Модификация интенсивным импульсным электронным пучком поверхности силумина, подвергнутого электровзрывному легированию

Abstract

Работа направлена на выявление и анализ закономерностей формирования наноструктурных, многофазных поверхностных слоев в образцах силумина эвтектического состава, подвергнутых комбинированной обработке. Выполнен термодинамический анализ системы Al-Si-Y. Показано, что в системе Al-Si-Y существует шесть трехкомпонентных соединений: τ1 (Y5Al14Si), τ2 (Y6Al3Si), τ3 (Y33.3Al46.7Si20), τ4 (YAl2Si), τ5 (Y33.3Al36.7Si30), τ6 (YAl2Si2). Специфической особенностью тройной системы Al−Si−Y является отсутствие однофазных областей с твердыми растворами и наличие трехкомпонентных интерметаллических соединений с определенными стехиометрическими соотношениями. Выполнено электровзрывное легирование (ЭВЛ) поверхности силумина плазмой, формирующейся при испарении порошка оксида иттрия Y2O3. Выявлено формирование многофазного поверхностного слоя с субмикро- нанокристаллической структурой, основными фазами которого являются твердые растворы на основе алюминия и кремния, оксид иттрия. Установлено, что ЭВЛ силумина приводит к увеличению износостойкости материала более чем в 25 раз, микротвердости – более чем в 2 раза. Показано, что электровзрывное легирование приводит к формированию в модифицируемом слое большого количества микропор и микротрещин. Осуществлена обработка модифицированной ЭВЛ поверхности интенсивным импульсным электронным пучком. Выявлено формирование субмикро- нанокристаллической высокоплотной структуры, износостойкость которой в ≈16 раз, а микротвердости в ≈2 раза превосходят такие же характеристики силумина АК12 = The work is directed to identification and analysis of regularities of nanostructural, multiphase surface layers formation in the samples of eutectic structure silumin subjected to the combined treatment. The thermodynamic analysis of Al-Si-Y system is performed. It is shown that in Al-Si-Y system there are six three-component structures: τ1 (Y5Al14Si), τ2 (Y6Al3Si), τ3 (Y33.3Al46.7Si20), τ4 (YAl2Si), τ5 (Y33.3Al36.7Si30), τ6 (YAl2Si2). Specific feature of the threefold Al–Si–Y system is lack of single-phase areas with solid solutions and existence of three-component intermetallic structures with certain stoichiometric ratios. The electroexplosive alloying (EEA) of a surface of silumin by plasma which is formed at Y2O3 yttrium oxide powder evaporation is executed. Formation of a multiphase surface layer with submicro- and nanocrystal structure which main phases are solid solutions on the basis of aluminum and siliconium, yttrium oxide is revealed. It is established that EEA of silumin leads to increase in wear resistance of material more than by 25 times, microhardness – more than twice. It is shown that the electroexplosive alloying leads to formation in the modified layer of a large number of micropores and microcracks. Treatment of the modified by EEA surface is carried out by an intensive pulsed electron beam. Formation of submicro- nanocrystal high density structure which wear resistance by ≈16 times and microhardness by ≈2 times is surpassed by the same characteristics of AlSi12 silumin is revealed