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模具一般工作在重载、高冲击条件下,易发生磨损和开裂。提高模具寿命非常必要,对模具钢表面做强化处理是提高其硬度和耐磨性的有效途径之一。高温盐浴是传统的模具钢表面强化方法,其存在处理温度高,能耗大,处理时间长,现场实施环境恶劣等问题。由于表面纳米化技术可降低化学热处理温度,本文提出了将纳米化技术与盐浴渗钒技术相结合的工艺方法,能够降低盐浴处理温度,提高覆层生长速度,对节能减排,改善环境具有重要意义。本文对比分析了目前多种材料表面纳米化技术,其中以表面机械研磨自纳米化技术的应用最为广泛。针对现有的机械研磨自纳米化设备存在参振质量大,结构复杂,易产生共振等问题,在研究其机械研磨自纳米化原理的基础上,提出了基于液压振动的表面机械研磨自纳米化方法。采用金相仪、X-射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、显微硬度仪和摩擦磨损机等测试方法,对45#钢及Cr12MoV钢表面自纳米化机理和盐浴渗钒层显微组织结构和成分、截面硬度梯度、纳米层及覆层的力学性能等进行了系统的研究。主要研究内容与结论如下:（1）根据表面机械研磨自纳米化的原理,分析现有设备对自纳米化的影响因素,确定关键的控制参数。研究了有压瞬变流波的特征及传播机理,据此提出了基于瞬变流的液压振动构建原理,并以此为依据,开发了旋转式液压振动发生装置,构建了整个表面机械研磨自纳米化的液压振动系统。（2）以有压瞬变流动力学原理为依据,建立了高频液压振动系统的设计方法,根据该理论设计了整个表面机械研磨自纳米化的动力系统,并进行了系统的动态特性仿真分析和实验验证。由仿真结果和实验得,该表面机械研磨自纳米化液压振动系统的频率受控于液压振动发生器,其频率与液压振动发生器通液口的启闭频率一致,振幅受控于系统的流量,并随流量的增大而增大。通过实验验证该系统能够输出50Hz80Hz的高频液压振动,振动速度可达到0.45m/s0.6m/s,弹丸初次碰撞速度可达27m/s-37m/s,符合表面机械研磨自纳米化的要求。（3）模具钢45#钢和Cr12MoV钢经过机械研磨自纳米化处理后,可获得约80μm厚的变形层,表面晶粒达到纳米级,其平均晶粒尺寸在45nm70nm之间,表面显微硬度分别增加了25.7%,44.8%,且沿深度方向硬度呈梯度变化,磨损率及摩擦系数均比未处理表面低。（4）经过表面机械研磨处理的退火态45#钢和Cr12MoV钢,其表面纳米化层的深度和晶粒的大小与机械研磨工艺参数关系很大。在试样离弹丸距离一定的情况下,表面纳米化层的深度随振动时间的增大而增大,随频率的增大而减小,晶粒的大小深度随振动时间的增大而细化。（5）通过分析,确定盐浴渗钒的配方为73%Na2B4O7+13%V2O5+4%B4C+10%NaF。模具钢在机械研磨自纳米化预处理后,在盐浴温度750℃900℃的低温环境下,盐浴时间4h8h,得到2.5μm10μm左右的碳化钒覆层,该厚度比相同盐浴温度和时间下未经纳米化得到的覆层厚度至少增加约43%。表面纳米化使得元素互渗,45#钢在温度900℃,保温时间6h的盐浴渗钒参数下,在基体中碳化钒的渗入厚达3μm,增强了覆层与基体的结合力,且使表面显微硬度显著提高,45#钢达到HV1600以上,Cr12MoV钢达到HV2300以上,且沿覆层深度向基体中心方向硬度呈梯度递减。综上所述,本文的研究工作为金属表面机械研磨自纳米化的制备提供了新方法,为低温盐浴渗钒供了新途径,对模具行业表面强化处理的节能减排具有重要意义。