CN109252159B - 一种碳化铌梯度复合涂层及其制备方法 - Google Patents

一种碳化铌梯度复合涂层及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化铌梯度复合涂层及其制备方法，将金属基体表面处理，配制增碳剂，在表面涂覆增碳剂和保温涂层，表层增碳，向金属基体表面送铌铁粉，预干燥激光扫描，多道搭接熔覆，保温，随炉冷却，得金属基体表面的复合耐磨碳化铌涂层。涂层包括致密的微纳米及微米NbC层及呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒分散层，呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒分散层依次呈梯度分布。可被施加于金属基体表面。本发明通过激光熔覆得到的金属基体与铌铁复合体，外引入外碳源，并加热、保温，在金属基体表面形成碳化物涂层，涂层与基体之间为冶金结合，结合力很强，大幅度提高了金属基体表面的耐磨性能。

Description

一种碳化铌梯度复合涂层及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐磨涂层及其制备方法，尤其涉及一种复合耐磨碳化物涂层及其制备方法，具体涉及一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的复合耐磨碳化物涂层及其制备方法。
背景技术
碳化物具有硬度高、耐磨损性能优越的特点，以涂层方式覆盖在金属合金基体表面可以提高由基体材料制备的零部件的耐磨性与寿命。铌为强碳化物形成元素，金属铌与碳发生原位反应可以生成不同种类的碳化铌，固溶于奥氏体中的Nb元素则与基体中的C元素结合，形成碳化铌第二相增强颗粒，均匀分布于奥氏体晶内或晶界，对金属基体具有弥散强化、抵抗形变的作用。在低碳钢或低碳合金钢中加入适量的Nb元素，NbC可以改善其综合性能，尤其在耐磨性方面，此种材料有望用于制造具备良好减磨性和抗磨性的铸件。
目前制备碳化物涂层的方法有化学气相沉积法、物理气相沉积法、热喷涂方法、热渗镀方法等，但是这些方法，存在生产设备要求苛刻、生产效率低、涂层结合强度低，NbC颗粒较容易出现团聚现象等不足，压坯致密度达不到要求，严重影响材料的质量。因此如何获得碳化物涂层，并且选择一种生产设备简单、工艺流程短的制备方法，获得与基体结合力好、不易脱落且力学性能、耐磨性能优异的涂层是亟待解决的问题。
激光熔覆技术是通过在基材表面添加熔覆材料，利用高能密度的激光束将具有特殊性能的合金与基体表面薄层一起熔化，在表面形成与基体成分和性能完全不同的具有良好冶金结合特点的表面复合覆层的一种方法。激光熔覆技术具有成分可调、操作简单、工艺灵活等优点，形成性能与基体相比更加优良的涂层，从而达到节省贵金属同时提高材料表面性能的目的。激光熔覆后，合金粉末和基材表面之间形成冶金结合涂层，其综合性能优越。但在熔覆过程中，还存在以下问题亟需解决：(1)由于熔覆层与基体之间的温度梯度较大，且合金粉末与基体材料之间的性能差异较大，熔覆层容易产生裂纹、气孔等缺陷，所以熔覆合金粉末中各种合金元素的种类和含量需严格控制；(2)反应层厚度较薄，不能很好地满足使用要求；(3)由于整个反应瞬间完成，反应层厚度无法控制。
发明内容
本发明的目的就是针对上述现有技术所存在的缺陷，提供一种应用于低碳钢或低碳合金钢表面的梯度复合耐磨碳化物涂层，并且提供一种反应层厚度可控的，用于获得上述复合耐磨碳化物涂层的制备方法。该涂层厚度可控，密度较高，化学稳定性及耐磨性好，具有低摩擦系数、高硬度、低表面能以及低传热性。
本发明是通过下述技术方案来实现的。
一种梯度复合涂层，梯度复合涂层为碳化铌涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括致密的纳米NbC；第二涂层包括致密的微纳米及微米NbC；第三涂层包括呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒，且所述第一涂层、所述第二涂层和所述第三涂层依次呈梯度分布。
优选的，所述第一涂层其平均厚度平均为18.55-60μm，其中致密的纳米NbC占所述第一涂层体积的80.5％-90％，晶粒尺寸为100-500nm。
优选的，所述第二涂层其平均厚度为29-110μm，其中致密的微纳米及微米NbC所述第一涂层体积的54-65％，颗粒尺寸为1-3μm。
优选的，所述第三涂层的平均厚度为200-633.9μm，其中近球形和立方形的NbC颗粒占所述第三涂层体积的40-60％，晶粒尺寸为3-5μm。
优选的，梯度复合涂层总厚度为247.55-803.9μm；所述基体为低碳钢或低碳合金钢。
本发明相应地给出了一种制备梯度复合涂层的方法，包括如下步骤：
1)将基体表面除锈后，依次酸洗、打磨和酒精或丙酮超声清洗，所述基体为低碳钢或低碳合金钢；
2)将除锈清洗后的低碳钢或低碳合金钢表面涂覆一层增碳剂，所述增碳剂用酒精或丙酮调至糊状后涂敷在所述基体表面；
3)再在其上涂覆一层保温涂层；其中，保温涂层的厚度为1-2mm；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的金属基体放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900-950℃之间，增碳时间为24-36h；
5)将铌铁粉均匀覆盖在步骤4)中进行增碳处理后的所述基体上；
6)将步骤5)中的所述基体放入烘箱中于70-100℃预干燥5-8min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的金属基体置于工作台上，用二氧化碳激光器进行激光熔覆；激光熔覆的工艺参数如下：激光功率选用2200-3200W，扫描速度为5-8mm/s，扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为25％-32％，熔覆层厚度控制在0.5-2.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉内进行热处理，最后随炉冷却至室温，获得所述低碳钢或低碳合金钢基体表面的复合耐磨碳化物涂层。
NbC颗粒在界面处反应生成后，经扩散颗粒会进一步长大，未观察到反应产物，且在基体与增强颗粒的界面无应力区存在，说明两者结合较好。此时，所述碳化物涂层为复合涂层，由所述致密的具有纳米结构的碳化铌颗粒反应区，较为致密具有微纳米结构的碳化铌颗粒反应区，呈均匀分布的近球形和立方形的碳化铌颗粒反应区，且依次呈梯度分布。其总厚度为247.55-803.9μm。
优选的，所述增碳剂为HYCPC-01、HYCPC-02或HYCPC-03中的任意一种；增碳剂厚度为0.8-2mm。
优选的，所述其保温涂层包括下述质量比的原料：
九水合硅酸钠10％，去离子水30～40％，纳米SiO22～4％，空心陶瓷微珠8～25％，硅酸铝纤维3～9％，SiO2气凝胶浆料8～28％，六钛酸钾晶须0～2％，金红石型TiO20～2％，钛溶胶0～8％。
优选的，所述铌铁粉的粒度为60-80μm，纯度为85-95％。
优选的，步骤8)中热处理的工艺如下：
激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉中从室温升温至1100-1200℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为60-150min；
所述热处理过程中的保护气为氩气，气体流量为4-7ml/min。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：
本发明通过激光熔覆和热处理相结合的方法，通过调整保温温度、保温时间及冷却方式等来控制涂层的厚度，可在金属表面形成碳化物涂层，涂层与金属基体之间为冶金结合，结合力很强，克服了现有硬质颗粒与金属基体间非冶金结合，结合力很弱，颗粒容易脱落的问题，大幅度提高了涂层的力学性能。并且该方法所选合金粉的成分简单，反应层厚度易于控制，且适用于生产具有复杂形状的耐磨部件。另一方面，本发明复合碳化铌涂层的显微硬度高达1623-2600HV0.05，所述涂层的耐磨性是基体的7.8-12.2倍。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为铌铁粉熔覆的工艺流程图。
图2为热处理后熔覆层的XRD照片。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明碳化铌梯度复合涂层的制备方法包括如下步骤：
1)将金属基体表面酸洗后，选用800目的Al2O3砂纸打磨，砂纸除锈，然后用酒精或丙酮超声清洗；金属基体为低碳钢15或20或低碳合金钢15Cr、20Cr、20Mn2、20MnV、20CrMn、20CrMnTi、20MnTiB、20MnVB、18Cr2Ni4WA、20Cr2Ni4或12Cr2Ni4；金属基体组织根据热处理方式的不同为珠光体、马氏体、铁素体、贝氏体、奥氏体和索氏体中的一种或几种。
2)在除锈清洗后的金属基体表面涂覆一层厚度为0.8-2.0mm的增碳剂，用酒精或丙酮将增碳剂调至细糊状后涂覆在低碳钢或低碳合金钢表面；增碳剂选用HYCPC-01、HYCPC-02或HYCPC-03中的任意一种。
3)再在其上涂覆一层厚度为1-2mm的保温涂层；所述其保温涂层为质量比的：九水合硅酸钠10％，去离子水30～40％，纳米SiO22～4％，空心陶瓷微珠8～25％，硅酸铝纤维3～9％，SiO2气凝胶浆料8～28％，六钛酸钾晶须0～2％，金红石型TiO20～2％，钛溶胶0～8％。其中，纳米SiO2其平均粒径为30nm，含量为99.9％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的金属基体放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900-950℃之间，增碳时间为24-36h。
5)将铌铁粉加入送粉机内，按照送粉率为8-12g/min向步骤4)中的金属基体表面自动送粉；其中，铌铁粉的粒度为60-80μm，纯度为85％-95％。
6)将步骤4)中的进行增碳处理的金属基体连同步骤5)中的铌铁粉一同放入烘箱中预干燥；预干燥温度为70-100℃，时间为2-5h。
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的金属基体置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，激光功率选用2200-3200W，扫描速度为5-8mm/s；扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为25％-32％，熔覆层厚度控制在0.5-2.5mm。
8)将步骤7)中激光熔覆后的试样放入为氩气气氛保护的保温炉内保温，气体流量为4-7ml/min；升温至1100-1200℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为60-150min。最后随炉冷却至室温，获得所述金属基体表面的复合耐磨碳化铌涂层。
所得复合耐磨碳化钨涂层，为梯度复合碳化钨涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括致密的纳米NbC层；第二层致密的微纳米及微米NbC层；第三层呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒分散层。
所得第一层涂层，其平均厚度平均为18.55-60μm，其中致密的纳米NbC层占第一涂层体积分数为80.5％-90％，碳化物晶粒尺寸为100-500nm。
第二涂层其平均厚度为29-110μm，其中致密的微纳米及微米NbC所述第一涂层体积的54-65％，颗粒尺寸为1-3μm。
第三涂层的平均厚度为200-633.9μm，其中近球形和立方形的NbC颗粒占所述第三涂层体积的40-60％，晶粒尺寸为3-5μm。
NbC颗粒在界面处反应生成后，经扩散颗粒会进一步长大，未观察到反应产物，且在基体与增强颗粒的界面无应力区存在，说明两者结合较好。此时，所述碳化物涂层为复合涂层，由所述致密的具有纳米结构的碳化铌颗粒反应区，较为致密具有微纳米结构的碳化铌颗粒反应区，呈均匀分布的近球形和立方形的碳化铌颗粒反应区，且依次呈梯度分布。其总厚度为247.55-803.9μm。
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
1)先对要进行表面强化的20Cr进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用800目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在20Cr表面涂覆一层厚度为0.8mm增碳剂HYCPC-01，并用酒精调至稀糊状；
3)再在其上涂覆一层厚度为1mm的保温涂层；所述其保温涂层成分为九水合硅酸钠10％，去离子水40％，纳米SiO22％，空心陶瓷微珠25％，硅酸铝纤维3％，SiO2气凝胶浆料8％，六钛酸钾晶须2％，金红石型TiO22％，钛溶胶8％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的20Cr放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900℃之间，增碳时间为36h；
5)将铌铁粉加入送粉机内，按照送粉率为8g/min向步骤4)中的20Cr表面自动送粉；其中，铌铁粉的粒度为60μm，纯度为95％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的20Cr连同步骤5)中的铌铁粉一同放入烘箱中预干燥；预干燥温度为70℃，时间为5min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的20Cr置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，激光功率选用2200W，扫描速度为8mm/s；扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为25％，熔覆层厚度控制在0.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的20Cr放入为氩气气氛保护的保温炉内保温，气体流量为4ml/min；升温至1100℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为150min。最后随炉冷却至室温，获得所述20Cr表面的复合耐磨碳化铌涂层。
所得复合耐磨碳化铌涂层，第一涂层包括致密的纳米NbC层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为18.55μm，其中的体积分数为80.5％以上，碳化物晶粒尺寸为100-200nm。
进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层之下第二涂层的致密的微纳米及微米NbC层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为29μm，颗粒状碳化物体积分数为54％，碳化物晶粒尺寸为1-3μm。
更进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层之下第三涂层的呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒分散层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为200μm，碳化物体积分数为40％，碳化物颗粒尺寸为3-5μm。
其总厚度为247.55μm。20Cr基体组织为珠光体，NbC致密陶瓷层的显微硬度为1623HV0.05，相对耐磨性是基体的7.8倍。
实施例2：
1)先对要进行表面强化的20Mn2进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用800目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在20Mn2表面涂覆一层厚度为1mm的增碳剂HYCPC-01，并用酒精调至稀糊状；
3)再在其上涂覆一层厚度为1.2mm的保温涂层；所述其保温涂层成分为九水合硅酸钠10％，去离子水30％，纳米SiO24％，空心陶瓷微珠20％，硅酸铝纤维3％，SiO2气凝胶浆料28％，六钛酸钾晶须1％，金红石型TiO21％，钛溶胶3％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的20Mn2放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在920℃之间，增碳时间为28h；
5)将铌铁粉加入送粉机内，按照送粉率为9g/min向步骤4)中的20Mn2表面自动送粉；其中，铌铁粉的粒度为65μm，纯度为90％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的20Mn2连同步骤5)中的铌铁粉一同放入烘箱中预干燥；预干燥温度为80℃，时间为7min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的20Mn2置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，激光功率选用2500W，扫描速度为6mm/s；扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为28％，熔覆层厚度控制在1mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的20Mn2放入为氩气气氛保护的保温炉内保温，气体流量为5ml/min；升温至1150℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为120min。最后随炉冷却至室温，获得所述20Mn2表面的复合耐磨碳化铌涂层。
所得复合耐磨碳化铌涂层，第一涂层包括致密的纳米NbC层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为33.47μm，其中的体积分数为85％以上，碳化物晶粒尺寸为200-300nm。
进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层之下第二涂层的致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层，沿涂层纵向剖面，其厚度为82μm，颗粒状碳化物体积分数为60％，碳化物晶粒尺寸为1-3μm。
更进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层及致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层之下第三涂层的呈均匀分布的近球形和立方形的碳化铌颗粒分散层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为289μm，碳化物体积分数为50％，碳化物晶粒尺寸为3-5μm。
其总厚度为404.47μm。所述20Mn2基体组织为索氏体，NbC致密陶瓷层的显微硬度为2196HV0.05，相对耐磨性是基体的10.5倍。
实施例3：
1)先对要进行表面强化的15钢进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用800目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在15钢表面涂覆一层厚度为1.5mm的增碳剂HYCPC-01，并用酒精调至稀糊状；
3)再在其上涂覆一层厚度为1.5mm的保温涂层；所述其保温涂层成分为九水合硅酸钠10％，去离子水40％，纳米SiO23.6％，空心陶瓷微珠8％，硅酸铝纤维7％，SiO2气凝胶浆料22％，六钛酸钾晶须1.4％，钛溶胶8％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的15钢放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在930℃之间，增碳时间为26h；
5)将铌铁粉加入送粉机内，按照送粉率为10g/min向步骤4)中的15钢表面自动送粉；其中，铌铁粉的粒度为75μm，纯度为88％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的15钢连同步骤5)中的铌铁粉一同放入烘箱中预干燥；预干燥温度为90℃，时间为6min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的15钢置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，激光功率选用3000W，扫描速度为7mm/s；扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为30％，熔覆层厚度控制在2mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的15钢放入为氩气气氛保护的保温炉内保温，气体流量为6ml/min；升温至1180℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为90min。最后随炉冷却至室温，获得所述15钢表面的复合耐磨碳化铌涂层。
所得复合耐磨碳化铌涂层，第一涂层包括致密的纳米NbC层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为52.2μm，其中的体积分数为88％以上，碳化物晶粒尺寸为200-400nm。
进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层之下第二涂层的致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层，沿涂层纵向剖面，其厚度为94μm，颗粒状碳化物体积分数为63％，碳化物晶粒尺寸为1-3μm。
更进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层及致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层之下第三涂层的呈均匀分布的近球形和立方形的碳化铌颗粒分散层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为397.8μm，碳化物体积分数为55％，碳化物晶粒尺寸为3-5μm。
其总厚度为544μm。所述15钢基体组织为索氏体，NbC致密陶瓷层的显微硬度为2418HV0.05，相对耐磨性是基体的11.3倍。
实施例4：
1)先对要进行表面强化的12Cr2Ni4进行表面除锈(酸洗)，第一步酸洗，选用300ml/L的盐酸，后流水冲洗；第二步酸洗，选用300ml/L的氢氟酸，后流水冲洗；第三步表面打磨，选用800目Al2O3砂纸，最后用酒精超声清洗；
2)然后在12Cr2Ni4表面涂覆一层厚度为2mm的增碳剂HYCPC-01，并用酒精调至稀糊状；
3)再在其上涂覆一层厚度为2mm的保温涂层；所述其保温涂层成分为九水合硅酸钠10％，去离子水40％，纳米SiO23％，空心陶瓷微珠8％，硅酸铝纤维9％，SiO2气凝胶浆料28％，金红石型TiO22％；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的12Cr2Ni4放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在950℃之间，增碳时间为24h；
5)将铌铁粉加入送粉机内，按照送粉率为12g/min向步骤4)中的12Cr2Ni4表面动送粉；其中，铌铁粉的粒度为80μm，纯度为85％；
6)将步骤4)中的进行增碳处理的12Cr2Ni4连同步骤5)中的铌铁粉一同放入烘箱中预干燥；预干燥温度为100℃，时间为5min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的12Cr2Ni4置于工作台上，用二氧化碳激光器进行扫描，激光功率选用3200W，扫描速度为5mm/s；扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为32％，熔覆层厚度控制在2.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的12Cr2Ni4放入为氩气气氛保护的保温炉内保温，气体流量为7ml/min；升温至1200℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为60min。最后随炉冷却至室温，获得所述12Cr2Ni4表面的复合耐磨碳化铌涂层。
所得复合耐磨碳化铌涂层，第一涂层包括致密的纳米NbC层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为60μm，其中的体积分数为90％以上，碳化物颗粒尺寸为300-500nm。
进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层之下第二涂层的致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层，沿涂层纵向剖面，其厚度为110μm，颗粒状碳化物体积分数为65％，碳化物晶粒尺寸为1-3μm。
更进一步的，还包括位于上述致密的纳米NbC层及致密的纳米NbC层及致密的微纳米及微米NbC层之下第三涂层的呈均匀分布的近球形和立方形的碳化铌颗粒分散层，沿涂层纵向剖面，其平均厚度为633.9μm，碳化物体积分数为60％，碳化物晶粒尺寸为3-5μm。
其总厚度为803.9μm。所述12Cr2Ni4基体组织为马氏体，NbC致密陶瓷层的显微硬度为2600HV0.05，相对耐磨性是基体的12.2倍。
图2示出了本发明实施例4对应的热处理后熔覆层的XRD图谱。可以看出经热处理后熔覆层的最终产物为α-Fe和NbC。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，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之内。

Claims (6)

1.一种制备梯度复合涂层的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将基体表面除锈后，依次酸洗、打磨和酒精或丙酮超声清洗，所述基体为低碳钢或低碳合金钢；
2)将除锈清洗后的低碳钢或低碳合金钢表面涂覆一层增碳剂，所述增碳剂用酒精或丙酮调至糊状后涂敷在所述基体表面；
3)再在其上涂覆一层保温涂层；其中，保温涂层的厚度为1-2mm；
4)将步骤3)中涂覆有保温涂层的金属基体放入高频感应器中进行表层增碳处理，表层增碳的温度控制在900-950℃之间，增碳时间为24-36h；
5)将铌铁粉均匀覆盖在步骤4)中进行增碳处理后的所述基体上；
6)将步骤5)中的所述基体放入烘箱中于70-100℃预干燥5-8min；
7)将步骤6)中预干燥后进行增碳处理的金属基体置于工作台上，用二氧化碳激光器进行激光熔覆；激光熔覆的工艺参数如下：激光功率选用2200-3200W，扫描速度为5-8mm/s，扫描光斑尺寸为10mm×2mm，多道搭接率为25％-32％，熔覆层厚度控制在0.5-2.5mm；
8)将步骤7)中激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉内进行热处理，最后随炉冷却至室温，获得所述低碳钢或低碳合金钢基体表面的复合耐磨碳化铌涂层；
所述增碳剂为HYCPC-01、HYCPC-02或HYCPC-03中的任意一种；增碳剂厚度为0.8-2mm；
所述其保温涂层包括下述质量比的原料：
九水合硅酸钠10％，去离子水30～40％，纳米SiO22～4％，空心陶瓷微珠8～25％，硅酸铝纤维3～9％，SiO2气凝胶浆料8～28％，六钛酸钾晶须0～2％，金红石型TiO20～2％，钛溶胶0～8％；
所述铌铁粉的粒度为60-80μm，纯度为85-95％；
激光熔覆后的所述基体放入具有气氛保护的保温炉中从室温升温至1100-1200℃，升温速度控制在5℃/min，保温时间为60-150min；
复合耐磨碳化铌涂层总厚度为247.55-803.9μm；显微硬度高达1623-2600HV0.05，所述涂层的耐磨性是基体的7.8-12.2倍。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤8)中热处理的工艺如下：
所述热处理过程中的保护气为氩气，气体流量为4-7ml/min。
3.一种权利要求1-2任一项所述方法制备的梯度复合涂层，其特征在于，梯度复合涂层为碳化铌涂层，梯度复合涂层中第一涂层包括致密的纳米NbC；第二涂层包括致密的微纳米及微米NbC；第三涂层包括呈均匀分布的近球形和立方形的NbC颗粒，且所述第一涂层、所述第二涂层和所述第三涂层依次呈梯度分布。
4.如权利要求3所述的梯度复合涂层，其特征在于，所述第一涂层其平均厚度平均为18.55-60μm，其中致密的纳米NbC占所述第一涂层体积的80.5％-90％，晶粒尺寸为100-500nm。
5.如权利要求3所述的梯度复合涂层，其特征在于，所述第二涂层其平均厚度为29-110μm，其中致密的微纳米及微米NbC所述第一涂层体积的54-65％，颗粒尺寸为1-3μm。
6.如权利要求3所述的梯度复合涂层，其特征在于，所述第三涂层的平均厚度为200-633.9μm，其中近球形和立方形的NbC颗粒占所述第三涂层体积的40-60％，晶粒尺寸为3-5μm。
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