Методами современного физического материаловедения исследованы структурно-фазовые состояния, микротвёрдость и трибологические свойства доэвтектического силумина после электронно-пучковой обработки. Объектом исследования являлся доэвтектический силумин марки АК10М2Н с содержанием 87,88 вес.% Al и 11,1 вес.% Si как главных компонентов. Поверхность силумина подвергалась электронно-пучковой обработке в шести различных режимах, отличающихся плотностью энергии пучка электронов. Измерения микротвёрдости модифицированных поверхностных слоёв силумина позволили определить три оптимальных режима воздействия (с плотностями энергии пучка электронов 25, 30 и 35 Дж/см$^{2}$), при которых микротвёрдость повергнутых модификации слоёв превышает микротвёрдость литого силумина: 0,86 ± 0,041 ГПа — литое состояние; 0,93 ± 0,052 ГПа — для 25 Дж/см$^{2}$; 0,97 ± 0,071 ГПа — для 30 Дж/см$^{2}$; 0,96 ± 0,103 ГПа — для 35 Дж/см$^{2}$. Обнаружено, что электронно-пучковая обработка с оптимальными параметрами приводит к формированию поверхности, механические и трибологические характеристики которой значительно превышают соответствующие значения для силумина литого состояния. Данные атомно-силовой микроскопии коррелируют с результатами по микротвёрдости. Обработанные по представленным режимам образцы характеризуются мелкозернистой ячеистой структурой, а также имеют наименьшую шероховатость обработанного слоя (17–33 нм) и подложки (45–57 нм) по сравнению с другими режимами. Установлено, что в обработанном слое формируется мелкозернистая, градиентная, ячеистая структура, которая по мере удаления от поверхности обработки превращается в структуру смешанного типа. Толщина гомогенизированного слоя варьируется в зависимости от параметров электронно-пучковой обработки и достигает максимальных значений 100 мкм при плотности энергии 35 Дж/см$^{2}$. Обнаружено, что модифицированный слой свободен от интерметаллидов и состоит из нанокристаллической структуры ячеистой кристаллизации. Высказано предположение, что эти два фактора являются причиной повышенных механических и трибологических характеристик модифицированного слоя. Предложен механизм образования структуры ячеистой и столбчатой кристаллизации, который заключается в возникновении термокапиллярной неустойчивости на границе раздела «испарённое вещество/жидкая фаза». Разработана математическая модель теплового воздействия электронного пучка на поверхностные слои силумина.