过共晶铝硅合金作为一种重要的铸造合金,由于具有热膨胀系数低、密度小、比强度高、耐磨和耐蚀性好等优良特性在汽车制造及航空航天等领域得到了广泛应用。但在传统铸造条件下,过共晶铝硅合金组织中普遍存在的粗大初生硅相严重地割裂基体,恶化了合金的性能,从而限制了其工业应用范围。强流脉冲电子束是近年来得到迅速发展的一种新型表面改性技术,通过电子束与材料表面相互作用所导致的超快速加热和冷却过程使材料表面发生远离平衡态的非平衡凝固,达到常规表面处理方法所无法实现的特殊改性效果。本文首次采用强流脉冲电子束对铸造过共晶铝硅合金(Al-15Si、Al-17.5Si和Al-20Si)进行表面改性处理,以细化粗大块状初生硅和针状共晶硅为主要目的,深入研究脉冲电子束作用下合金表面微观组织的变化,以及不同脉冲次数处理对合金表面硬度和耐磨性的影响。首先通过SEM、EPMA、金相和XRD等分析方法对强流脉冲电子束处理后过共晶铝硅合金表面形貌及微观组织进行了研究,得到了以下主要结果：1)合金表面粗大初生硅形成典型的“晕圈”结构,随着脉冲次数增加“晕圈”结构呈现得更加明显,初生硅与铝基体之间更好地相互熔合；2)Al-17.5Si合金基体表面分布着许多圆形纯Al颗粒,随着脉冲次数增加纯Al颗粒的尺寸逐渐减小且大小均匀。5次脉冲处理使Al-15Si合金基体表面α(Al)枝晶得到明显细化；3) Al-15Si合金经电子束处理后Al、Si衍射峰宽化并向高角度偏移,Al(111)和Si(111)晶面的d(111)值减小,Al晶格常数也减小,晶格发生畸变。25次脉冲处理使合金表层呈现出Al(200)晶面的择优取向；4)电子束处理使合金表面形成几微米厚度的重熔层,组织细化且成分均匀,重熔层下方为热影响区和未受影响的基体。随着脉冲次数从5次增加至25次,Al-15Si合金表面重熔层的厚度从4.4μm增加到5.6μm,而在25次脉冲处理后Al-20Si合金表面重熔层厚度约为4μm。采用TEM和拉曼光谱分析证实了强流脉冲电子束处理使过共晶铝硅合金表层形成亚稳态结构,其结果概括如下：1)合金表层形成两种类型的纳米硅晶粒,一种是游离存在的纳米硅晶粒,平均晶粒尺寸在30～100nm之间。而另一种是弥散分布的细小等轴的纳米硅晶粒,平均晶粒尺寸为5y20nm,且优先在晶界和亚晶界等高缺陷处析出；2)通过TEM观察到大量硅原子在铝晶粒中的某些区域偏聚存在,且多数聚集在铝晶粒边缘处,硅原子滞留在铝晶格中形成过饱和铝基固溶体。通过EDS分析可知Al-15Si合金15次脉冲处理及Al-20Si合金25次脉冲处理后硅在铝中的平均固溶度分别为8.54%和8.9%；3)TEM分析显示15次脉冲处理后Al-17.5Si合金最表层形成非晶氧化铝,而拉曼光谱分析结果证实Al-15Si合金经15次和25次脉冲处理后“晕圈”结构边缘区域有非晶硅生成,其特征宽带峰分别出现在468cm-1和478cm-1处；4)5次脉冲处理后Al-15Si合金α(Al)相中形成等轴状位错胞,尺寸约为200nm,胞壁为具有厚度差别的高密度位错缠结。当脉冲次数从5次增加至25次,Al-20Si合金表面局部区域产生高密度位错,并相互缠结在一起。位错缠结区域铝晶格畸变增大,衍射斑点被拉长。最后利用显微维氏硬度计和销盘式摩擦磨损试验机对强流脉冲电子束处理前后过共晶铝硅合金表面硬度和耐磨性进行了测试,主要结果如下：1) Al-15Si、AI-17.5Si和Al-20Si三种合金表面共晶组织和α(Al)的显微硬度随着脉冲次数增加都逐渐增大。与原始样品相比,25次脉冲处理后三种合金共晶组织显微硬度分别提高了约0.7倍、1倍和0.7倍,而α(Al)显微硬度依次提高了约0.7倍、1倍和1倍；2)Al-20Si合金原始组织中初生硅显微硬度没有呈现大幅度波动,平均值为8514.7MPa。但电子束处理后初生硅所形成的“晕圈”结构显微硬度从其中心到边缘呈现由大到小的梯度变化；3)三种合金经电子束25次脉冲处理后表面重熔层的显微硬度有明显增加,其数值分别为1049.3MPa、1147.4MPa和1216MPa,与距离表面140μm处基体显微硬度相比都提高了50%以上；4)电子束处理后三种合金表面耐磨性与原始样品相比均有所提高,磨损量随着脉冲次数增加先减小后增大,耐磨性呈现先提高后降低的趋势,三种合金表现出的最好耐磨性分别是各自原始样品的9倍、6.5倍和2倍。通过对Al-15Si合金摩擦系数分析,所得出的耐磨性结果与磨损量的相一致。总之,强流脉冲电子束能够诱发过共晶铝硅合金表面非平衡组织结构的形成,实现表面硬度及耐磨性的提高,是一种简单、高效的新型表面改性技术。