在对纯铁进行表面机械研磨时将镍粉引入,随后经热处理实现了表面铁镍合金化。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)等方法研究其显微组织及分布形貌。结果显示:机械研磨后,镍粉均匀镶嵌在纯铁基体上形成一层铁镍混合层,经过在450℃时退火后出现FeNi合金层约100μm,且其成分沿深度呈梯度分布。界面分析认为机械研磨时镍粉通过嵌入基体和塑性变形焊合在了纯铁表面,大量的晶体缺陷为镍原子的扩散提供了条件,而弹丸不断的撞击力引起的应变能为原子的迁移提供了驱动力,促进了扩散和FeNi化合物相的生成,经退火处理表面出现了新的FeNi化合物相,热处理促进了镍的扩散。另外,考察了合金层的耐磨性,用带CCD摄像头的光学显微镜(OM)观察磨损后试样的表面形貌。销盘摩擦磨损试验结果表明,载荷为15～55 N时,表面合金化后摩擦系数较仅仅纳米化后的样品明显降低,其磨损量也较低。表面合金化处理能进一步减弱纯铁的疲劳磨损效应,提高材料的摩擦磨损性能。