材料在服役时的失效一般开始于材料的表面,改善工程结构材料的表面组织和性能可以提高材料服役行为和性能。本文把金属的表面纳米化技术和表面合金化技术结合在一起,对20钢进行表面纳米合金化的改性处理,来提高材料表面的耐腐蚀性能与耐磨性能,目前相关研究颇多。本文采用球磨的方法,在20钢表面制备出了具有一定厚度的纳米结构304不锈钢覆盖层和Al覆盖层,通过金相观察、X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和显微硬度计等分析手段详细研究了退火前后样品表层组织结构特点和性能。研究表明:利用球磨技术可以在20钢表面制备出纳米结构的304不锈钢覆盖层,随球磨时间不断延长,样品表层的覆盖层厚度不断增加,表层硬度逐步提升。球磨处理60min后样品表面304不锈钢覆盖层厚度约为40μm,显微硬度的HV高达600,是20钢基体硬度的3倍,由表面到心部逐渐降低;表层纳米304不锈钢覆盖层的平均晶粒尺寸为55～65nm,样品表层的晶粒尺寸随距表面深度的增加,晶粒尺寸逐渐增大。球磨时间为60min时能够在20钢表面制备出一层均匀平整的厚度约为35μm的Al覆盖层,使均匀致密无气孔的Fe-Al金属间化合物涂层可以在相对较低的退火温度和相对较短的退火时间下形成,在600℃退火处理时形成了富Al金属间化合物θ-FeAl3相;在650℃退火处理时,通过Fe原子和Al原子的互扩散形成η-Fe2Al5相和少量的β-FeAl相,其硬度高达930HV,是20钢基体硬度的5倍。