[发明专利]一种碳钢复合材料及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种碳钢复合材料，其特征在于，所述碳钢复合材料包括碳钢基体，以及直接包覆在所述碳钢基体表面的石墨烯膜层；所述石墨烯膜层的厚度为1nm～500nm；所述石墨烯膜层中石墨烯的碳氧比大于15。

2.根据权利要求1所述的碳钢复合材料，其特征在于，所述石墨烯膜层均匀连续分布在碳钢基体表面。

3.根据权利要求1或2所述的碳钢复合材料，其特征在于，所述碳钢基体中铁元素的质量百分数≥90％，碳元素的质量百分数为0.5～2.5％，镍元素的质量百分数≤9％。

4.根据权利要求3所述的碳钢复合材料，其特征在于，所述碳钢基体中碳元素的质量百分数为0.5～2.2％，镍元素的质量百分数≤5％。

5.根据权利要求4所述的碳钢复合材料，其特征在于，所述碳钢基体中碳元素的质量百分数为0.5％～2.11％，镍元素的质量百分数≤0.5％。

6.根据权利要求1所述的碳钢复合材料，其特征在于，所述碳钢基体中不含除铁以外的其他金属元素。

7.一种如权利要求1～6之一所述的碳钢复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为以含有非碳非氢元素的有机含碳化合物为碳源，以碳钢基体为衬底进行化学气相沉积，得到碳钢复合材料；

所述含有非碳非氢元素的有机含碳化合物的碳原子数为3～20，非碳非氢元素的原子数≥1；

所述含有非碳非氢元素的有机含碳化合物中，碳原子和非碳非氢元素的原子数量比为1.5:1～10:1。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述含有非碳非氢元素的有机含碳化合物的碳原子数为3～15，非碳非氢元素的原子数≤8，所述非碳非氢元素的原子为ⅢA、ⅣA、ⅤA、ⅥA族中非金属元素的原子中的任意一种或至少两种的组合。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的含有非碳非氢元素的有机含碳化合物中碳原子数为3～10，非碳非氢元素的原子数≤3，所述非碳非氢元素的原子为氧原子、氮原子、硫原子、磷原子中的任意一种或至少两种的组合。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述非碳非氢元素的原子与至少两个有机基团通过化学键相连，且所述化学键远离非碳非氢元素的一端为碳原子。

11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述非碳非氢元素的原子与至少两个烷基基团通过化学键相连，所述烷基基团中的碳原子数≥3。

12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述非碳非氢元素的原子与至少两个烷基基团通过化学键相连，所述烷基基团独立地任选自正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、环丙基中任意一种或至少两种的组合。

13.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

步骤(1)，将碳钢基体放入化学气相沉积室内，通入惰性气体排除空气，升温进行热处理，得到热处理后的碳钢基体；

步骤(2)，将步骤(1)得到的热处理后的碳钢基体进行恒温处理，恒温处理的同时引入碳源，进行化学气相沉积反应，得到表面沉积有石墨烯的碳钢材料；

步骤(3)，将步骤(2)得到的表面沉积有石墨烯的碳钢材料进行降温处理，得到碳钢复合材料。

14.根据权利要求13所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的热处理温度为700～1800℃。

15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的热处理温度为900～1100℃。