過共晶鋁硅合金強(qiáng)流脈沖電子束表面改性.pdf

1、強(qiáng)流脈沖電子束表面處理技術(shù)是近十年發(fā)展起來的一門新興的改性技術(shù)，因具有簡單、可靠、高效等優(yōu)點(diǎn)在材料表面處理領(lǐng)域得到迅速的發(fā)展。本課題組前期工作利用強(qiáng)流脈沖電子束處理純鎂和鎂合金，提高了材料抗磨性和耐腐蝕性能，同時對鎂合金的微觀組織和合金化也進(jìn)行了深入研究。本文選用Al-15Si、Al-17.5Si和Al-20Si三種合金作為研究對象，以有效固溶粗大Si相為目的進(jìn)行強(qiáng)流脈沖電子束表面處理研究。這種處理不僅能改變合金表面微觀組織結(jié)構(gòu)，而且能

2、有效的提高合金的顯微硬度和耐磨性，達(dá)到表面強(qiáng)化的效果。
　　 Al-15Si和Al-20Si合金經(jīng)強(qiáng)流脈沖電子束處理后實(shí)現(xiàn)表面快速融凝，初生硅溶入鋁基體(α-Al)中形成過飽和固溶體，表現(xiàn)為“暈圈”組織形貌；表面出現(xiàn)純鋁顆粒，由于材料內(nèi)部熱應(yīng)力的釋放，初生硅中心區(qū)域出現(xiàn)裂紋；高脈沖下合金表面反復(fù)熔化現(xiàn)象明顯，“熔坑”形貌消失，表層組織結(jié)構(gòu)更加致密。與Al-15Si合金相比，Al-20Si表層組織形貌不同的是相鄰初生硅之間發(fā)生互溶

3、，固溶度增加。Al-15Si截面組織分析結(jié)果表明隨著脈沖次數(shù)的增加，重熔層變厚，靠近重熔層的基體內(nèi)α-Al沿快速冷凝方向生長。XRD結(jié)果指出改性后合金表層晶粒得到細(xì)化，Al晶格常數(shù)減小，晶格發(fā)生畸變，Al晶粒的再結(jié)晶過程使晶粒的擇優(yōu)取向生長晶面發(fā)生變化。
　　 強(qiáng)流脈沖電子束處理前后對合金表面顯微硬度進(jìn)行了測試。結(jié)果表明合金經(jīng)電子束處理后，α-Al、共晶組織的顯微硬度都隨脈沖次數(shù)的增加明顯增大；α-Al的顯微硬度數(shù)值由處理前的7

4、14.1、726.7和713.7Mpa增加到1216.0、1463.6和1407.3Mpa，分別增加70.3％，101.4％，97.2％；25次脈沖結(jié)束后共晶組織顯微硬度分別為1426.9，1669.6，1679.4 MPa，與原始樣相比依次增加71.6％，103.3％，74.0％；另一方面，表面處理后初生硅出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，硅元素逐漸向鋁基體中擴(kuò)散，初生硅的顯微硬度從中心到邊緣出現(xiàn)梯度分布。
　　 經(jīng)過電子束處理后，三種合金的耐磨

5、性與原始樣品相比均有所提高。而且隨著脈沖次數(shù)的增加耐磨性出現(xiàn)先增大后降低的趨勢，15次脈沖下合金的磨損量依次下降88.9％，84.6％，50％，耐磨性最好。Al-17.5Si合金摩擦系數(shù)分析結(jié)果表明經(jīng)電子束改性處理后合金摩擦系數(shù)與原始樣品相比均減小，15次脈沖下摩擦系數(shù)最小，同樣表現(xiàn)出最好的耐磨性。
　　 最后通過EPMA對初生硅的“暈圈”組織進(jìn)行微區(qū)成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Al和Si兩種元素發(fā)生相互擴(kuò)散，過飽和固溶度增加；隨著脈沖次