Effect of electrospark doping on mechanical properties of Al-Si-Cu alloys

Introduction. Microhardness and wear resistance of the aluminum alloy (AK5M7) after its surface treatment through electrospark doping (ESD) using A (Cu) and P (Cu+P) electrodes with different applied energy is considered. The work objective is to study the relationship of the physicomechanical and strength properties of the surface of AK5M7 alloy obtained after ESD with copper and copper-phosphorus electrodes.

Materials and Methods. X-ray diffraction and X-ray fluorescence analysis methods were used to determine the phase composition, coherent-scattering regions (CSR), and the surface microstrain.

Research Results. It is established that with increasing energy, the values of microhardness and wear resistance increase when using both electrodes. The sample was modified by P electrode with the energy of 0.79 J. In this case, the maximum value of microhardness increased 5.3 times, wear resistance -1.6 times. It is found that with ESD, new intermetallic phases of Al₂Cu and Cu₃P are formed on the surface of the alloy under study. If the value of the energy used is maximum (0.79 J), the concentration of the Al₂Cu phase increases 5 and 9 times with A and P electrodes, respectively, and the concentration of the Cu₃P phase increases more than 4 times when using P electrode. The experimental data obtained suggest size reduction of the CSR and an increase in the microstrain values for all the Al, Al₂Cu, and Cu₃P phases on the surface.

Discussion and Conclusions. An increase in energy with the ESD involves an increase in the defective factors and a change in the phase composition of the newly obtained surfaces. This may explain the increase in wear resistance of the surface.

1. Влияние природы электродных материалов на эрозию легированного слоя. Критерии оценки эффективности электроискрового легирования / А. Д. Верхотуров [и др.] // Вестник Мордовского университета. — 2018. — Т. 28, № 3. — С. 302-320. DOI: https://doi.org/10.15507/0236-2910.028.201803.302-320.

2. Изменение состава и свойств электрода-инструмента в условиях электроискрового легирования сплавом Al-Sn / Е. В. Юрченко [и др.] // Электронная обработка материалов. — 2016. — № 52 (2). — С. 32-36.

3. Исследование жаростойких свойств покрытий после электроискрового легирования стали 45 хромоникелевыми сплавами / А. В. Козырь [и др.] // Письма о материалах. — 2018. — № 8 (2). — P. 140-145. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-2-140-145.

4. Effect of Mg and Zn Contents on the Microstructures and Mechanical Properties of Al-Si-Cu-Mg Alloys / Y. Nemri [et al.] // International Journal of Metalcasting. — 2017. — № 12 (1). — С. 20-27.

5. Surface Modification of Aluminum Alloys Prepared by Plasma-Based-Ion-Implantation Technique / L. Liu [et al.] // Solid State Phenomena. — 2006. — № 118. — P. 269-274.

6. Effect of Nickel addition and solution treatment time on microstructure and hardness of Al-Si-Cu aged alloys / H. M. Medrano-Prieto [et al.] // Materials Characterization. — 2016. — Vol. 120, Оctober. — P. 168-174.

7. Effect of copper additions and heat treatment optimization of Al-7% Si Aluminum Alloy / M. T. Giovanni [et al.] // La Metallurgia Italiana. — 2016. — № 11. — P. 43-47.

8. Bogdanoff, T. Effect of Co and Ni addition on the microstructure and mechanical properties at room and elevated temperature of an Al-7% Si alloy / T. Bogdanoff, A. K. Dahle, S. Seifeddine // International Journal of Metalcasting. — 2018. — Vol. 12, is. 3. — P. 434-440. DOI: 10.1007/s40962-017-0178-z.

9. Microstructure evolution and mechanical properties of laser additive manufacturing of high strength Al-Cu-Mg alloy / GuTao [et al.] // Optics and laser technology. — 2019. — № 112. — P. 140-150.

10. Олейник, А. К. Влияние кристаллизации под давлением и термообработки на триботехнические показатели и микротвердость сплава АЛ-25 / А. К. Олейник, Е. В. Чуйкова, А. В. Нестеренко // Вестник Харьков. нац. автомоб.-дорож. ун-та. — 2010. — Вып. 51. — С. 73-77.

11. Шаренкова, Н. В. Размеры областей когерентного рассеяния рентгеновского излучения в тонких пленках SmS и их визуализация / Н. В. Шаренкова, В. В. Каминский, С. Н. Петров // Журнал технической физики. — 2011. — Т. 81, вып. 9. — С. 144-146.

12. Солнцев, Ю. П. Материаловедение / Ю. П. Солнцев, Е. И. Пряхин. — Санкт-Петербург : Химздат, 2007. — 781 с.

13. Мельников, Е. В. Влияние температуры деформации на параметры структуры, фазовый состав и микротвердость монокристаллов стали Fe-28Mn-2.7Al-1.3C, подвергнутых кручению под высоким давлением / Е. В. Мельников, Е. Г. Астафурова, Г. Г. Майер // Letterson Materials. — 2018. — № 8 (2). — C. 178-183. DOI: 10.22226/2410-3535-2018-2-178-183.

14. Хасан, И. Х. Исследование физико-механических свойств алюминиевого сплава после электроискровой обработки / И. Х. Хасан, Н. Е. Фомин // Упрочняющие технологии и покрытия. — 2019. — Т. 15, № 3. — С. 139-142.