钢铁材料由于其优异的性能在海洋领域、航天领域和化工领域都起到不可替代的作用,然而当处于具有腐蚀和磨损工况下,易受到腐蚀和磨损单独或交互作用下而失效。作为单层原子厚度的二维材料石墨烯,具有不渗透性、高导电性和优异的物理化学稳定性,使石墨烯作为润滑添加剂和超薄防护涂层表现出巨大的潜力,但目前石墨烯保护基底防止磨损和腐蚀的研究远远不足,在制备工艺上也存在着诸多问题。因此,如何在金属材料上快速制备石墨烯化层,用来提高钢铁的耐磨和耐腐蚀性,对于材料的应用有着重要的现实意义。本文以45钢为研究对象,通过激光与石墨烯的相互作用在钢铁上快速制备石墨烯化层,并探索耐磨性与耐腐蚀性以及耐腐蚀磨损性,旨在提高涂层性能,拓展其在不同领域中的应用。主要研究结果如下:（1）提出一种在金属表面制备石墨烯化层的方法,选取激光作为热源,石墨为碳源,电镀镍层为催化层,利用激光辐照预置的石墨在电镀镍层后的金属表面上快速制备石墨烯化层,系统研究激光工艺参数对生成石墨烯的影响规律。TEM和AFM测试表明在最佳激光参数制备的石墨烯为少层石墨烯,XRD测试表明电镀镍层后在45钢基底表面生长适合石墨烯生长的面心立方（fcc）晶格结构,同时也检测到对应着石墨烯结构的（002）晶面,XPS结果表明在辅助气体的保护下,在激光与碳源发生相互作用时,能够更好的避免了氧化带来的危害。（2）对最佳激光参数下制备的石墨烯化涂层进行性能分析。石墨烯化涂层表现出最高的显微硬度和结合强度,归因于在激光的作用下涂层与基体之间达到了稳定的界面结合。通过摩擦磨损测试对比表明石墨烯化涂层的平均摩擦系数最低,同时表现出更低的磨损率。电化学腐蚀测试表明石墨烯化涂层的腐蚀速率远低于45钢材料的腐蚀速率,降低了30倍左右,同时表现出最高的电荷转移电阻和最低的电双层等效电容,代表着石墨烯化层的活化腐蚀面积最小。最后模拟工况在高流速海水冲击作用和承受沙子、泥浆的磨损状态下的腐蚀磨损结果可知,在长达12h后的测试后,石墨烯涂层失重量仅为2.96 mg/cm~2,表明对基体具有更好的保护性能。（3）利用石墨粉末和三聚氰胺粉末混合后成功在基底上制备了氮掺杂石墨烯化涂层（NG-coating）。摩擦测试表明在短期内尺度内NG-coating和G-coating性能相当,但就长期尺度上,G-coating易发生氧化,造成润滑膜失效,NG-coating表现更加稳定的耐磨性能。腐蚀测试中NG-coating的电荷转移电阻最高,表明氮掺杂后使基底电导率降低,即使浸泡腐蚀介质24 h后依然保持稳定的耐腐蚀性能。腐蚀磨损测试表明NG的平均失重量为2.38 mg/cm~2,在实际工况中表现出更优异的性能。