金属材料的许多性能与其晶粒尺寸有密切的内在联系，细化晶粒尺寸一直是人们改善金属材料综合性能的一种有效途径。在服役环境下，金属材料的失稳多始于表面。金属表面自身纳米化处理可以在各种金属材料的表面获得纳米晶组织，而且纳米结构层与基体之间没有明显的界面，在使用过程中不会因为外界条件的变化而发生剥层和分离，能够明显地提高材料的表面和整体性能。 表面纳米化在材料表面形成高体积分数的界面，为化学元素的扩散提供了理想的通道，能够显著地降低化学处理的温度和时间、提高元素渗入的浓度和深度，为开发新的表面处理工艺提供了有力支持。 本文主要对纯铁和45钢交流电表面纳米化处理以及预处理后的低温渗氮工艺进行了系统研究。主要工作包括三个方面：首先，利用交流电在配制的电解液中以不同的参数对纯铁和45钢分别进行了表面纳米化处理，并利用多种检测技术对处理后的试样进行了表征，探讨了表面纳米结构形成的机理；其次，对表面纳米化处理后的多组试样分别在300℃、400℃、460℃下进行了气体渗氮实验，利用不同的技术对渗氮后的试样进行了表征，并且提出了实现低温气体渗氮的原理；最后在WWM-1型万能摩擦磨损实验机上对氮化后的试样进行了摩擦磨损实验。低温渗氮处理后的试样相比原始试样摩擦系数有所下降，磨损量减少，耐磨性大大提高。