本文利用表面机械滚压处理（SMRT）技术在低层错能高密度γ′相强化的Ni基合金中引入梯度纳米结构。在样品表层制备出纳米晶、孪晶和层错-层错交割的结构。运用多种表征技术,重点阐述与分析了Ni基合金在三道次SMRT表面处理过程中的微观结构演化。并通过对三道次SMRT处理的Ni基合金进行高温时效处理,探究不同时效温度下层错-层错交割结构的热稳定性,同时分析时效处理前后Ni基合金的物相、微观结构和显微硬度的变化规律。研究结论如下:（1）Ni基合金经过三道次SMRT处理后,在表面产生了250μm深度的梯度纳米结构层,Ni基合金的晶粒细化是通过位错运动、层错-层错交割和孪生共同完成的。（2）三道次SMRT处理Ni基合金产生梯度纳米结构。由表及里的结构依次为:等轴纳米晶,拉长纳米晶,孪晶结构,层错-层错交割结构（γ′相有序化结构被完全破坏）,层错结构（γ′相有序化结构未被完全破坏）伴随少量孪晶,位错结构与有序化γ′相共存的结构,粗晶结构。（3）三道次SMRT处理Ni基合金制备出数十微米的层错-层错交割结构。它们之间的层错平均间距大约为6 nm,微观硬度高达6.26 GPa,与固溶样品相比,硬度提升了47.3%。其强化行为表现符合Hall-Petch关系,可通过传统变形结构强化机制解释。（4）层错-层错交割结构不仅具有高的硬度还具有良好的热稳定性,当时效温度由室温升高至700℃,层错间距仅由6 nm变为12 nm,当时效温度升高至780℃,层错间距为18 nm,并未发生显著增加。（5）层错-层错交割结构破坏了γ′相L1₂超点阵结构,高温时效处理使γ′相L1₂有序化结构重新出现,即形成了层错-层错-γ′相结构,这种结构使样品的硬度进一步提高的原因是在层错-层错交割结构强化的基础上,重新恢复的γ′相有序化结构增加了层错运动的额外阻力。硬度随时效温度增加呈先升高后下降趋势,当时效温度为700℃时,显微硬度达到最高值为6.88 GPa,当时效温度为780℃,硬度值与未时效处理样品基本相同。