表面机械合金化,一种新型的基于强烈塑性形变的表面处理工艺,能够有效地改善合金的表面性能,增加合金的服役周期,具有较大的研究及应用价值。铝及铝合金具有质轻、热传导及导电性能好、加工成形性及可焊性好、耐腐蚀、比强度高等优点,是应用面最为广泛的有色金属材料之一。然而,由于硬度低、线膨胀系数大、耐磨性差、电极电位低等缺点,铝材的应用受到了很大的限制。因此,通过一定的表面处理技术,赋予铝材新的表面特性,对进一步扩大铝材的应用领域具有非常重要的意义。本文采用表面机械合金化的方法分别制备了具有纳米结构的Al/Fe、Al/Zr、 Al/FeZr表面复合层,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDX)、显微硬度(HV)等多种分析测定技术,对样品表面复合层的微观结构、形貌、成分分布及硬度的演变进行分析测定,研究了复合粉末颗粒的微观结构、粒度及成分与相关的处理工艺对表面复合层的结构和性能的影响。研究表明,由于表面机械合金化引入的非平衡晶体缺陷随着深度的增加而逐渐减小,铝表面复合层的微观组织结构及性能均随深度呈梯度变化。表面复合层的微观结构及形貌强烈依赖于处理工艺及复合粉末颗粒的特性。表面复合层的厚度随着处理时间的增加及球磨的直径增加而增加。细小均匀的粉末颗粒与基体材料的粘附结合性越好,能有效地改善复合层的组织结构与加工硬化效率。表面复合层的微观结构演化过程为：由三明治夹层结构演化为均匀的复合层。经表面机械合金化处理后,Al表面复合层的硬度显著提高,其强化机制是一种或多种强化机制的交互作用,主要有：细晶强化、固溶强化、加工硬化、析出强化及颗粒强化。