CN117966083A - 镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，步骤1：使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理；步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得镜面对称双梯度叠层复合材料。对上述镜面对称双梯度叠层复合材料进行渗硼，在两次渗硼之间进行喷砂处理，同时在第二渗硼剂中添加镍粉末，在显著降低渗硼温度的同时，使得Fe2B相的含量显著上升，相比传统的渗硼工艺，渗硼温度从1000℃降低到750℃，但性能却能达到相当的水平。
Description
技术领域
本发明属于金属表面处理技术领域，涉及一种镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法。
背景技术
工业生产中，金属构件服役于严峻的环境中，会产生磨损、腐蚀、疲劳和断裂等失效现象。由金属构件损坏而造成的经济损失也在逐年攀升，这就迫切地需要制备出既经济、节能又实用的新型耐磨材料，来满足日益严峻的服役条件。受自然界生物叠层结构（如贝壳）强韧匹配的启发，利用不同组元交替叠加在一起，制成的微纳米级层片状结构可以有效解决金属基复合材料强韧性倒置的问题；而通过原位法自生的增强相颗粒细小，可达到亚微米甚至纳米级，可有效提高增强相与基体的微观相界面结合强度。镜面对称双梯度叠层复合材料相对于均匀型层状，在保持强度提高的同时韧性也有所提升，更好地满足当前日益严峻的服役条件，但其耐磨性难以满足使用要求。
渗硼可以有效提高材料的耐磨性，目前常规的渗硼工艺得到的渗硼层主要由Fe2B、FeB双相组成，FeB相较脆，容易产生裂纹，结合强度较差，Fe2B相硬度稍低，但韧性较好，可以同时满足强韧性的要求，综合性能较好，因此，优选得到Fe2B相。
发明内容
本发明将镜面对称双梯度叠层复合材料和渗硼工艺相结合，提出了一种镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，本发明方法制备得到的复合材料，强度和冲击韧性大幅提升；结合特定的渗硼工艺后，显著提高了表面硬度和耐磨性。
本发明所采用的技术方案是，镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，具体按照以下步骤实施：
S1：准备第一渗硼剂和第二渗硼剂，第一渗硼剂，按质量份计，包括：供硼剂10～40重量份、活化剂10～40重量份、填充剂30～70重量份；第二渗硼剂，按质量份计，包括：供硼剂10～40重量份、活化剂10～40重量份、填充剂30～70重量份、镍粉3~6重量份；
S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；
S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至600-650℃，保温1-5h，炉冷至室温；
S4：对复合材料再进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.1-0.7MPa，喷砂处理时间为5-15min；
S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至700-750℃，保温1-5h，炉冷至室温；
该镜面对称双梯度叠层复合材料为铌铁复合材料，其镜面对称轴可为：未反应完Nb层中心线或Fe层中心线；在横截面上表现为：
（1）以未反应完Nb层中心线为对称轴时，沿未反应完Nb层法线向Fe层方向：NbC体积分数梯度减小、颗粒粒径梯度增大，即为镜面对称双梯度；
（2）以Fe层中心线为对称轴时，沿Fe层法线向Nb层方向：NbC体积分数梯度增加、颗粒粒径梯度减小，即为镜面对称双梯度；
总体表现为层状、周期性结构、周期单元，由Fe层、NbC/Fe复合层以及Nb层这几种特征层组成。
本发明的特点还在于：
该周期单元中每一特征层的厚度可控，Nb层的厚度为0.1mm-5mm，Fe与NbC复合层的厚度为5μm-3mm，Fe层的厚度为0.1mm-10mm，复合层中有NbC与Fe的复合，NbC由Nb和铁基体中的C原子原位生成。
镜面对称双梯度叠层复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理；
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料；
步骤2具体为：将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并将其放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护；其中烧结过程首先以10℃/min-15℃/min的速率升温至750℃-900℃，并在20MPa-50MPa的压力下保温0.5h-2h；然后以5℃/min-9℃/min的速率升温至1100℃-1300℃，并在60MPa-80MPa的压力下保温3h-8h，然后随炉冷却至室温以制得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料。
供硼剂为硼砂、硼酸或硼铁中的一种。
填充剂为碳化硅、石墨、氧化铝中的一种。
活化剂为氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐的混合物，氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐的质量比为8-10：7-9：4-6：4-6：1-2。
本发明的有益效果是：
（1）本发明方法制备得到的镜面对称双梯度叠层复合材料，强度大幅提升4-5倍，Nb与铁基体中的C反应，原位生成增强颗粒NbC，使得在材料内部产生了众多NbC颗粒与基体的合金界面，以及NbC颗粒之间的界面，这些界面会阻碍位错运动，产生位错塞积，从而使得材料的变形抗力增加，宏观则表现为硬度与弹性模量的提高；冲击韧性提升2-3倍，碳化物的颗粒细小（100nm-2μm）、周期对称以及其梯度分布使得裂纹的萌生及扩展受阻；
（2）结合特定的渗硼工艺后，显著提高了材料表面硬度和耐磨性。本发明方法对渗硼工艺进行了优化，在两次渗硼之间进行喷砂处理，同时在第二渗硼剂中添加镍粉末，在显著降低渗硼温度的同时，使得Fe2B相的含量显著上升。相比传统的渗硼工艺，渗硼温度从1000℃降低到750℃，但性能却能达到相当的水平；
（3）本发明方法以氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐为活化剂，充分发挥了供硼剂的优势，显著提高了渗硼能力和渗硼速度，氟硼酸钾是优良的活化剂，可以使硼势连续，渗层致密；在使用碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐之后，渗硼能力有了很大提高。通过对比可知，本发明的活化剂对于提高渗硼层深度，提升硬度、耐磨性有显著作用。
附图说明
图1为本发明复合材料的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其中复合材料为铌铁层状复合材料，其结构如图1所示，其镜面对称轴可为：未反应完Nb层中心线或Fe层中心线。在横截面上表现为：（1）以未反应完Nb层中心线为对称轴时，沿未反应完Nb层法线向Fe层方向：NbC体积分数梯度减小、颗粒粒径梯度增大，即为镜面对称双梯度；（2）以Fe层中心线为对称轴时，沿Fe层法线向Nb层方向：NbC体积分数梯度增加、颗粒粒径梯度减小，即为镜面对称双梯度。总体表现为层状、周期性结构、周期单元，主要由Fe层、NbC/Fe复合层以及Nb层这几种特征层组成。
该周期单元中每一特征层的厚度可控，Nb层的厚度为0.1mm-5mm，Fe与NbC复合层的厚度为5μm-3mm，Fe层的厚度为0.1mm-10mm，尤其是复合层中有NbC与Fe的复合，NbC由Nb和铁基体中的C原子原位生成。
如图1所示，Nb层向Fe层扩散，NbC尺寸梯度增大、体积分数梯度减小，可分为两个区域：微纳米结构NbC致密陶瓷区，NbC颗粒细小均匀、连接紧密，体积分数大于95%；微米NbC陶瓷区，与微纳米结构NbC致密陶瓷区相比NbC颗粒长大，呈现规则的“方糖”状，体积分数为90%-95%，组织中有少量的铁素体存在。
本发明镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1：使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理。具体为：
首先使用电火花线切割机切割出尺寸分别为10×10×2mm的灰铸铁板、10×10×1mm的Nb金属板，然后，对Nb金属板和灰铸铁板的表面进行逐级打磨处理，采用砂纸的规格为400目至2000目，以除去其表面的氧化层。最后，采用乙醇溶液对Nb金属板和灰铸铁板进行超声波清洗，在清洗过程中保持温度为25℃，以避免温度过高而导致其在清洗过程中发生氧化反应。随后，将超声波清洗过的原材料吹干后备用。
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料。具体为：
将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并采用耐火纸将其包裹好放入石墨模具中并放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护。其中烧结过程首先以10℃/min-15℃/min的速率升温至750℃-900℃，并在20MPa-50MPa的压力下保温0.5h-2h；然后以5℃/min-9℃/min的速率升温至1100℃-1300℃，并在60MPa-80MPa的压力下保温3h-8h，然后随炉冷却至室温以制得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料。
步骤3：渗硼工艺，具体包括以下步骤：
S1：准备第一渗硼剂和第二渗硼剂，第一渗硼剂，按质量份计，包括：供硼剂10～40重量份、活化剂10～40重量份、填充剂30～70重量份。第二渗硼剂，按质量份计，包括：供硼剂10～40重量份、活化剂10～40重量份、填充剂30～70重量份、镍粉3~6重量份。
供硼剂为硼砂、硼酸或硼铁中的一种。
活化剂为氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐的混合物，氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐的质量比为8-10：7-9：4-6：4-6：1-2。
填充剂为碳化硅、石墨、氧化铝中的一种。
S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；
S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至600-650℃，保温1-5h，炉冷至室温；
S4：进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.1-0.7MPa，喷砂处理时间为5-15min；
S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至700-750℃，保温1-5h，炉冷至室温。
实施例1
步骤1：首先使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理：
步骤1的具体实施方式为：首先使用电火花线切割机切割出尺寸分别为10×10×2mm的灰铸铁板、10×10×1mm的Nb金属板，然后，对Nb金属板和灰铸铁板的表面进行逐级打磨处理，采用砂纸的规格为400目至2000目，以除去其表面的氧化层。最后，采用乙醇溶液对Nb金属板和灰铸铁板进行超声波清洗，在清洗过程中保持温度为25℃，以避免温度过高而导致其在清洗过程中发生氧化反应。随后，将超声波清洗过的原材料吹干后备用。
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料：
步骤2的具体实施方式为：将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并采用耐火纸将其包裹好放入石墨模具中并放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护。其中烧结过程首先以10℃/min的速率升温至800℃，并在30MPa的压力下保温1h，然后以7℃/min的速率升温至1200℃，并在70MPa的压力下保温5h，然后随炉冷却至室温以制得镜面对称双梯度叠层复合材料。
步骤3：表面渗硼工艺：
S1：准备渗硼剂，第一渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾1000g、碳酸铵800g、尿素600g、氟化钠500g、镧铝酸盐100g、碳化硅6000g。第二渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾1000g、碳酸铵800g、尿素600g、氟化钠500g、镧铝酸盐100g、碳化硅6000g、镍粉600g；S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至620℃，保温3h，炉冷至室温；S4：进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.5MPa，喷砂处理时间为10min；S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至720℃，保温3h，炉冷至室温。
实施例2
步骤1：首先使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理：
步骤1的具体实施方式为：首先使用电火花线切割机切割出尺寸分别为10×10×2mm的灰铸铁板、10×10×1mm的Nb金属板，然后，对Nb金属板和灰铸铁板的表面进行逐级打磨处理，采用砂纸的规格为400目至2000目，以除去其表面的氧化层。最后，采用乙醇溶液对Nb金属板和灰铸铁板进行超声波清洗，在清洗过程中保持温度为25℃，以避免温度过高而导致其在清洗过程中发生氧化反应。随后，将超声波清洗过的原材料吹干后备用。
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料：
步骤2的具体实施方式为：将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并采用耐火纸将其包裹好放入石墨模具中并放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护。其中烧结过程首先以10℃/min的速率升温至900℃，并在30MPa的压力下保温1h，然后以7℃/min的速率升温至1200℃，并在70MPa的压力下保温5h，然后随炉冷却至室温以制得镜面对称双梯度叠层复合材料。
步骤3：表面渗硼工艺：
S1：准备渗硼剂，第一渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾1000g、碳酸铵800g、尿素500g、氟化钠500g、镧铝酸盐200g、碳化硅6000g。第二渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾1000g、碳酸铵800g、尿素500g、氟化钠500g、镧铝酸盐200g、碳化硅6000g、镍粉600g；S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至620℃，保温3h，炉冷至室温；S4：进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.5MPa，喷砂处理时间为10min；S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至720℃，保温3h，炉冷至室温。
实施例3
步骤1：首先使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理：
步骤1的具体实施方式为：首先使用电火花线切割机切割出尺寸分别为10×10×2mm的灰铸铁板、10×10×1mm的Nb金属板，然后，对Nb金属板和灰铸铁板的表面进行逐级打磨处理，采用砂纸的规格为400目至2000目，以除去其表面的氧化层。最后，采用乙醇溶液对Nb金属板和灰铸铁板进行超声波清洗，在清洗过程中保持温度为25℃，以避免温度过高而导致其在清洗过程中发生氧化反应。随后，将超声波清洗过的原材料吹干后备用。
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料：
步骤2的具体实施方式为：将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并采用耐火纸将其包裹好放入石墨模具中并放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护。其中烧结过程首先以10℃/min的速率升温至900℃，并在30MPa的压力下保温1h，然后以7℃/min的速率升温至1250℃，并在70MPa的压力下保温5h，然后随炉冷却至室温以制得镜面对称双梯度叠层复合材料。
步骤3：表面渗硼工艺：S1：准备渗硼剂，第一渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾800g、碳酸铵900g、尿素600g、氟化钠600g、镧铝酸盐100g、碳化硅6000g。第二渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾900g、碳酸铵700g、尿素600g、氟化钠600g、镧铝酸盐200g、碳化硅6000g、镍粉600g；S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至620℃，保温3h，炉冷至室温；S4：再进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.5MPa，喷砂处理时间为10min；S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至720℃，保温3h，炉冷至室温。
实施例4
步骤1：首先使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理：
步骤1的具体实施方式为：首先使用电火花线切割机切割出尺寸分别为10×10×2mm的灰铸铁板、10×10×1mm的Nb金属板，然后，对Nb金属板和灰铸铁板的表面进行逐级打磨处理，采用砂纸的规格为400目至2000目，以除去其表面的氧化层。最后，采用乙醇溶液对Nb金属板和灰铸铁板进行超声波清洗，在清洗过程中保持温度为25℃，以避免温度过高而导致其在清洗过程中发生氧化反应。随后，将超声波清洗过的原材料吹干后备用。
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料：
步骤2的具体实施方式为：将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并采用耐火纸将其包裹好放入石墨模具中并放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护。其中烧结过程首先以15℃/min的速率升温至900℃，并在50MPa的压力下保温2h，然后以9℃/min的速率升温至1300℃，并在80MPa的压力下保温6h，然后随炉冷却至室温以制得镜面对称双梯度叠层复合材料。
步骤3：表面渗硼工艺：S1：准备渗硼剂，第一渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾1000g、碳酸铵900g、尿素400g、氟化钠500g、镧铝酸盐200g、碳化硅6000g。第二渗硼剂：硼砂5000g、氟硼酸钾1000g、碳酸铵900g、尿素400g、氟化钠500g、镧铝酸盐200g、碳化硅6000g、镍粉600g；S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至620℃，保温3h，炉冷至室温；S4：进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.5MPa，喷砂处理时间为10min；S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至720℃，保温3h，炉冷至室温。
对比例1
与实施例1基本相同，区别在于，步骤2烧结过程为首先以10℃/min的速率升温至700℃，并在30MPa的压力下保温1h，然后以7℃/min的速率升温至1200℃，并在70MPa的压力下保温5h。
对比例2
与实施例1基本相同，区别在于，步骤2烧结过程为首先以10℃/min的速率升温至900℃，并在30MPa的压力下保温1h，然后以7℃/min的速率升温至1000℃，并在70MPa的压力下保温5h。
对比例3
与实施例1基本相同，区别在于，步骤2烧结过程为首先以10℃/min的速率升温至700℃，并在30MPa的压力下保温1h，然后以7℃/min的速率升温至1000℃，并在70MPa的压力下保温5h。
对比例4
与实施例1基本相同，区别在于，没有进行喷砂处理。
对比例5
与实施例1基本相同，区别在于，第一渗硼剂和第二渗硼剂中均不含镍。
对比例6
与实施例1基本相同，区别在于，第一渗硼剂中含有镍，第二渗硼剂中不含镍。
表1为实施例1-4、对比例1-6所制备材料的性能测试结果：
表1 性能测试结果
由上表1可知，本发明方法处理后的Fe基复合材料硬度、韧性都有所提高，温度较低会导致NbC增强层层厚减少，影响渗硼深度，而且通过对比可知，双梯度叠层复合材料表面渗硼方法有效改善了强韧倒置的问题。
Claims (6)
1.镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
S1：准备第一渗硼剂和第二渗硼剂，所述第一渗硼剂，按质量份计，包括：供硼剂10～40重量份、活化剂10～40重量份、填充剂30～70重量份；所述第二渗硼剂，按质量份计，包括：供硼剂10～40重量份、活化剂10～40重量份、填充剂30～70重量份、镍粉3~6重量份；
S2：对镜面对称双梯度叠层复合材料表面进行清洁；
S3：将清洁后的复合材料和第一渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第一渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至600-650℃，保温1-5h，炉冷至室温；
S4：对复合材料再进行喷砂处理，砂粒为金刚砂，喷砂压力为0.1-0.7MPa，喷砂处理时间为5-15min；
S5：将喷砂后的复合材料和第二渗硼剂装入石墨模具内，复合材料埋入第二渗硼剂中，将石墨模具密封并放入电阻炉中加热渗硼，升温至700-750℃，保温1-5h，炉冷至室温；
该镜面对称双梯度叠层复合材料为铌铁复合材料，其镜面对称轴为：未反应完Nb层中心线或Fe层中心线；在横截面上表现为：
（1）以未反应完Nb层中心线为对称轴时，沿未反应完Nb层法线向Fe层方向：NbC体积分数梯度减小、颗粒粒径梯度增大，即为镜面对称双梯度；
（2）以Fe层中心线为对称轴时，沿Fe层法线向Nb层方向：NbC体积分数梯度增加、颗粒粒径梯度减小，即为镜面对称双梯度；
总体表现为层状、周期性结构、周期单元，由Fe层、NbC/Fe复合层以及Nb层这几种特征层组成。
2.根据权利要求1所述的镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其特征在于，该周期单元中每一特征层的厚度可控，Nb层的厚度为0.1mm-5mm，Fe与NbC复合层的厚度为5μm-3mm，Fe层的厚度为0.1mm-10mm，复合层中有NbC与Fe的复合，NbC由Nb和铁基体中的C原子原位生成。
3.根据权利要求1所述的镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其特征在于，镜面对称双梯度叠层复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：使用电火花线切割机对灰铸铁板和Nb金属板进行切割加工，进行试样预处理；
步骤2：将步骤1预处理后的试样叠层放置，将其放在石墨模具中进行热压烧结以获得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料；
步骤2具体为：将预先处理好的Nb板和灰铸铁板交叉叠放，并将其放入烧结炉内部中心位置，关闭热压炉炉盖，烧结氛围为氩气保护；其中烧结过程首先以10℃/min-15℃/min的速率升温至750℃-900℃，并在20MPa-50MPa的压力下保温0.5h-2h；然后以5℃/min-9℃/min的速率升温至1100℃-1300℃，并在60MPa-80MPa的压力下保温3h-8h，然后随炉冷却至室温以制得NbC/Fe镜面对称双梯度叠层复合材料。
4.根据权利要求1所述的镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其特征在于，所述供硼剂为硼砂、硼酸或硼铁中的一种。
5.根据权利要求1所述的镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其特征在于，所述填充剂为碳化硅、石墨、氧化铝中的一种。
6.根据权利要求1所述的镜面对称双梯度叠层复合材料表面渗硼方法，其特征在于，所述活化剂为氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐的混合物，氟硼酸钾、碳酸铵、尿素、氟化钠和镧铝酸盐的质量比为8-10：7-9：4-6：4-6：1-2。
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