(a和b)表面机械磨损处理设置的示意图和飞球诱发的样品表层重复多向塑性变形

球（或其他材料，如玻璃和陶瓷）被放在一个有振动器振动的反射室里。常用的球的直径大小在1-10mm之间，对于不同的材料的球直径大小要求不一样。室内的振动频率在50 Hz到20 kHz之间。当球产生共鸣时,样品表面在很短的时间内将会受到大量的球的撞击从而得到处理。球的速度根据振动频率，球到样品表面的距离和球的大小来确定，大概在1-20m/s。球与表面碰撞的方向是比较随机的，因为球在振动室里飞行的方向是随机的。每次碰撞都将在样品表面引起高速率的塑性变形，如图1-2 b所示。因此，样品表面重复的高速撞击将引起强烈的塑性变形以及晶粒大小逐渐变小直到样品表面全部转化成纳米结构。重复撞击引起的温升将在一个铁样品上测量，在50-100◦C之间，并随撞击的强烈程度以及材料的处理状态不同而不同。将表面机械研 

磨处理与其他表面处理方法比较，比如喷丸处理，你会发现很多方面的不同。相比较喷丸处理（0.2-1mm）而言，大量较大的球（少量毫米级的）应用在在表面机械研磨处理中。球的表面光滑是在表面机械研磨处理中得到纳米层所必须的。粗糙的表面的球（比如在喷丸处理中）在处理过程中将会耗损和破坏表面纳米层。相对于传统的喷丸处理（较多的在100m/s左右），在表面机械研磨处理中球的速度较慢（1-20m/s）。传统喷丸处理是一个定向的过程，喷嘴和样品表面的角度通常是固定的,在多数情况下是90◦。但是，在表面机械研磨处理中，为了促进晶粒细化，随机地撞击样品表面是需要的。

我们在许多材料（包括纯金属，合金）中的实验结果表明我们已经可以得到50μm以下的纳米表层，纳米层的晶粒大小从几纳米（在处理表面的最表层）到100nm不等。纳米层下面是一层由亚微米大小的微晶或者由晶界和亚晶界分开的晶粒组成的一个精密结构化层（厚度有100μm）。更深的地方是拥有各种各样位错的变形的粗晶粒，如密集的位错壁,位错缠结,和位错胞。图1-3显示了一个SMAT的样本剖视图的组成。纳米表层的厚度(以及精密结构层)很大程度上取决于材料的处理方法和加工参数(如球大小、振动频率、温度等)。

 图解表层在SMAT后微观结构特征和应变及应变速率沿纵深方向的分布。基于球的速度和由个别碰撞的坑的测量深度，样品表面的应变率估计高达102 - 3 s−1。

实际上，其他的一些机械处理技术在高应变速率产生大的应变的时候也能够在金属表面获得纳米表层。如喷丸、锤击、激光冲击处理、表面滚动,高速加工。然而, 由于施加在表层的应变和应变率不同，纳米表面的厚度也是不同于其他各种处理技术的。在得到纳米表层后，我们可以将处理得到的纳米表层暴露在不同的介质中，可以 

是固体，液体和气体，从而可以改变纳米表层的成分以及相组成。固溶体，化合物，复合材料都可以形成表面纳米层，所以那些特性都可以获得。这种表面纳米化过程，也就是混合表面纳米化（如图1-1c所示）可能会提供一种有效提高表面性能的方法。这个过程可能会结合SMAT和化学反应同时进行。