表面纳米化(SNC)技术能够通过强烈塑性变形而在工程金属材料上制备出纳米结构表层,从而显著地提高材料表面(和整体)的性能与服役行为。然而,由于纳米材料中存在着大量的非平衡晶界,在使用过程中很容易因温度的升高而发生晶粒长大,从而导致纳米材料性能的大幅度下降,因此纳米结构的热稳定性成为 SNC 技术开发的关键问题之一。为此,本文选取工业上常用的 AISI 316L 不锈钢进行表面机械研磨处理(SMAT),制备出纳米结构表层,并 对其进行不同温度和时间的真空退火,利用 X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、显微硬度测试和残余应力测试等手段,研究SNC 样品在退火前后组织和性能的变化。结果表明:AISI 316L 不锈钢经SMAT 后形成了表面为纳米晶、晶粒尺寸沿深度方向逐渐增大的梯度结构。当退火温度低于 773 K 时,梯度结构的组织形态和晶粒尺寸未发生明显的变化;而当退火温度升高到 973 K 时,梯度组织发生了再结晶,表层纳米晶发生了缓慢的长大,但晶粒尺寸仍在纳米量级;SMAT 过程在材料内部引入了残余应力,经过不同温度退火时,发生残余应力释放,并在纳米结构表层和靠近表层的亚微晶层中诱发了马氏体相变;AISI 316L 不锈钢经SMAT 后,表面硬度明显提高(由 2.6 Gpa 提高到 4.3 Gpa),硬度沿深度方向逐渐减小;当退火温度低于 773 K 时,硬度沿深度方向的分布未发生明显的变化;而当退火温度升高到 973 K 时,由于残余应力释放和晶粒长大而使硬度明显下降;与退火温度相比,退火时间对组织和性能的影响不大。