表面机械研磨法主要是利用高频振动，使弹丸高速运动，并且往复撞击材料表面，被撞击的材料表面发生强烈的塑性变形，在一系列复杂的过程后，最终晶粒细化形成纳米结构。由材料表面至芯部，应变量和应变速率随深度增加梯度减小，因此得到的纳米晶尺寸也呈现梯度分布，即制得我们所需要的梯度纳米结构。

利用SMAT制得的样品有较好的韧性，同时强度也能得到一定程度的提升。其最大的优点是由于纳米结构层是由其自身表面晶粒细化而来，因此与芯部粗晶没有明显的界面，特别适合用于制备梯度纳米结构。

该方法的过程大致分为三步，首先是弹丸在材料表面往复撞击，使表面发生剧烈的塑性变形，产生大量缺陷；然后，当位错增多到一定程度时，发生湮没、重组，得到接近纳米尺度的亚晶；最后，随着温度的升高，再结晶现象出现，在表面产生纳米晶，经过进一步发展将得到随机取向的纳米晶组织[7]。

除了SMAT以外，还有几种比较完善的机械加工处理方法，这些方法大多是以SMAT为基础，改变了一个或某几个工艺参数， 如弹丸的直径、仪器的振动频率等，主要有超声喷丸（USSP）[8]和高能喷丸[9]。

1。3  梯度纳米结构材料的力学性能

1。3。1  拉伸性能

根据Hall-Petch公式，材料晶粒越细小，它的强度就越高。对于梯度纳米结构材料，由于其表面纳米层晶粒细化，可以预测，制备得到的样品，它的屈服强度和抗拉强度较退火粗晶材料应该会有所上升。当然，有舍必有得，在强度上升的同时，材料的塑性会降低。这似乎是纳米材料不可避免的困扰，但是通过控制表面纳米化的参数，可以在提高材料强度的同时，尽量减少其塑性的丧失[10]。

在超细晶金属中，位错滑移会比在粗晶中困难许多，造成这一现象的原因主要有两点，首先，纳米晶抑制位错滑移，但却能够促进晶界滑移，然而在产生强烈塑性变形时，晶界密度并没有那么大，不足以支持大的塑性应变。再者，塑性变形产生高密度位错或晶格畸变，可能造成位错塞积，对位错的滑移产生强大的阻碍。导致的结果就是，梯度纳米结构材料在拉伸过程中，颈缩将在屈服和一个很小的均匀延伸后迅速出现，这将显著限制它在工业上的应用[11]。

有研究发现[12]，当组织中产生应变硬化，而且是由非均匀的微观结构引起的时候，材料在拉伸过程中会产生一个稳定的塑性变形，并且能够得到一个较大的断面收缩率以及均匀延伸率，所损失的只是较小的屈服应力。另外，K。Lu等人提出，粗晶基体能够起到抑制纳米表面层局部应变的作用[13]。因此，我们所要研究的梯度纳米结构材料，它不仅具有高强度的纳米表面层，在强度方面远胜于常规粗晶材料，而且能够拥有与芯部粗晶可比的延展性。来;自]优Y尔E论L文W网www.youerw.com +QQ752018766-

根据前人的报导[14]，纯钛在经过表面机械研磨处理后所表现出来的拉伸性能要优于粗晶纯钛，但我们仍需要更多的实验数据，以揭示表面纳米层在纯钛的变形和断裂行为中所起到的作用，以及表面纳米层与芯部粗晶层这种不均匀的微观结构在钛的应变硬化过程中所展现出来的协调性。如何寻找最优参数，使得梯度纳米结构纯钛表现出更加优异的拉伸性能以及硬度等其他力学性能，是本文所要研究的重点方向。