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材料表面经过表面机械研磨处理(surface mechanical attrition treatment, SMAT)后可形成具有一定厚度的纳米扩散层。在SMAT过程中钢球以一定的频率重复撞击材料表面,从而使得材料表面发生塑性变形,表面产生大量应力应变能、非平衡晶界、晶体缺陷(空位、位错等),这些均可以促进元素的扩散。机械合金化(Mechanical Alloying, MA)技术是使两种或者两种以上粉体经过高能球磨后实现元素合金化的方法,其原理是粉体在经过不断的搓揉、破碎、焊合的作用后发生扩散反应而形成合金。本篇论文利用SMAT和MA两种技术的特点,在材料进行SMAT过程中添加不同的粉体,以期通过弹丸持续撞击材料表面而在材料表面同时达到纳米化和元素扩散合金化的效果,继而在材料表面原位形成合金化。本文在纯铁基体表面进行SMAT时,依次添加Ni粉、Cr粉、Zn粉及A]粉,通过金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析(EDS)、辉光放电测试仪(GDS)、电化学工作站等材料分析检测方法,对添加不同的粉体、不同的SMAT时间后纯铁的表面形貌、横截面组织结构、表面物相组成、表面耐蚀性等进行探讨分析,分析了添加元素与基体形成扩散合金层的影响因素,最后从热力学角度简单计算了SAMT添加元素在基体上的扩散系数。得到的主要结论如下：(1)纯Fe/SMAT/Ni120min和200min后,得到表面晶粒尺寸分别为-25nm、～17nm及厚度分别为～30μm、50～100μm的扩散层,SMAT120min后扩散层的成分为FeNi, SMAT200min后扩散层的成分从表面到心部依次为Ni、FeNi3、FeNi.纯Fe,对其耐蚀性能研究显示SMAT后试样的腐蚀电极电位有所提高,SMAT200min后试样的耐蚀性比SMAT120min的佳,SMAT后扩散系数增大。(2)纯Fe/SMAT/Cr120min后形成表面晶粒尺寸为～19.4nm、厚度为～50μm、成分为Fe(Cr)固溶体的扩散层,处理时间延长至240min时,形成的扩散层厚度最高～110μmm,表面晶粒细化至～12nm,试样表面粗糙度随着SMAT时间的延长而增大,表面存在未被Cr粉覆盖的区域,对其耐蚀性能研究显示,与SMAT120min和SMAT200min相比,表面去掉Cr层处理后可以提高试样的腐蚀电极电位,SMAT后试样耐蚀性有所下降,扩散系数增大。(3)纯Fe/SMAT试样添加不同粉体后扩散机理为：相同之处在于当粉体镶嵌于基体表面后,由于弹丸应力作用粉体将焊合于基体表面,SMAT后表面高体积晶界及产生的缺陷为元素的短路扩散提供通道；弹丸高速重复撞击试样表面使得试样和粉体的表面不断出现裸露新界面,粉体与基体Fe的焊合点增多；在SMAT过程中基体不断吸收弹丸撞击带来的能量使得基体产生高应变及高应变能,从而降低了活性原子迁移能垒；最后弹丸碰撞产生的热量和反应放热均能加快原子的扩散,这是纯铁添加Ni粉和Cr粉机械研磨处理扩散机理的相同之处,不同之处在于纯Fe/SMAT/Ni原子扩散与基体形成的是Fe-Ni系化合物,而纯Fe/SMAT/Cr原子扩散与基体形成的是Fe(Cr)固溶体,而且扩散层的厚度也不尽相同。(4)纯Fe/SMAT/Zn不同处理时间试样表面和纯Fe/SMAT/A1120min试样表面均未形成相应的合金扩散层或固溶体扩散层,失败的原因可归结为：锌粉和铝粉质地较软,在SMAT过程中呈层片状粘附在基体表面上,因此很难获得足够的活性原子与基体发生焊合继而扩散；纯Fe/SMAT试样形成扩散层的影响因素可以归结为：钢球表面的光滑性、SMAT时间、添加粉体与基体的硬度、晶体结构及层错能等。