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奥氏体不锈钢因其优越的耐蚀性能和成型性能,广泛应用于现代社会的各个领域,但传统的粗晶奥氏体不锈钢的强度和硬度偏低,应用仍受到一定的局限。通过大塑性变形工艺制备块体纳米晶奥氏体不锈钢,可大幅提高其强度和硬度,但对其耐腐蚀性能的影响还有待深入研究。纳米化后不锈钢耐性性能的变化主要取决于其表面钝化膜特性的变化,因此有必要充分了解纳米晶结构对奥氏体不锈钢表面钝化膜的成分、结构和成膜机理的影响规律,特别是对成膜关键元素铬的扩散速度的影响规律。本文采用等径角挤压ECAP工艺将普通304奥氏体不锈钢制备成没有变形缺陷的块体纳米晶材料,通过光学显微镜（OM）、透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）等分析方法对纳米晶不锈钢的微观组织进行了表征;然后利用开路电位、动电位极化曲线和平均活化能考察了纳米晶不锈钢的耐蚀性能。全文重点是利用X射线光电子能谱（XPS）、电化学阻抗谱（EIS）、电容测量（Mott-Schottky曲线）、恒电位电流时间曲线（I-t曲线）、恒电流电位时间曲线（E-t曲线）和原子力显微镜（AFM）等测试和表征方法全面研究和分析了纳米晶不锈钢在室温下不同介质（空气,酸性溶液）,不同成膜电位（开路电位、钝化区电位、过钝化区电位）下形成的表面钝化膜的特性,明确了纳米化的影响规律和作用机理。最后,在保持纳米晶结构热稳定性的前提下,系统分析了不同成膜温度下纳米晶不锈钢表面氧化膜的特性,探讨了温度对氧化膜变化的影响规律和成膜机理。研究结果表明,纳米晶不锈钢室温下空气中自发形成的表面钝化膜具有双层结构,都由铬氧化物和铁氧化物组成,其中外层为富铁氧化物,内层为富铬氧化物。由于纳米晶促进铬扩散的优势在室温下难以发生,纳米晶不锈钢室温空气下的钝化膜中没有发生铬的富集,其耐蚀性提高是因为纳米晶高体积晶界和位错密度的瞬间形核优势促使其钝化膜更致密所致。纳米晶不锈钢在酸性溶液中开路电位下形成的钝化膜同样具有双层结构,但此时纳米晶不锈钢钝化膜内层中的氧化铬则比粗晶钝化膜中略多,主要是由于氧化铁在酸中优先溶解,且纳米晶内层中氧化铁颗粒细小,溶解更快,导致其内层氧化铬的富集程度更高。在内层表面形成的富氧化铁外层,虽然纳米晶更致密内层膜上的形核速度会慢一些,但形核和生长机理没有差异,因此两种结构不锈钢外层膜的成分和结构没有明显差异。纳米晶不锈钢在硫酸溶液钝化区电位下形成了致密稳定的双层结构钝化膜。因为氧化铬的吉布斯自由能更负,其稳定电位Uox（Cr）（-0.52V）较低,有利于其优先在不锈钢表层形核生长;氧化铁的稳定电位Uox（Fe）（-0.08V）较高,且铁离子扩散速度快,有利于其穿过优先形成的富氧化铬膜向外扩散形成外层膜。钝化膜的生长过程包括四个阶段:第I阶段和第II阶段是富氧化铬内层的形核和长大阶段,纳米晶不锈钢表面膜的形核速度更快,在表面膜多晶核基础上的生长速度也更快,因此其内层膜更致密;第III阶段和第IV阶段是富氧化铁外层在内层上的形核和长大阶段,由于纳米晶内层钝化膜更为致密,影响铁离子的移动速度,导致其外膜层的形核速度变慢,但两种结构不锈钢外层钝化膜的生长速度接近。随着成膜温度升高,纳米晶不锈钢表面氧化膜逐渐增厚,氧化膜中表层的氢氧化物减少,铬和铁的氧化物增多。与粗晶不锈钢氧化膜相比,纳米晶不锈钢氧化膜略薄,内层的氧化铬较多,更为致密。不同成膜温度下,铁和铬的扩散速度不同,导致不锈钢表面氧化膜的成分和分层情况发生了很大变化。在低温区（T≤150℃）,不锈钢基体中铬和铁的扩散系数非常低,两种结构不锈钢表面钝化膜都非常薄,为双层结构。在中温区（150℃<T≤300℃）,铁的扩散系数DFe升高显著,导致不锈钢表面氧化膜中氧化铁含量增加,富铬氧化物层被富铁氧化物代替,钝化膜变成了单层结构。在高温区（300℃<T≤450℃）,铁和铬的扩散系数DFe和DCr都增加,由于铬的扩散系数与铁的扩散系数的差距越来越小,重新形成了富铬氧化物内层,钝化膜再现双层结构的特征。不锈钢表面氧化膜在中温（150和250℃）区是富氧化铁的单层结构,在室温（25℃）和高温（350和450℃）区是内层富氧化铬、外层富氧化铁的双层结构,150和300℃分别是304不锈钢表面氧化膜从双层变单层再变回双层的温度转折点。成膜温度高于300℃时,铬在纳米晶不锈钢氧化膜中出现明显富集的情况,纳米晶不锈钢氧化膜中Crox/Feox比值开始明显高于粗晶氧化膜,表明纳米晶结构促进铬从基体向界面扩散的优势开始显现,并且温度越高,纳米晶不锈钢氧化膜中Crox含量越高。因此,300℃被认为是纳米晶结构对Cr扩散增强作用可检测到的临界温度。