近年来,大塑形变形技术被广泛的研究与应用在各种金属合金中,这项技术能显著提高材料的强度,然而经过大塑形变形的金属一般都有塑性较差的缺陷。本课题利用表面机械研磨技术在纯铜表面成功制备出梯度纳米结构层,晶粒由表面至芯部逐渐变大,芯部为粗晶结构。在这种特殊结构下,材料强度提高的同时塑形仍有较大保留。本课题选取4种不同的实验时间：1 min、5 min、15 min、30 min,两种不同温度：室温、液氮,以及5种不同样品厚度：1 mm、2 mm、3 mm、4 mm、5 mm,研究不同实验参数下表面机械研磨处理对纯铜组织及力学性能的影响。利用显微硬度仪器、拉伸试验机分析样品的硬度及拉伸性能,发现所有样品表面均出现硬度梯度,表面硬度显著提高,不同的实验条件下样品的拉伸性能存在一定差异。在一定范围内,降低实验温度、增加实验时间、降低样品厚度都能有效提高样品的强度。比较各种样品的力学性能,从而确定强度与塑性配合良好的工艺参数；利用金相显微镜、SEM对样品的显微组织进行观察,发现表面机械研磨处理的样品表层晶粒大小呈梯度变化与硬度观察结果一致。室温下处理的样品存在一定动态回复与动态再结晶,这可能是由于表面纳米化过程中,钢球高速撞击纯铜表面形成大量热量导致的。液氮下处理的样品中变形层存在大量孪晶,这是由于低温下位错运动受到抑制,使塑性变形过程中更容易发生孪生；利用XRD分析样品的晶粒尺寸、位错密度及孪晶密度,结果显示液氮下处理的样品,晶粒尺寸比室温样品小,位错密度及孪晶密度都比室温下处理的样品高,与显微组织观察结果一致,表明低温下表面机械研磨处理的强化效果更显著。在实验过程当中,还发现了一些奇特现象。通过对材料拉伸曲线的仔细分析,发现了屈服峰现象,这一现象在合金中比较常见,在纯金属中很少出现,并通过应变速率及可动位错密度关系式ε=bηv解释了这一现象。同时研究表明材料中存在一定额外加工硬化,我们通过原位拉伸观察发现,样品的表面梯度结构层与芯部粗晶层发生塑性形变的时间不同,导致材料产生了一定的应力应变梯度,这种梯度有利于几何必须位错的堆积,从而产生了额外加工硬化。