通常金屬工程材料的失效往往開始于表面，如疲勞裂紋、摩擦磨損和腐蝕等; 通過表面納米化處理后，可在材料表面形成納米結(jié)構(gòu)層，從而提高材料的綜合性能，增加工件的服役壽命。表面納米化為納米技術(shù)與常規(guī)材料相結(jié)合提供了切實(shí)可行的途徑，巧妙地避開了制備塊體納米材料遇到的技術(shù)難題，將在工業(yè)中發(fā)揮巨大的開發(fā)應(yīng)用潛力。

　　表面機(jī)械處理法是實(shí)現(xiàn)金屬材料表面納米化的一種主要方法。該方法在材料的表面重復(fù)作用外加載荷，使材料表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形來細(xì)化晶粒。常用的方法有：

　　1）超聲噴丸技術(shù)。該技術(shù)是將大量的球形彈丸放置于一個(gè) U 型容器中，容器的上部固定樣品，下部連接著振動(dòng)發(fā)生裝置，通過激發(fā)彈丸，高速碰撞試樣表面，使之產(chǎn)生強(qiáng)烈塑性變形，最終實(shí)現(xiàn)納米化。目前，超聲噴丸法已成功應(yīng)用于316L不銹鋼、低碳鋼等材料。

　　2）超音速微粒轟擊技術(shù)。該技術(shù)利用氣-固雙相流作為載體，用超音速氣流(氣流速可達(dá)300～1200 m/s) 攜帶硬質(zhì)固體微粒以極高的動(dòng)能轟擊金屬表面使其產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性變形，將晶粒細(xì)化到納米量級(jí)。與其他方法相比較，該方法具有工作效率高，設(shè)備靈活性強(qiáng)，固體微粒可回收重復(fù)使用，無環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)，已成功對(duì) 16MnR 低合金鋼及0Cr18Ni9 不銹鋼進(jìn)行了表面納米化處理。

　　3）表面機(jī)械碾磨技術(shù)。該技術(shù)是依靠半球狀的刀具尖端以一定的速度在圓柱狀的試樣上旋轉(zhuǎn)，同時(shí)沿著水平方向滑動(dòng)，使材料表面產(chǎn)生塑性變形區(qū)，從而細(xì)化晶粒。該方法適合于在棒狀材料的表面制備納米-微米結(jié)構(gòu)梯度表面層，解決了棒材的加工問題。

　　表面納米化通過改變材料表面組織和結(jié)構(gòu)，使得材料的表面性能以致整個(gè)材料的綜合性能獲得顯著的提高。

　　1）表面納米化技術(shù)可在材料表面形成表面納米層，從而提高表面的硬度和強(qiáng)度，同時(shí)材料內(nèi)部保存粗晶的良好塑性，使得材料的綜合力學(xué)性能顯著提高。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，低碳鋼表面納米化后其最表層的顯微硬度比心部基體硬度提高了 3 倍左右。316L不銹鋼表面納米化后屈服強(qiáng)度由 280 MPa 提高到550 MPa，極限拉伸應(yīng)力大約提高了13%。

　　2）表面納米化使材料表面的硬度顯著增大，是心部基體硬度的幾倍。硬度的提高有助于增強(qiáng)材料的摩擦磨損性能，并能有效地抑制表面裂紋的產(chǎn)生，同時(shí)心部的粗晶組織又會(huì)阻止裂紋的擴(kuò)展，從而提高材料的抗疲勞性能。據(jù)報(bào)道， GCr15 鋼表面納米化處理后的材料抗磨損性能提高了1 倍，并且磨損機(jī)制由黏著磨損轉(zhuǎn)變?yōu)槟チＤp。316L不銹鋼板表面納米化處理后鋼板疲勞壽命是原始鋼板的1.15～1.60倍。

　　3）表面納米化后的材料表面會(huì)產(chǎn)生很多結(jié)構(gòu)缺陷，成為原子的快速擴(kuò)散通道，能夠有效的提高材料表面滲碳、氮及滲金屬過程的速度和滲層的質(zhì)量。