众所周知,塑性变形导致金属结构细化的本质原因是各种缺陷如位错、位错界、孪晶界以及相界面等的产生。这些缺陷的密度随着应变量的增加而显著增加,导致结构被不断细化,材料强度显著提高。然而,塑性变形过程中也相伴发生缺陷的消除,导致结构发生粗化。这种粗化过程也随着结构尺寸的减小而增强。这样,当缺陷产生与缺陷消除达到动态平衡时,结构演化到达稳态,材料不能被继续强化。稳态晶粒尺寸与材料有关,但往往大于100纳米。如何突破稳态晶粒尺寸限制,进一步细化结构和提高材料强度是塑性变形制备纳米金属的一个重要学术难题。最近,我们通过高速表面塑性变形将纯镍和IF钢的晶粒尺寸减小到10-20 nm,比相应稳态晶粒尺寸小约一个数量级[1,2]。这种独特的变形技术,为研究结构演化至纳米尺度的全过程提供了机会,也为揭示突破稳态尺寸限制的关键变形参数,开发新型晶粒细化工艺提供了机会。本研究以多晶纯为研究对象进行室温表面塑性变形(表面机械碾磨),详细研究了沿深度的结构和变形参数分布。发现由表及里变形参数(应变、应变速率和应变梯度)呈梯度分布,形成了梯度结构,包括：纳米结构,亚微米结构和位错结构。在表层10-80 μm的深度形成了二维纳米层片(NL)结构,如图1所示。这种结构具有小角取向差,强烈的剪切织构和～20 nm的层片厚度；80-180 μm深度依次形成了与传统塑性变形相似的超细晶(UFG)和超细层片(UFL)结构；在＞180 μm深度,则有典型的位错结构组成。突破饱和尺寸限制形成NL是高应变速率和高应变梯度共同作用的结果,而形成NL可通过UFG或UFL两条途径以不连续和连续的方式实现。在此过程中,位错行为依然主导结构的演化。