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纳米晶体材料由于其结构独特、性能优异而倍受关注，但是由于制备技术的限制，目前难以获得高纯、致密、界面清洁的理想三维块体纳米材料。表面纳米化是在块体材料表面形成一定厚度纳米晶组织表层的过程。通过表面机械研磨技术，在金属材料表面已成功制备出一定厚度的纳米结构表层，即实现表面纳米化。然而对于金属材料表层纳米结构的微观晶粒形成机制，目前仍然缺乏统一的认识和深入理解。因此，深入系统地研究严重塑性变形导致的纳米晶粒形成机制具有十分重要的意义，特别是本研究选取的材料是316L不锈钢，它具有中低层错能(40mJ/m2)且应用广泛，对具有此层错能金属(合金)表面纳米化机理的研究尚为空白。另外，通过表面纳米化处理不但可以将纳米材料的独特性能赋予传统材料以提高其整体性能，获得具有独特结构和优越性能的表层，同时为在纳米尺度上系统研究工艺、结构与性能的关系提供理想的样品。
本文在表面机械研磨的基础上，进行了异步轧制工艺处理，研究了表面机械研磨和异步轧制组合工艺对316L不锈钢组织和性能的影响。
本工作采用X射线(XRD)、金相和透射电子显微镜观察等测试技术，系统研究了表面机械研磨和组合工艺处理后316L不锈钢表面层和不同深度的微观结构特征。利用硬度计、表面粗糙度仪及极化曲线测试仪，对表面机械研磨和组合工艺处理后样品的硬度、粗糙度及电化学行为进行了系统研究。获得的主要结论如下：表面机械研磨处理(SurfaceMechanicalAttritionTreatmentSMAT)：
1.SMAT60min的316L不锈钢表层在大应变量、高应变速率和多方向重复载荷的作用下，形成等轴状、取向随机、平均晶粒尺寸约为15nm的纳米晶。表面层微观结构随距表面深度增加呈梯度变化，表面层依次可被分为：纳米晶层(表面到20μm深度)；亚微晶层(20～50μm深度)；孪晶层(50～100μm深度)；位错层(100～150μm深度)。2.SMAT316L不锈钢的表面纳米化机理归纳为以下四个过程：a)位错和位错胞的形成；b)机械孪晶细化基体；c)位错切割孪晶；d)纳米晶粒的形成。
3.SMAT60min316L不锈钢纳米表面的硬度约为处理前样品的1.7倍。表面粗糙度由2.2μm下降到1.34μm。SMAT处理后样品的腐蚀行为在酸性、碱性和中性腐蚀介质中表现为：SMAT工艺处理后，样品匀能钝化，但钝化膜溶解速度快，耐蚀性明显下降。
4.SMAT60min样品在距表层约50μm深度的孪晶层，在0.05MH2SO4+0.25MNa2SO4腐蚀介质中表现出异常良好的耐蚀性能，其主要原因是孪晶界的贡献。
表面机械研磨和异步轧制组合工艺(SMAT&CSR-CrossShearRolling)：1.经过SMAT&CSR组合工艺处理后，表层纳米晶仍然存在，晶粒尺寸进一步均匀细化(约为5～15nm)。
2.SMAT&CSR组合工艺处理后，表面粗造度由1.34μm下降到0.44μm；纳米层硬度变化不大，但基体硬度提高1GPa。组合工艺可以显著提高316L不锈钢的机械性能。
3.SMAT&CSR组合工艺处理后，耐蚀性能比SMAT样品明显改善，其原因是：表层纳米晶尺寸更为均匀，导致产生腐蚀的阳极(晶界)和阴极(晶粒)分布均匀，微电池作用减小，耐蚀性能提高；同时由于样品表面粗糙度显著降低，减少了形貌腐蚀，提高了钝化膜的均匀性和致密性，降低了材料的腐蚀速度，因而耐蚀性能得到改善。