石墨烯具有优异的力学和物理性能,作为金属基复合材料的增强体受到越来越多的关注。石墨烯增强铝基复合材料仍然存在均匀复合、界面控制和力学性能优化等问题。本文通过球磨混粉制备石墨烯与铝粉混合粉末,采用搅拌铸造方法制备石墨烯纳米片/2024 Al复合材料铸锭,通过热挤压和冷拉拔工艺改善石墨烯在铝基体中的均匀分布状态,通过金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱等分析了复合材料的显微组织,并研究了复合材料的力学性能和热物理性能。通过球磨制备石墨烯/铝混合粉末,形貌观察发现球料比10:1、转速200rpm、球磨10h条件下,石墨烯可通过铝粉的冷焊作用分散到铝合金粉末中。在保持半固态搅拌温度和搅拌时间不变的条件下,研究了浇铸温度对复合材料组织的影响,确定最佳的浇铸温度为660℃,在此温度下石墨烯仍然大量存在,未发生明显的生成Al₄C₃的界面反应。通过热挤压,在热挤压495℃、挤压前保温3h、挤压速度15mm/s条件下,获得了表面质量良好的GNPs/2024Al复合材料棒材。热挤压态复合材料的晶粒尺寸约14μm,且平行于挤压方向的晶粒被拉长,复合材料的致密度提高。GNPs/2024Al复合材料具有明显的时效硬化现象,峰时效工艺为500℃固溶96h后在190℃下时效8h。峰时效后基体合金弥散分布有S’（A1₂CuMg）析出相,石墨烯质量分数为0.4wt.%时,复合材料的抗拉强度为465MPa,弹性模量为81GPa,延伸率为9.78%。然而当石墨烯质量分数超过2wt.%后,复合材料的力学性能明显下降。随石墨烯含量的增加,铸态复合材料的热导率呈现下降的趋势;经热挤压后,当石墨烯质量分数≤1wt.%时,复合材料的热导率为160W/（m·K）;当质量分数达到2wt.%时,热导率急剧下降。复合材料的热膨胀系数随着石墨烯含量的增加而单调降低;石墨烯质量分数为0.4wt.%、1wt.%和2wt.%,热挤压态复合材料的热膨胀系数相比于铸态复合材料均降低。冷拉拔促进了石墨烯在铝合金基体中的分散,随着冷拉拔变形量的增加,0.4wt.%GNPs/2024Al复合材料的抗拉强度持续降低,但延伸率提高;当变形量达到81%时,复合材料的延伸率比挤压态复合材料降低33%。但相比于拉拔态的基体合金,复合材料的延伸率提高了73%。