钛及其合金由于其较好的力学性能和耐腐蚀性等优点被广泛应用于多个领域，如航空航天、海洋、汽车、化学和生物工业等，但其硬度低、耐磨性差等缺点限制了其在工程上更广泛的应用。作为提高金属材料性能的有效途径，表面强化技术的发展一直以来得到广泛的关注，其发展的主要趋势是综合应用多种表面处理方法，得到性能更加优良的表面强化层。本文通过平面深滚和渗氧扩散处理相结合的方法对工业纯钛进行表面强化。表面深滚处理后，材料近表层的晶粒得到细化。对深滚后的材料进行相应的热氧化和氧促扩散处理，能得到强化效果更好的材料表层。主要研究内容和结论如下:　　(1)对工业纯钛进行表面深滚处理，处理后材料近表层可得到厚且均匀的塑性变形层，晶粒得到细化，晶界密度增大，组织沿深度方向呈梯度分布，纳米晶粒，位错缠结和孪晶组织分别存在于不同的深度。　　(2)对滚压和未滚压试样进行升温和恒温氧化，采用TGA、XRD和SEM等测试方法分析研究深滚处理对工业纯钛氧化行为的影响。实验结果表明，深滚处理对工业纯钛的氧化起加速作用。　　(3)对滚压和未滚压试样进行热氧化和氧促扩散处理，研究深滚处理对两种渗氧处理方法强化作用的影响，提出最佳的氧促扩散处理参数，并通过实验和模拟的方法阐述深滚处理对氧原子扩散行为的影响，模拟结果与实验结果相符合。