由于纳米结构金属材料具有较高的强度和硬度，其摩擦磨损行为一直受到摩擦学研究者的广泛关注。然而，无论是块体纳米结构样品还是纳米结构表层样品，均难以大幅度提高金属材料摩擦磨损性能。近年来，通过表面机械碾压/滚压处理制备的梯度纳米结构金属材料，表现出独特的塑性变形机制及热稳定性。同时，得益于其优异的应变协调能力，干摩擦条件下梯度纳米结构Cu-Ag样品稳态摩擦系数和磨损量均大幅度降低，表现出优异的摩擦磨损性能。目前关于梯度纳米结构对钢铁材料在复杂摩擦学环境下摩擦磨损行为的影响仍需进一步研究，这对理解梯度纳米结构特殊的摩擦磨损机制具有重要意义。　　鉴于此，我们通过表面机械滚压/碾压处理分别成功制备出梯度纳米结构316L奥氏体不锈钢和IF钢样品，并系统研究了不同摩擦学条件下梯度纳米结构样品的摩擦磨损行为，包括磨痕表面形貌、成分和亚表层结构，深入理解了梯度纳米结构对316L不锈钢和IF钢摩擦磨损行为的影响及相关摩擦磨损机制。主要结果如下:　　1.梯度纳米晶316L不锈钢摩擦学行为(Ⅰ)—与WC-Co对磨:　　(1)干摩擦条件下，梯度纳米晶(Gradient Nano-Grained，GNG)316L不锈钢样品耐磨性明显优于粗晶(Coarse-Grained，CG)样品，跑合阶段摩擦系数低于CG样品。CG样品跑合阶段主要磨损形式为粘着磨损和剥层断裂，GNG样品磨损机制则以粘着磨损为主。随着磨痕表面氧化物层形成，进入稳态阶段后两类样品磨损机制均逐渐转变为微缓的氧化磨损。　　(2)油润滑条件下，GNG样品耐磨性显著优于CG样品，但二者摩擦系数相近。CG样品跑合阶段磨损形式以磨粒磨损和剥层断裂为主，GNG样品仅发生微缓的磨粒磨损。随着有效润滑油膜形成，摩擦系数降低，进入稳态阶段后两类样品磨损机制均转变为微缓的磨粒磨损和疲劳磨损。　　(3)梯度纳米结构表层较高的硬度和有效的应变协调能力，使得两种摩擦学条件下GNG样品跑合阶段磨损速率均远小于CG样品。进入稳态阶段后，由于磨痕表面氧化物层和润滑油膜的作用，CG与GNG样品磨损速率无明显差别。　　2.梯度纳米晶316L不锈钢摩擦学行为(Ⅱ)—与GCr15对磨:　　(1)水介质条件下316L不锈钢与对磨副之间的粘着被有效抑制，同时对磨面间氧化程度也显著降低。因此，GNG样品摩擦系数和磨损量大幅度下降，50N载荷下，GNG样品磨损量仅为CG样品40％，摩擦系数由CG样品～0.63下降至～0.40，并在18000周次滑动过程中保持稳定，表现出优异的摩擦磨损性能。　　(2)水介质条件下，CG和GNG样品磨痕表面及亚表层均观察到富Ni摩擦层，其形成本质为选择性氧化导致的成分偏聚。GNG样品富Ni摩擦层深度约为CG样品4倍，得益于GNG样品亚表层等轴超细晶粒提供的快速扩散通道以及梯度纳米结构独特的应变协调能力，使其富Ni摩擦层深度和稳定性显著提高。　　(3)滑动过程中应变局域化和剪切失稳是CG和块体纳米结构样品亚表层发生断裂、形成粗糙磨痕表面的根本原因，因而两类样品均具有较高的摩擦系数和磨损量。梯度纳米结构优异的摩擦磨损性能归因于其独特的应变协调能力和塑性变形方式，在滑动过程中能够有效抑制亚表层应变局域化及裂纹萌生，从而大幅度降低316L不锈钢摩擦系数和磨损量。　　3.梯度纳米层片结构IF钢在干摩擦条件下的摩擦学行为:　　(1)干摩擦条件下，对比原始粗晶IF钢样品，梯度纳米层片结构样品摩擦系数和磨损量均明显降低，50N载荷下其稳态摩擦系数由粗品态0.59下降至0.48，磨损量仅为CG样品1/4。不同载荷条件下梯度纳米层片结构IF钢样品均表现出大幅度提高的摩擦磨损性能。　　(2)梯度纳米层片结构IF钢样品最表层晶粒长大以及亚表层动态再结晶结构较小的晶粒尺寸，有效抑制了涡流结构形成以及亚表层中裂纹扩展，同时有效地协调亚表层剪切应变，从而在磨痕表面形成光滑连续的稳定氧化物层，这是梯度纳米层片结构样品具有独特摩擦学行为的根本原因。