采用无渣自保护药芯焊丝制备高铬铸铁堆焊合金是目前铸铁型堆焊材料的研究热点。无渣自保护药芯焊丝利用药芯粉体中含有的合金元素和造气剂实现自保护,不添加造渣剂,在堆焊过程中无需外加保护气体,降低了成本,提高了堆焊效率。过共晶高铬铸铁堆焊合金由于含量大量的初生M7C3碳化物,具有非常优异的耐磨粒磨损性能。但是,较大的初生碳化物易于萌生裂纹,在使用过程中易于脱落,降低了堆焊合金的性能。此外,初生碳化物分布不均匀,同样降低了堆焊合金的耐磨性。本文采用高碳铬铁粉、石墨粉、硼铁粉、铝镁合金粉、电解锰粉、硅铁粉、低碳钢带等原材料制备了自保护药芯焊丝。通过在药芯粉体中加入纳米CeO2添加剂,制备了纳米添加剂含量不同的五种自保护药芯焊丝。在相同的堆焊工艺参数条件下,采用以上五种自保护药芯焊丝进行堆焊,制备了纳米添加剂含量不同的五种高铬铸铁堆焊合金,分析了纳米添加剂对堆焊合金微观组织、力学性能、摩擦学性能和耐腐蚀性的影响。X射线衍射结果表明,堆焊合金由M7C3碳化物、马氏体和残余奥氏体构成。随着纳米CeO2添加剂含量的增大,碳化物部分衍射峰的位置和强度发生了变化,纳米添加剂改变了碳化物的生长取向。纳米添加剂提高了初生碳化物体积分数。当纳米添加剂含量为0.288wt.%时,堆焊合金中初生碳化物体积分数为22.2%,与未改性堆焊合金相比,提高了5.1%。对初生碳化物晶粒尺寸的统计分析表明,未改性堆焊合金中初生碳化物的面积为828.75μm2,含0.288wt.%和0.432wt.%纳米添加剂的堆焊合金中初生碳化物的面积为406.25μm2和506.58μm2。纳米添加剂细化了初生碳化物,改善了初生碳化物的分布。堆焊合金的力学性能分析表明,纳米CeO2添加剂提高了堆焊合金的宏观硬度和抗弯强度。未改性堆焊合金的宏观硬度是HRC61.5,含0.288wt.%纳米添加剂的堆焊合金的宏观硬度达到HRC64.5。未改性堆焊合金的抗弯强度是589.77MPa,纳米添加剂含量为0.144wt.%、0.288wt.%、0.432wt.%和0.576wt.%的堆焊合金的抗弯强度依次提高37.2%、46.4%、32.4%和39.7%。添加纳米CeO2减少了Mn S的析出,生成了含Ce的Ce3NS3、CeAl11O18和Ce10OS14,净化了晶界,提高了抗弯强度。未改性堆焊合金中初生碳化物的断裂韧性为6.11MPa√m,含0.288wt.%和0.432wt.%纳米添加剂的堆焊合金中的初生碳化物的断裂韧性分别提高了12%和52%。摩擦学试验表明,纳米CeO2添加剂提高了堆焊合金的摩擦学性能。干滑动磨损试验条件下,采用Si3N4和YG13硬质合金球作为对磨球,在一定的磨损载荷条件下,随着纳米添加剂含量的增大,堆焊合金的磨损率先减小后增大。当对磨件为Si3N4时,随着磨损载荷的增大,堆焊合金的磨损率减小且趋于稳定;当磨损载荷为5N和30N时,堆焊合金的主要磨损机制是微切削和氧化磨损。当对磨件为YG13硬质合金球时,堆焊合金的磨损率低于对磨件为Si3N4时堆焊合金的磨损率;当磨损载荷为10N和30N时,堆焊合金的主要磨损机制是粘着磨损和氧化磨损。在冲蚀角度为90o时,随着纳米添加剂含量的增大,堆焊合金的冲蚀体积先减小后增大,含0.432wt.%纳米添加剂的堆焊合金的冲蚀体积最小。冲蚀机理是变形破坏。较高的初生碳化物体积分数以及高的初生碳化物断裂韧性,有利于提高堆焊合金的耐冲蚀性。纳米CeO2添加剂提高了堆焊合金的整体功函数。未改性堆焊合金的整体功函数约为4.5e V,改性堆焊合金的整体功函数在4.6e V以上。当纳米添加剂含量低于0.576wt.%时,纳米添加剂对微观组织有明显影响,影响了堆焊合金的力学性能和整体功函数,堆焊合金整体功函数和其力学性能相关联,整体功函数可以反应堆焊合金摩擦学性能的变化。当纳米添加剂含量为0.576wt.%时,堆焊合金整体功函数和其力学性能的主要决定因素不同,堆焊合金整体功函数不能反应其力学性能和摩擦学性能的变化。电化学极化曲线的分析表明,纳米添加剂提高了堆焊合金在近中性、酸性和碱性3.5wt.%NaCl溶液中的自腐蚀电位,含0.288wt.%纳米添加剂的堆焊合金的自腐蚀电位最高。初生碳化物和共晶碳化物体积分数的增大,提高了堆焊合金的自腐蚀电位。电化学阻抗谱分析表明,在酸性3.5wt.%NaCl溶液中,纳米添加剂含量为0.288wt.%的堆焊合金的耐腐蚀性最好。在近中性和碱性3.5wt.%NaCl溶液中,纳米添加剂含量为0.576wt.%的堆焊合金的耐腐蚀性最好。