材料的失效大多始于材料的表面，为了提高机械零件的使用寿命，发展表面强化技术具有十分重要的意义。表面纳米化是一种利用物理或化学方法在粗晶材料表面制备纳米晶表层而改善表面服役性能的方法。目前研究颇多，应用前景广阔。 本文使用旋转辊压致表面剧烈塑性变形诱导表面纳米化的方法对TC4合金(Ti6Al4V)进行表面处理，采用光学金相显微镜(LOM)、X射线衍射仪(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和显微硬度计等对样品微观组织、结构和性能进行分析观察与测试，实验结果表明经过处理的TC4合金在材料表面获得纳米晶结构的表层，表面层的粗晶晶粒能够细化至纳米量级，样品表层晶粒尺寸达到15nm左右，剧烈塑性变形层厚度约有400μm，辊压变形时间越长，变形层相对变深。样品表面层的显微硬度随着辊压时间的加长有所提高，最高硬度达到了525HV0.1，同时在辊压横截面，硬度沿层深方向逐渐减小至原始材料的硬度值。辊压后的退火实验说明了在较低温度(473K、673K)下纳米化表层的晶粒不会明显长大，基本能够保持较好的力学性能。较高温度(773K～1073K)的退火会使表层发生回复再结晶，表面硬度随之下降。 本文还对比研究了旋转辊压处理前后样品的离子注入行为，注入元素为碳和氮，XRD和X射线光电子能谱(XPS)分析证明了两种样品在相同注入工艺条件下均能形成TiC、TiN相。XPS的结果表明两种样品在相同位置(88nm)达到注入最大值，经表面纳米化处理的样品N元素的扩散比较明显，分布较均匀。