材料的失效大多始于材料的表面,为了提高机械零件的使用寿命,发展表面强化技术具有十分重要的意义。表面纳米化低温渗氮技术是一种新型的复合表面强化手段,能够改善材料表面耐磨性,耐蚀性。最重要的是这种技术能够改善传统渗氮的温度高周期长等缺陷,目前研究颇多,应用前景广泛。本文采用高能球磨法在工业纯钛TA2表面制备出一个纳米晶层,然后对纳米化样品和非纳米化样品的低温离子渗氮行为进行研究。利用X-射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)和激光共聚焦等分析手段对该纳米表层进行了结构表征及热稳定性分析。并且仔细分析了表面纳米化纯钛的低温离子渗氮。研究表明:表面机械球磨处理可在纯钛表面获得纳米晶层,其晶粒尺寸在8～30nm之间,且晶粒取向随机分布。在纳米层下面存在一个剧烈塑性变形层,球磨时间越长,该塑性变形层越深,球磨60min后可达160μm左右。球磨处理后,样品表面硬度大幅度提高,其值可达400HV左右,是粗晶钛的2-3倍。硬度由表面到心部逐渐降低。球磨处理后纯钛表层纳米晶有着很好的热稳定性,其纳米晶长大温度初步定在500℃以上。纯钛表面纳米化后在550℃就能进行低温离子渗氮,而传统离子渗氮温度为850℃左右。表面纳米化纯钛低温渗氮表面性能得到大幅度改进,硬度大幅度提高,并且耐蚀性得到改善。