CN104070725B - Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Fe‑Al‑Nb合金涂层，Fe‑Al‑Nb合金涂层分为基体层、沉积层和扩散层三部分；所述基体层为普通碳钢材料；所述沉积层由Nb99.5wt％，其余由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al组成；所述扩散层由Al25wt％～34wt％、Fe65wt％～73wt％和Nb1.0wt％～2.0wt％组成。所述Fe‑Al‑Nb合金涂层的厚度为150～200μm。所述普通碳钢材料为45钢或Q235。本发明不仅进一步提高了Fe‑Al基涂层的强度、抗高温腐蚀性能，而且提高了Fe‑Al基涂层的韧性，有效降低了其室温脆性。
Description
技术领域
本发明涉及金属材料表面改性技术领域，具体涉及一种Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法。
背景技术
Fe-Al金属间化合物是目前研究比较深入的金属间化合物之一，其比强度高、耐蚀性优异，同时具有资源丰富、成本低廉等优势。但由于其自身结合键的性质、晶体结构、缺陷敏感度、有序度及环境等因素导致Fe-Al合金涂层的塑韧性和600℃以上的高温综合性能还不能满足高温、热腐蚀和磨损共存的苛刻服役环境的要求，严重制约了Fe-Al合金涂层大量投入工业化应用。
邓文等在研究Nb对Fe3Al合金基体与缺陷处价电子密度的影响时，测量了含Nb的Fe3Al合金的正电子寿命谱参数。试验结果表明，Nb的加入降低了合金中的有序度，提高了晶界缺陷处价电子密度，金属间结合力增强，但由于Nb的原子半径比Fe大，它置换Fe后使晶格发生畸变，体积增大，导致合金基体的价电子密度降低，基体的金属键结合力减弱，有益于韧性的提高。尹衍生等在Fe3Al中同时加入少量Nb元素，改善了合金的高温蠕变寿命。另外，已有研究表明Nb是提高Fe-Al合金组织稳定性、高温强度和耐高温腐蚀性能的重要合金元素。
目前缺乏一种强度高、韧性好、高温综合性能优异的Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种强度高、韧性好、高温综合性能优异的Fe-Al-Nb合金涂层及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明通过如下技术方案实现：一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层分为基体层、沉积层和扩散层三部分；
所述基体层为普通碳钢材料；
所述沉积层由Nb99.5wt％，其余由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al组成；
所述扩散层由Al25wt％～34wt％、Fe65wt％～73wt％和Nb1.0wt％～2.0wt％组成。
进一步地，所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150～200μm。
进一步地，所述普通碳钢材料为45钢或Q235。
更进一步地，所述扩散层内，Al的重量百分比由表及里逐渐降低。
本发明所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
(1)清洗：准备普通碳钢材料，并对其进行除油、除锈和超声清洗处理；
(2)助镀：将普通碳钢材料置于温度为70～80℃的助镀剂中，10～15min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
(3)熔铝：将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至750～800℃呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
(4)热浸镀铝：将普通碳钢材料快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为130s～150s后，缓慢勾速取出试样，空冷；
(5)真空扩散退火：将热浸镀后的材料放入真空气氛炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为850～900℃，退火时间为5～6h，之后随炉冷却；
(6)双辉改性预处理：将制备好的Fe-Al涂层材料在砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
(7)预热、活化处理：将靶材和普通碳钢材料置于炉膛内，调整靶材与普通碳钢材料之间的距离为15mm～20mm，炉膛内抽真空至气压为0～2Pa，通入氩气至气压为30～40Pa，将普通碳钢材料的电压缓慢升至100V～150V，靶材的电压缓慢升至150V～200V，处理时间为15～20min，对靶材和普通碳钢材料进行清洗、活化；
(8)双辉渗Nb改性：将炉膛内的气压调节为35Pa～45Pa，靶材的电压调整至800V～900V，普通碳钢材料的电压调整至350V～450V，普通碳钢材料的温度升至900℃～1000℃，保温时间为3～5h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
进一步地，所述步骤(6)中，所述砂纸为不小于1000目。
进一步地，所述步骤(2)中，所述助镀剂由KBF42.25wt％～2.75wt％、AlF32.25wt％～2.75wt％、ReCl30.05wt％～0.1wt％、其余为H2O组成。
更进一步地，所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KCl45wt％～50wt％、NaF12.5wt％～15.5wt％、CeCl0.1wt％～0.2wt％、其余为NaCl组成。
进一步地，在步骤(7)中，所述靶材为Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99％。
有益效果：与采用高速电弧喷涂、等离子喷涂技术等制备的Fe-Al涂层相比较，采用本发明的热浸镀铝表面覆盖技术与双层辉光等离子表面渗Nb改性技术相结合制备的Fe-Al-Nb合金涂层，不仅进一步提高了Fe-Al基涂层的强度、抗高温腐蚀性能，而且提高了Fe-Al基涂层的韧性，有效降低了其室温脆性。
本发明具有如下优点：
(1)在普通钢材表面制备出Fe-Al-Nb合金涂层，既充分发挥Fe-Al-Nb金属间化合物的性能优势，又避开了它在加工性能方面的劣势，解决了涂层在复杂工况条件下开裂甚至剥落的难题，同时又节约了稀有金属元素Nb，为Fe-Al基金属间化合物的实用化进程提供新的技术路径。
(2)热浸镀铝表面覆盖技术可制备出较厚的Fe-Al涂层；双层辉光等离子表面改性技术，通过氩离子和中性粒子轰击靶材和普通碳钢材料，将元素Nb输运至普通碳钢材料表面并促进Fe、Al、Nb三种元素的快速扩散，在短时间内形成与基体呈冶金结合的Fe-Al-Nb合金涂层。
(3)该涂层厚度为150～200μm，比单纯使用双层辉光等离子表面冶金技术制备的涂层更厚。在沉积层主要为纯Nb，同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al等硬质合金相；在扩散层内，Al的浓度由表层的25wt％～34wt％及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt％～73wt％之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.0wt％～2.0wt％之间，形成第二相弥散分布在涂层中。该涂层硬度为11～13GPa、弹性模量为450～500GPa，表现出优良的韧性。
(4)Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度850～900HV0.1，比Fe-Al涂层高50～100HV0.1，是45钢、Q235钢的3.5～4.5倍、4.5～5.0倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为11～13GPa、弹性模量为450～500GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的2倍左右，是45钢硬度的3倍左右、是其弹性模量的2.5倍左右，表现出优良的韧性。在600℃、700℃的条件下恒温氧化试验100h后，Fe-Al合金涂层表面均出现了大量分散的孔洞，700℃时局部区域腐蚀严重，而Fe-Al-Nb合金涂层表面平整无起皱现象，颗粒之间连接紧密，表新出优良的抗高温氧化性能，起到了在高温条件下服役时保护基体的作用。
附图说明
图1是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层表面放大倍数为400倍的SEM图；
图2是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层表面放大倍数为10000倍的SEM图；
图3是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层截面BSEI图；
图4是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层表面XRD图谱；
图5是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层截面元素分布图；
图6是实施例1中600℃时不同试样的恒温氧化动力学曲线；
图7是实施例1中700℃时不同试样的恒温氧化动力学曲线；
图8是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层600℃恒温氧化100h后表面的BSEI图；
图9是实施例1中所得Fe-Al-Nb合金涂层700℃恒温氧化100h后表面的BSEI图。
具体实施方式
下面结合附图下面将通过具体实施例对本发明做进一步的具体描述，但不能理解为是对本发明保护范围的限定。
实施例1
本发明的一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层由基体层、沉积层和扩散层三部分组成；所述基体层为普通碳钢材料，所述沉积层由Nb99.5wt％，其余由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al组成；
如图1和图2所示，本发明制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层表面平整光亮，微观结构呈胞状分布，多边形的小颗粒呈岛状三维形态；涂层厚度为200μm，
如图3所示，所述沉积层主要为Nb，Nb为99.5wt％；
如图4所示，所述沉积层其余的0.5wt％由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al硬质合金相组成，显著提高其表面硬度；
如图5所示，在扩散层内，Al的浓度由表层的28wt％及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt％～73wt％之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.5wt％～2wt％之间，形成第二相弥散分布在涂层中。
制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度为900HV0.1，比Fe-Al涂层高100HV0.1，是45钢、Q235钢的4.5倍、5.0倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为13GPa、弹性模量为500GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的2.14倍，是45钢硬度的3.25倍、是其弹性模量的2.5倍，表现出优良的韧性。
如图6和图7所示，制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层在600℃、700℃的条件下的恒温氧化动力学曲线。
如图8和图9所示，恒温氧化试验100h后，其表面形貌表面平整无起皱现象，颗粒之间连接紧密，表新出优良的抗高温氧化性能，起到了在高温条件下服役时保护基体的作用。
本发明的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
热浸镀铝+真空扩散退火工艺过程：
(1)清洗：准备45钢板材；除油：将上述45钢置于丙酮溶液中超声清洗10min除油，再用蒸馏水清洗其表面上残存的丙酮溶液；除锈：除油完毕后置于浓度为10％的稀盐酸中浸泡10min除锈，再用蒸馏水清洗材料表面上残存的盐酸溶液；
(2)助镀：将45钢置于温度为80℃的助镀剂中，10min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
(3)熔铝：将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至750℃呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
(4)热浸镀铝：将45钢快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为130s后，缓慢勾速取出试样，空冷；
(5)真空扩散退火：将热浸镀后的45钢放入BLMT-KG型对开式真空气氛管式炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为900℃，退火时间为5h，之后随炉冷却；
双层辉光等离子表面改性渗Nb工艺过程：
(6)双辉改性预处理：将制备好的Fe-Al涂层材料在1000目的砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
(7)预热、活化处理：将靶材和45钢置于炉膛内，调整靶材与45钢之间的距离为20mm，炉膛内抽真空至气压为1.5Pa，通入氩气至气压为30Pa，开启45钢极电源以5V/min的速度缓慢升至150V，打开源极电源以同样的速度缓慢将靶材的电压缓慢升至200V，处理时间为20min，靶材和45钢进行清洗、活化；
(8)双辉渗Nb改性：将炉膛内的气压调节为40Pa，靶材的电压调整至800V，45钢的电压调整至350V，45钢的温度升至900℃，保温时间为5h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
所述步骤(2)中，所述助镀剂由KBF42.25wt％、AlF32.75wt％、ReCl30.1wt％、其余为H2O组成。
所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KCl50wt％、NaF12.5wt％、CeCl0.2wt％、其余为NaCl组成。
在步骤(7)中，所述靶材为圆片状纯Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99％。所述靶材的直径为100mm，厚度为1mm。
与采用高速电弧喷涂、等离子喷涂技术等制备的Fe-Al涂层相比较，采用本发明的热浸镀铝表面覆盖技术与双层辉光等离子表面渗Nb改性技术相结合制备的Fe-Al-Nb合金涂层，不仅进一步提高了Fe-Al基涂层的强度、抗高温腐蚀性能，而且提高了Fe-Al基涂层的韧性，有效降低了其室温脆性。
本发明具有如下优点：
(1)在普通钢材表面制备出Fe-Al-Nb合金涂层，既充分发挥Fe-Al-Nb金属间化合物的性能优势，又避开了它在加工性能方面的劣势，又避开了它在加工性能方面的劣势，解决了涂层在复杂工况条件下开裂甚至剥落的难题，同时又节约了稀有金属元素Nb，为Fe-Al基金属间化合物的实用化进程提供新的技术路径。
(2)热浸镀铝表面覆盖技术可制备出较厚的Fe-Al涂层；双层辉光等离子表面改性技术，通过氩离子和中性粒子轰击靶材和普通碳钢材料，将元素Nb输运至普通碳钢材料表面并促进Fe、Al、Nb三种元素的快速扩散，在短时间内形成与基体呈冶金结合的Fe-Al-Nb合金涂层。
(3)该涂层厚度为150～200μm，比现有技术的涂层更厚。在沉积层主要为纯Nb，同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al等硬质合金相；在扩散层内，Al的浓度由表层的25wt％～34wt％及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt％～73wt％之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.0wt％～2.0wt％之间，形成第二相弥散分布在涂层中。该涂层硬度为11～13GPa、弹性模量为450～500GPa，表现出优良的韧性。
(4)Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度850～900HV0.1，比Fe-Al涂层高50～100HV0.1，是45钢、Q235钢的3.5～4.5倍、4.5～5.0倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为11～13GPa、弹性模量为450～500GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的2倍左右，是45钢硬度的3倍左右、是其弹性模量的2.5倍左右，表现出优良的韧性。在600℃、700℃的条件下恒温氧化试验100h后，Fe-Al合金涂层表面均出现了大量分散的孔洞，700℃时局部区域腐蚀严重，而Fe-Al-Nb合金涂层表面平整无起皱现象，颗粒之间连接紧密，表新出优良的抗高温氧化性能，起到了在高温条件下服役时保护基体的作用。
实施例2
本发明的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
热浸镀铝+真空扩散退火工艺过程：
(1)清洗：准备Q235板材；除油：将上述Q235置于丙酮溶液中超声清洗5min除油，再用蒸馏水清洗其表面上残存的丙酮溶液；除锈：除油完毕后置于浓度为5％的稀盐酸中浸泡20min除锈，再用蒸馏水清洗材料表面上残存的盐酸溶液；
(2)助镀：将Q235置于温度为70℃的助镀剂中，15min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
(3)熔铝：将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至800℃呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
(4)热浸镀铝：将Q235快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为150s后，缓慢勾速取出试样，空冷；
(5)真空扩散退火：将热浸镀后的Q235放入BLMT-KG型对开式真空气氛管式炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为850℃，退火时间为6h，之后随炉冷却；
双层辉光等离子表面改性渗Nb工艺过程：
(6)双辉改性预处理：将制备好的Fe-Al涂层材料在1000目的砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
(7)预热、活化处理：将靶材和Q235置于炉膛内，调整靶材与Q235之间的距离为15mm，炉膛内抽真空至气压为2Pa，通入氩气至气压为40Pa，开启Q235极电源以5V/min的速度缓慢升至100V，打开源极电源以同样的速度缓慢将靶材的电压缓慢升至150V，处理时间为15min，靶材和Q235进行清洗、活化；
(8)双辉渗Nb改性：将炉膛内的气压调节为45Pa，靶材的电压调整至900V，Q235的电压调整至450V，Q235的温度升至1000℃，保温时间为3h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
所述步骤(2)中，所述助镀剂由KBF42.75wt％、AlF32.25wt％、ReCl30.05wt％、其余为H2O组成。
所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KCl45wt％、NaF15.5wt％、CeCl0.1wt％、其余为NaCl组成。
本发明的一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层由基体层、沉积层和扩散层三部分组成；所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150μm。
所述基体层为Q235，所述沉积层主要为纯Nb，Nb为99.5wt％；同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6和Fe3Al硬质合金相，显著提高其表面硬度；
所述扩散层内，在扩散层内，Al的浓度由表层的34wt％及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在68wt％～73wt％之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.0wt％～1.5wt％之间，形成第二相弥散分布在涂层中。
制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层表面平整光亮，微观结构呈胞状分布，多边形的小颗粒呈岛状三维形态；制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度为850HV0.1，比Fe-Al涂层高50HV0.1，是45钢、Q235钢的3.5倍、4.5倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为11GPa、弹性模量为450GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的1.9倍，是45钢硬度的2.75倍、是其弹性模量的2.25倍，表现出优良的韧性。
实施例3
本发明的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，包括如下步骤：
热浸镀铝+真空扩散退火工艺过程：
(1)清洗：准备45钢板材；除油：将上述45钢置于丙酮溶液中超声清洗8min除油，再用蒸馏水清洗其表面上残存的丙酮溶液；除锈：除油完毕后置于浓度为8％的稀盐酸中浸泡15min除锈，再用蒸馏水清洗材料表面上残存的盐酸溶液；
(2)助镀：将45钢置于温度为75℃的助镀剂中，13min后取出试样并迅速将试样表面吹干；
(3)熔铝：将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至775℃呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
(4)热浸镀铝：将45钢快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为140s后，缓慢勾速取出试样，空冷；
(5)真空扩散退火：将热浸镀后的45钢放入BLMT-KG型对开式真空气氛管式炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为875℃，退火时间为5.5h，之后随炉冷却；
双层辉光等离子表面改性渗Nb工艺过程：
(6)双辉改性预处理：将制备好的Fe-Al涂层材料在1000目的砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料外表面分布有密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
(7)预热、活化处理：将靶材和45钢置于炉膛内，调整靶材与45钢之间的距离为17mm，炉膛内抽真空至气压为1.7Pa，通入氩气至气压为35Pa，开启45钢极电源以5V/min的速度缓慢升至125V，打开源极电源以同样的速度缓慢将靶材的电压缓慢升至175V，处理时间为18min，靶材和45钢进行清洗、活化；
(8)双辉渗Nb改性：将炉膛内的气压调节为42.5Pa，靶材的电压调整至850V，45钢的电压调整至400V，45钢的温度升至950℃，保温时间为4h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
所述步骤(2)中，所述助镀剂由KBF42.5wt％、AlF32.5wt％、ReCl30.075wt％、其余为H2O组成。
所述步骤(3)中，所述覆盖剂由KCl47.5wt％、NaF13wt％、CeCl0.15wt％、其余为NaCl组成。
在步骤(7)中，所述靶材为Nb，所述Nb的纯度为不小于99.99％。
本发明的一种Fe-Al-Nb合金涂层，Fe-Al-Nb合金涂层由基体层、沉积层和扩散层三部分组成；所述基体层为45钢，
所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为160μm。
所述扩散层内，Al的重量百分比由表及里逐渐降低。
制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层表面平整光亮，微观结构呈胞状分布，多边形的小颗粒呈岛状三维形态；所述沉积层主要为纯Nb，Nb为99.5wt％；同时在其表面还存在有AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al等硬质合金相，显著提高其表面硬度；
在扩散层内，Al的浓度由表层的32wt％及里呈梯度缓慢降低，Fe的浓度稳定在65wt％～73wt％之间，形成Fe3Al、FeAl等韧性相，Nb的浓度在1.25wt％～1.75wt％之间，形成第二相弥散分布在涂层中。
制备所得的Fe-Al-Nb合金涂层截面显微维氏硬度为870HV0.1，比Fe-Al涂层高70HV0.1，是45钢、Q235钢的3.6倍、4.6倍；纳米压痕分析中Fe-Al-Nb合金涂层硬度为11.5GPa、弹性模量为460GPa，与Fe-Al涂层的硬度相当、是其弹性模量的1.97倍，是45钢硬度的2.8倍、是其弹性模量的2.3倍，表现出优良的韧性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于：Fe-Al-Nb合金涂层分为基体层、沉积层和扩散层三部分；
所述基体层为普通碳钢材料；
所述沉积层由Nb99.5wt％，其余由AlNb2、Fe7Nb6、Fe2Al5和Fe3Al 组成；
所述扩散层由Al25wt％～ 34wt％、Fe65wt％～ 73wt％和Nb1.0wt％～ 2.0wt％组成。
2.根据权利要求1 所述的Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于：所述Fe-Al-Nb合金涂层的厚度为150 ～ 200μm。
3.根据权利要求1 所述的Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于：所述普通碳钢材料为45 钢或Q235。
4.根据权利要求1 所述的Fe-Al-Nb合金涂层，其特征在于：所述扩散层内，Al 的重量百分比由表及里逐渐降低。
5.制备权利要求1-4 任一项所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1) 清洗：准备普通碳钢材料，并对其进行除油、除锈和超声清洗处理；
(2) 助镀：将普通碳钢材料置于温度为70～80℃的助镀剂中，10～15min 后取出试样并迅速将试样表面吹干；
(3) 熔铝：将工业纯铝锭加入石墨坩埚中加热至750～800℃呈液体，然后除去覆盖在铝液表面上的氧化物后将覆盖剂均匀撒在铝液表面；
(4) 热浸镀铝：将普通碳钢材料快速浸没在熔融铝液中，浸镀时间为130s～150s 后，缓慢匀速取出试样，空冷；
(5) 真空扩散退火：将热浸镀后的材料放入真空气氛炉中进行真空扩散退火处理，退火温度为850～900℃，退火时间为5～6h，之后随炉冷却；
(6) 双辉改性预处理：将制备好的Fe-Al 涂层材料在砂纸上进行研磨，并在该过程中使用金相显微镜进行实时观察，直至除去材料表面分布的密集的孔洞，之后进行抛光并在蒸馏水中超声清洗；
(7) 预热、活化处理：将靶材和普通碳钢材料置于炉膛内，所述靶材为Nb，调整靶材与普通碳钢材料之间的距离为15mm～20mm，炉膛内抽真空至气压为0～2Pa，通入氩气至气压为30～40Pa，将普通碳钢材料的电压缓慢升至100V～150V，靶材的电压缓慢升至150V～200V，处理时间为15～20min，对靶材和普通碳钢材料进行清洗、活化；
(8) 双辉渗Nb改性：将炉膛内的气压调节为35Pa～45Pa，靶材Nb的电压调整至800V～900V，普通碳钢材料的电压调整至350V～450V，普通碳钢材料的温度升至900℃～1000℃，保温时间为3～5h，制备出Fe-Al-Nb合金涂层。
6.根据权利要求5 所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(6) 中，所述砂纸为不小于1000 目。
7.根据权利要求5 所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(2) 中，所述助镀剂由KBF42.25wt％～2.75wt％、AlF32.25wt％～2.75wt％、ReCl30.05wt％～ 0.1wt％、其余为H2O 组成。
8.根据权利要求5 所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤(3) 中，所述覆盖剂由KCl45wt％～50wt％、NaF12.5wt％～15.5wt％、CeCl0.1wt％～0.2wt％、其余为NaCl组成。
9.根据权利要求6-8 任一项所述的Fe-Al-Nb合金涂层的制备方法，其特征在于：靶材Nb的纯度为不小于99.99％。
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