石墨烯是由碳原子紧密排列成的二维蜂窝状结构,其厚度仅为一个原子层或几个原子层厚,是构成其他维数碳材料的基本结构单元。石墨烯具有优异的电学、光学、热学、力学等特性,可被应用于微电子、柔性显示、储能器件和复合材料等方面。其中,石墨烯的抗透性、高导电性和化学稳定性,使其成为一种优异的抗腐蚀保护材料。然而目前对石墨烯在金属防护方面的研究远远不足,在制备方法上也缺乏一种块体金属表面制备石墨烯的有效方法。本论文提出一种金属表面制备石墨烯的新方法,利用激光辐照预置的固体碳源在Ni金属、45#钢和Ni/Cu合金表面快速原位地制备出较大面积的石墨烯,制备过程在开放环境中完成,不涉及可燃性气体的排放,是一种工程化的、环境友好的石墨烯制备方法。利用宽光斑的半导体激光(光斑尺寸16 mm×1 mm)进行单道扫描可制备宽为16 mm的石墨烯宽带,最高生长速度可达28.8 cm2/min;利用聚焦的光纤激光(光斑直径为3 mm或者1 mm)在无需任何掩膜等辅助设施的条件下制备任意图案的石墨烯。系统研究了激光加工工艺、激光光斑能量分布的均匀性、冷却速度及碳涂层厚度对石墨烯生长的影响规律。此外还分析了激光快速加热过程中固态碳源在激光所形成金属熔池中的溶解行为以及快速凝固过程下石墨烯的形成,该过程与CVD气态碳源的扩散与析出过程明显的不同。利用激光合金化引入Ni原子,实现了在45#钢和Ni/Cu合金上生长石墨烯。Fe作为45#钢的主要成分,容易与C形成碳化物,是一种不适合石墨烯生长的金属基底。在Fe中加入Ni后,为石墨烯提供生长所需的催化剂,随着Ni含量的增加,所制备石墨烯的缺陷减少,石墨烯层数增加。通过调控Ni/Cu合金中Ni和Cu的比例,实现了石墨烯层数的初步控制。采用化学浸泡腐蚀和电化学腐蚀等手段系统研究了金属表面激光方法制备的石墨烯的抗腐蚀性能。结果表明,在纯Ni表面用激光原位生长石墨烯后,在海水中的腐蚀速率降低了1000倍;在45#钢表面用激光原位生长了石墨烯后,其抗腐蚀性能甚至超过了超级耐蚀不锈钢904L。激光原位生长石墨烯的优异抗腐蚀性能源于石墨烯的抗透性、化学稳定性和高导电性以及与金属基体的天然良好结合。该方法在金属抗腐蚀防护领域中具有良好的潜在应用价值。