本文是以解决煤矿矿井井筒罐道表面腐蚀磨损问题为背景,对稀土元素在O₂-C₂H₂焰喷焊F102B合金涂层中的微合金化作用机理进行系统研究。 通过向该合金中添加不同质量分数的稀土元素,系统地测定稀土对涂层的硬度、耐磨性、耐蚀性及抗高温氧化性的影响,结果表明:添加适量稀土元素后,合金涂层的上述性能均有不同程度的改善,而且,当稀土添加量为0.6%时涂层的综合性能最佳,与原合金相比,硬度提高7.2%,耐磨性提高18.5%,耐蚀性得到进一步提高。本文采用了XRD、SEM、STM以及EPMA等分析技术对合金涂层进行研究,结果显示:稀土改性F102B合金与F102B合金相比,涂层的组成相相同,均包括γ-Ni、Ni₃B、CrB、Ni₃Si、（Cr,Fe）₂₃C₆和（Cr,Fe）₇C₃相。该合金组织是在γ-Ni基体上弥散分布着棒状CrB相、粒状（Cr,Fe）₇C₃相、小球状Ni₃Si相以及网状共晶混合物。与原合金相比,组织更加均匀、细密,其中,CrB的径向尺寸为1μm,长度为3～4μm,Cr₇C₃、Ni₃Si的径向尺寸分别为1.5～2.5pm、0.5～1.5μm。 综合实验数据和分析结果,本文认为稀土元素在合金中的细化晶粒、净化晶界、变质合金中夹杂物和固溶强化作用是稀土元素提高F102B合金喷焊层性能的主要机制。通过对合金的DTA曲线分析可知,在本实验条件下稀土元素使镍基自熔合金的Fe-Cr-C共晶转变温度由原来的1067℃下降到1063℃。作者认为产生这一现象的原因是由于Ce在Cr中有较高的固溶度,从而部分替代了Cr参与Fe-Cr-C系统反应的结果。 另外,研究表明:涂覆工艺不同,稀土的改性效果存在很大差异。在相同条件下,采用氩弧熔覆工艺,稀土对涂层的性能影响不大,对此,文中从理论上予以解释。并且认为,当稀土元素存在于晶界时,可以提高合金的性能;而当存在于化合物中时,往往使化合物的性能遭到破坏,从而使合金性能受到不良影响。 本文还针对煤矿矿井井筒罐道具体的应用实例进行模拟试验,结果证明,在易磨损表面先用O₂-C₂H₂焰喷焊F102B+RE合金,然后在其它暴露表面采用电弧喷涂铝材,可以对目前煤矿井简装备使用的提升罐道进行有效防护。