制体的前进方向垂直；

成型出料单元，用于将经挤压后的所述复合预制体成型出料。

进一步的，所述径向挤压单元的直径由靠近所述搅拌摩擦单元一端至所述成型出料单元一端减小，且所述径向挤压单元与所述搅拌摩擦单元接触部位为平滑过渡结构；

或者，所述径向挤压单元包括设置于所述复合预制体两侧的挤压件，用于对所述复合预制体进行动态挤压混合。

进一步的，所述搅拌摩擦装置还包括设置于进料端的连续给料单元，用于推动所述金属基材依次向搅拌摩擦单元、径向挤压单元和成型出料单元移动给料。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，通过将石墨烯与金属粉末预混降低石墨烯的团聚，同时减少搅拌摩擦对石墨烯结构的破坏，而且可借助金属粉末与金属基材的高界面结合力，提高石墨烯在金属基材中的分散性和晶界密度，从而显著提高增强作用。

2、本发明还利用搅拌摩擦后复合预制体的可塑性，进行再挤压塑形，此过程可促进石墨烯的定向和均匀分散，所有原材料组元实现均匀复合，从而进一步提升复合材料的性能。

3、本发明通过搅拌摩擦方式实现材料的局部加热，高温停留时间短，能耗显著降低，绿色环保；可以通过调整搅拌头转速、成型出料单元的形状等来进行复合过程参数的调控，工艺可控性高。

4、本发明提供的搅拌摩擦装置，在传统的搅拌摩擦加工装置上增设径向挤压单元和成型出料单元，利用金属基材搅拌摩擦后的可塑性，通过径向挤压单元对其进行再挤压塑形，提高增强作用。通过成型出料单元的结构设计可得到不同形状的目标材料；径向挤压单元可通过直径变小的腔体实现静态挤压，或者通过可移动的挤压件实现动态可调性挤压，因此灵活可调，实用性高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明石墨烯增强金属基复合材料制备用搅拌摩擦装置的结构示意图；

图2为本发明石墨烯增强金属基复合材料制备用搅拌摩擦装置另一角度的结构示意图；

图3为常规条件下石墨烯-铜机械结合的界面示意图；

图4为本发明搅拌摩擦后石墨烯-铜界面结合示意图；

图5为铜内部晶界以及经搅拌摩擦成型后的复合材料内部石墨烯分布示意图；

图6为石墨烯和金属粉末混合前后的分散结构示意图；

图7为增强粉体在金属基材中预埋结构示意图；

图8为实施例制备的铜基石墨烯复合材料料棒的实物图。

图9为实施例1得到的复合材料料棒的SEM组织照片。

附图标记：

10-基材固定单元；11-金属基材；12-增强粉体；121-石墨烯；122-金属粉末；13-下固定夹板；14-上固定夹板；20-搅拌摩擦单元；21-搅拌头；22-搅拌区域；23-塑性形变区；30-径向挤压单元；40-成型出料单元；50-复合材料；60-给料单元。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

请参阅图1-8所示，本发明提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，基于搅拌摩擦加工原理，所用搅拌摩擦装置主要如图1和2所示，包括：

基材固定单元10，用于固定金属基材11；在一个具体实施方式中，基材固定单元10包括上固定夹板14和下固定夹板13，两个夹板之间设有用于容纳金属基材11的空隙。上固定夹板14上设有供搅拌装置穿过的通孔，用于固定搅拌头21，使搅拌头21与金属基材进行接触摩擦。

搅拌摩擦单元20，用于对金属基材11和增强粉体12进行搅拌摩擦，形成复合预制体；搅拌头21在旋转搅拌的过程中，轴向固定，且搅拌轴与金属基材11垂直。搅拌头21与金属基材11相接触的部位为搅拌区域22，搅拌生热使得金属基材11发生塑性形变，形成塑性形变区23。复合预制体在塑性形变区23的可塑性较高，便于进一步通过外力塑形，提高增强粉体12与金属基材11的复合均匀性。而且，有助于增强粉体12中的石墨烯定向分散。

特别地，还包括径向挤压单元30，用于对复合预制体进行径向挤压，径向是指与搅拌头轴向垂直，且与金属基材11前进方向垂直的方向)。具体的，径向挤压单元30的直径由靠近搅拌摩擦单元20一端至成型出料单元40一端逐渐减小，且径向挤压单元30与搅拌摩擦单元20的接触部位为平滑过渡结构，以便于复合预制体被挤入径向挤压区。此时，径向挤压单元30为周壁封闭式腔体，使得复合预制体只向出料端前进，防止复合预制体从周壁挤出。径向挤压单元30的周壁平均直径小于金属基材11的平均直径，以便实现挤压变形。

或者，径向挤压单元30包括设置于复合预制体两侧的可移动式挤压件，用于对复合预制体进行动态挤压混合。当复合预制体从塑性形变区23推出后，挤压件对其进行挤压混合，使得增强粉体与金属基材进一步分散，通过挤压件便于实时调控挤压程度，从而控制所得复合材料的均匀性和形状。

成型出料单元40，用于将经挤压后的复合预制体成型出料，得到复合材料50。成型出料单元40的腔体形状根据目标材料需求进行设计，例如为空心圆柱腔体、棱柱腔体等。

进一步的，搅拌摩擦装置还包括设置于进料端的连续给料单元60，用于推动金属基材11依次向搅拌摩擦单元20、径向挤压单元30和成型出料单元40移动给料。金属基材11垂直于搅拌头21的轴向缓慢移动。当原材料接近使用完时，给料单元60退出，往夹板内继续添加材料，由此持续完成任意长度的金属基石墨烯复合材料的制备。

在此基础上，本发明提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，将石墨烯与金属粉末混合体作为增强粉体12，在金属基材11表面设置容纳增强粉体的凹槽，并将增强粉体12容置于凹槽中，然后在搅拌头21的旋转摩擦下产生大量热量，温度可上升至700℃以上；搅拌头21对金属基材11与混合粉体进行固态旋转搅拌，将石墨烯与金属基材11进行强制分散并复合在一起。

以铜基材为例，搅拌头21在旋转搅拌的过程中，轴向固定，对铜板施加一定的压力，使铜板垂直于搅拌头轴向缓慢移动，经初步复合的材料通过上下夹板的缝隙反向流出，并经过成型出料单元40的腔体引流形成复合材料。

摩擦搅拌加工过程所形成的大塑性形变除了促进石墨烯与铜基体的物理接触外，也会增加石墨烯与铜的两相界面自由能，而相界面自由能是诱导碳铜固溶复合的一个重要因素。

一般认为相界能包括相界弹性能和化学能。相界弹性能与晶界弹性能相类似，来源于结构上的畸变，而相界化学能则来源于化学键的不对称性。由于石墨烯与金属表面张力相差悬殊，碳在铜中的固溶度几乎为零，不形成化学键，常规条件下二者结合时通常形成含有微孔的弱的机械结合界面，如图3所示，需要对界面进行控制。控制石墨烯-金属基体界面的关键是在两者间构筑合适的过渡，通过过渡层的“桥联”使界面发挥更好的应力传递和传导作用。铜基体在热塑性形变过程中积蓄了高密度的空位、位错、晶界等缺陷，致使晶格点阵中的内应力增加，位错应力场可降低碳组元在铜基中的化学势，增加碳在铜中的固溶度，因为溶质原子的融入可以改善位错处的应变场，降低应变场能，使整个体系的自由能降低。在碳铜的过饱和固溶体中，碳的固溶方式有两种：一是碳原子进入铜的晶格形成间隙固溶体，引起晶格的畸变；二是为了减少搅拌过程中增加的体系自由能，相当部分的碳原子偏聚在晶界、亚晶界及自由表面处，形成“亚固溶”，这是搅拌摩擦碳-铜界面的主要“桥连”方式。

因此，通过搅拌摩擦所形成的大比例塑性形变可以诱导碳在铜界面中形成亚固溶，实现优异的“碳-铜桥连”效应；再者，因为碳、铜元素的相互不固溶，仅会有极少量碳原子进入铜的晶格形成固溶体，石墨烯仍然能够保持其结构特性，界面示意图如图4所示；并且，铜基体的原始粗大晶粒在搅拌头的作用下，不断被打碎形成更小尺度的晶粒，碳铜界面密度显著增加，通常情况下晶界密度的增加会铜导体中的电子散射，但在石墨烯的作用下，界面密度的增加也意味着石墨烯-铜界面的增加，可以大幅提高复合材料内部的有效石墨烯含量，如图5所示。

实施例1

本实施例提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，包括：

步骤一：将占复合材料总重量20wt％的铜粉与0.6wt％的石墨烯粉通过搅拌机进行初步的物理分散；

特别地，上述铜粉为200目电解支晶状铜粉；

特别地，上述石墨烯粉为高纯净石墨烯粉；

由于石墨烯在复合的过程中团聚不可完全避免，通过添加铜粉与石墨烯粉进行混合，可以初步分散石墨烯，尽量降低石墨烯的团聚趋势；并且，由于搅拌摩擦为一种强制分散过程，搅拌头对石墨烯的结构会产生很大的破坏，添加铜粉也可以缓冲搅拌头对石墨烯的冲击。

步骤二：将上述铜粉和石墨烯的混合粉预埋在铜板中(也可以在搅拌头搅拌摩擦的过程中将混合粉体输送至热搅拌区)；

特别地，上述铜板为TU1，长×宽为20×20mm。

步骤三：将预埋混合粉的铜板通过上夹板和下夹板进行固定；

特别地，上述上夹板和下夹板为H13钢制作。

步骤四：在搅拌头的作用下，上述铜板及混合粉体等原料因摩擦产生的热量，温度上升至700℃以上，铜基体塑性流动性在高温下得到大幅增强；

特别地，上述搅拌头采用钨铼25合金制作。

步骤五：上述搅拌头对所述铜板基体与混合粉体进行固态旋转搅拌，将石墨烯与铜进行强制分散并复合在一起。

步骤六：上述搅拌头在旋转搅拌的过程中，轴向固定，压头对所述铜板施加一定的压力，使铜板垂直于所述搅拌头轴向缓慢移动，经初步复合的材料通过上下甲板的缝隙反向流出，并经过引流管形成复合材料。

步骤七：当原材料接近使用完时，上述压头退出，往夹板内继续添加预埋混合粉的铜板，由此持续完成任意长度的铜基石墨烯复合材料的制备。

为避免铜的高温氧问题，本发明所有步骤均在保护性气氛环境下进行。图8所示为根据具体实施例所制备的铜基石墨烯复合材料料棒，料棒尺寸分别为Φ5×300mm以及Φ5×400mm，电导率经检测分别为103.26％IACS以及105.67％IACS。图9所示为复合材料SEM照片，组织中石墨烯的团聚现象显著降低。

进一步，通过修改成型出料单元腔体(引流管40)的形状，也可以实现复合材料板材的制备。

实施例2-8

对比例1提供的方法，与实施例1相比不同之处在于，增强粉体中石墨烯和铜粉的含量如表1所示。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。以下实施例均以Φ5×300mm为例。

表1实施例1-8制备参数及性能测试结果

从表1可以看出，增强粉体中，铜粉添加量过少时，电导率降低，抗拉强度有所提高。石墨烯含量为0，仅添加铜粉时，电导率和抗拉强度均显著降低，可见，本发明选用石墨烯与铜粉的复合增强粉体对电导率和抗拉强度具有协同增强作用。

实施例9

本实施例提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，与实施例1相比不同之处在于，所得料棒尺寸为Φ4×300mm。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

实施例10

本实施例提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，与实施例1相比不同之处在于，未对复合预制体进行挤压变形，即得到的仍为与原始铜板尺寸相同的复合板材。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

实施例11

本实施例提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，与实施例1相比不同之处在于，金属粉末为铝粉，金属基材为1060工业纯铝板。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

表2实施例1及9-11的性能测试结果

从表2可以看出，当增大挤压比得到不同尺寸的型材时，电导率和抗拉强度有所提高，而未挤压时(实施例10)，电导率和抗拉强度降低，说明本发明通过采用石墨烯与金属粉末复合，并同时进行径向挤压重塑，使得复合金属型材的电导率和抗拉强度显著提高。当金属基材为铝板时，电导率和抗拉强度相比纯铝板也得到显著提升。由此可见，本发明为高性能金属基复合基材的制备提供了一种有效途径。

综上所述，本发明提供的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，通过将石墨烯与金属粉末预混降低石墨烯的团聚，同时减少搅拌摩擦对石墨烯结构的破坏，而且可借助金属粉末与金属基材的高界面结合力，提高石墨烯在金属基材中的分散性和晶界密度，从而显著提高增强作用。利用搅拌摩擦后复合预制体的可塑性，进行再挤压塑形，此过程可促进石墨烯的定向和均匀分散，所有原材料组元实现均匀复合，从而进一步提升复合材料的性能。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.将石墨烯和金属粉末混合分散，得到增强粉体；

S2.通过搅拌摩擦技术将所述增强粉体与金属基材复合，得到石墨烯增强金属基复合材料；

所述石墨烯占所述石墨烯增强金属基复合材料总质量的0.1wt%-2wt%，所述金属粉末与所述石墨烯的质量比为（10-45）:1；所述金属粉末中包含与所述金属基材的材质相同的粉末；

所述搅拌摩擦技术包括：将所述增强粉体预埋于所述金属基材中，通过搅拌头对预埋有所述增强粉体的部位进行旋转搅拌摩擦，实现两者复合，冷却后即得所述石墨烯增强金属基复合材料；

或者，在搅拌头对金属基材进行旋转搅拌摩擦的过程中，将所述增强粉体输送至搅拌区，并继续进行搅拌摩擦实现两者复合，冷却后即得所述石墨烯增强金属基复合材料。

2.根据权利要求1所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基材包括铜、铝、镁或其合金中的一种；所述金属粉末的粒径为5-200μm。

3.根据权利要求2所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉末的粒径为10-100μm。

4.根据权利要求3所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属基材为铜板；所述金属粉末为粒径在10-100μm的铜粉。

5.根据权利要求4所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属粉末为电解枝晶状铜粉。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，步骤S2还包括：所述增强粉体与所述金属基材经搅拌摩擦形成复合预制体后，依次进入径向挤压区和成型出料区，以使所述增强粉体与所述金属基材在挤压力作用下均匀复合，得到石墨烯增强金属基复合材料型材。

7.根据权利要求6所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述石墨烯增强金属基复合材料的径向挤压区和成型出料区横截面积比为挤压比，所述挤压比大于1。

8.根据权利要求6所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌摩擦技术采用的装置包括：

基材固定单元，用于固定金属基材；

搅拌摩擦单元，用于对金属基材和增强粉体进行搅拌摩擦，形成复合预制体；

径向挤压单元，用于对所述复合预制体进行径向挤压；所述径向挤压的方向与所述复合预制体的前进方向垂直；

成型出料单元，用于将经挤压后的所述复合预制体成型出料。

9.根据权利要求8所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述径向挤压单元的直径由靠近所述搅拌摩擦单元一端至所述成型出料单元一端减小，且所述径向挤压单元与所述搅拌摩擦单元接触部位为平滑过渡结构；

或者，所述径向挤压单元包括设置于所述复合预制体两侧的挤压件，用于对所述复合预制体进行动态挤压混合。

10.根据权利要求9所述的石墨烯增强金属基复合材料的制备方法，其特征在于，所述搅拌摩擦技术采用的装置还包括设置于进料端的连续给料单元，用于推动所述金属基材依次向搅拌摩擦单元、径向挤压单元和成型出料单元移动给料。