【摘 要】
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作为新兴的表面改性技术,强流脉冲电子束以其对样品的表面要求低、能量利用率高、表面纳米化、操作方便、重复性高和对大气无污染等优点,引起了国内外一些专家学者的高度关注。然而强流脉冲电子束处理过程中,材料表面会产生大量熔坑组织及微裂纹,这些微裂纹及熔坑组织限制了强流脉冲电子束的工业化应用。前期一些学者对铝硅合金中添加稀土 Nd后,经强流脉冲电子束处理发现合金表面微裂纹得到改善,但是熔坑组织消除没有进一步
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作为新兴的表面改性技术,强流脉冲电子束以其对样品的表面要求低、能量利用率高、表面纳米化、操作方便、重复性高和对大气无污染等优点,引起了国内外一些专家学者的高度关注。然而强流脉冲电子束处理过程中,材料表面会产生大量熔坑组织及微裂纹,这些微裂纹及熔坑组织限制了强流脉冲电子束的工业化应用。前期一些学者对铝硅合金中添加稀土 Nd后,经强流脉冲电子束处理发现合金表面微裂纹得到改善,但是熔坑组织消除没有进一步研究,同时,稀土对初生硅细化研究也不是太深入。另外,近几十年来,对于强流脉冲对表面组织改性研究的报道较多,但电子束对深层组织影响报道较少。本研究利用强流脉冲电子束装置对铝硅镁合金表面及添加稀土 Ce的铝硅镁合金表面进行了强流脉冲电子束处理。对铝硅镁合金（Al-20Si-5Mg）表面及截面微观组织及性能变化进行了研究,并对添加稀土 Ce的合金表面微观组织及性能变化进行了研究。研究结果表明:铝硅镁合金（Al-20Si-5Mg）:强流脉冲电子束处理后,通过SEM分析发现,合金的表面出现大量的熔坑形貌,且随着脉冲次数的增加,熔坑组织的数量有所减少,但是合金表面还含有大量的熔坑组织;XRD分析发现,合金表面没有新相的产生,只发生了衍射峰的偏移及宽化;TEM分析发现,合金的表面生成了大量纳米硅相。对合金表面进行了一系列的性能测试,发现合金的表面铝基体的显微硬度由原始样品的952.3 MPa增加到25次脉冲处理后的2237.8 MPa,摩擦系数由原始的0.472下降到25次处理后的0.274,磨损率由原始2.2×10-3g/m降低到25次处理后的0.5×10-3 g/m,腐蚀电流密度由原始样品的5.288×10-5μA/cm2减小到25次脉冲后的3.965×10-6μA/cm2。另外,对铝硅镁合金（Al-20Si-5Mg）截面进行了分析。通过SEM分析,首次在热影响区中发现共晶硅组织被击碎的现象;利用EBSD技术,对热影响区的铝基体晶粒进行了统计,通过与原始样品对比,发现强流脉冲电子束处理后,热影响区组织发生明显的细化,其铝晶粒平均尺寸由原始的1.412 μm减小到处理后的0.973μm;通过纳米压痕仪对热影响区铝基体组织进行纳米硬度测试,发现强流脉冲电子束处理后热影响区铝基体组织的纳米硬度得到提高。添加稀土 Ce的铝硅镁合金（Al-20Si-5Mg）:通过SEM分析,添加稀土 Ce后,经强流脉冲电子束处理铝硅镁合金组织中初生硅相发生明显的细化,合金表面的熔坑组织数量得到改善,且25次脉冲后合金表面几乎很难发现熔坑组织,通过透射电镜发现添加稀土 Ce后合金表面的纳米初生硅相发生了球化。通过电子探针发现,添加稀土 Ce后,合金表面的元素分布的更佳均匀。对合金的表面进行了一系列的性能测试,经强流脉冲电子束处理添加稀土 Ce的合金表面摩擦系数由原始的0.385下降到25次处理后0.213,磨损率由原始的1 × 1 0-3 g/m降低到25次处理后的0.1 × 1 0-3 g/m,腐蚀电流密度由原始样品的1.540× 10-5 μA/cm2减小到25次脉冲后的1.021×10-8μA/cm2。在相同脉冲次数的情况下,对比未添加的铝硅镁合金发现,添加稀土 Ce后能明显提高合金表面的耐磨性及耐腐蚀性。总之,强流脉冲电子束对铝硅镁合金的深层组织有细化作用,同时添加稀土Ce后,合金表面的初生硅发生了球化,且显著的提高了合金的表面的耐磨性及耐腐蚀性。有利于强流脉冲电子束的工业化应用。
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