中国制造行业在海洋开发行业中的工程技术集中于海洋装备,对海洋的开发利用与保护也依赖于海洋装备。海洋装备的基础集中于材料,材料性能的体现则集中于材料基体与表面性能,其中表面性能则决定了零部件的使役寿命。而铝合金由于其质轻、比强度高以及易加工的优点在海洋装备中得到的广泛运用,但是铝合金易产生磨损导致腐蚀加剧而失效,因此对铝合金表面的强化势在必行。滚压加工作为传统表面改性技术,在加工领域应用成熟,通过引入超声振动辅助可以提升优化效果及效率,诱导表面材料塑性变形形成强度更高影响区更深的梯度纳米晶/超细晶结构层。本文选用7075-T6铝合金作为研究载体,并在铝合金表面制备了梯度结构强化层。为了探究二维超声振动辅助下对滚压加工的影响,以及二维超声辅助滚压加工对铝合金表面的改性情况,本文主要对以下内容进行相关研究及讨论:(1)设计并搭建了符合实验要求的二维超声辅助滚压加工平台,并研制了配套平面多珠滚压刀具,构建体系成熟的加工系统,实现铝合金表面梯度强化层的制备。(2)使用均匀设计实验法对二维超声辅助滚压加工进行了参数寻优,建立滚压加工回归模型,明确加工参数与加工试样表面性能的映射关系。(3)通过对二维超声辅助滚压加工过程中的三维滚压力监控,探究传统滚压以及垂直、横向、二维超声辅助滚压加工之间的区别,通过结合3D-Deform分析不同方向超声对滚压加工的影响,研究超声介入对梯度结构强化层的作用机理,并研究加工过程中晶粒细化的演化模型。(4)对二维超声辅助滚压加工制备的铝合金表面梯度结构强化层进行了表面以及近表层形貌表征,通过纳米压痕实验测得截面力学机械性能,并在干摩擦条件下完成摩擦磨损实验,从多个角度分析表面梯度结构强化层的组织形貌以及机械力学性能。