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对纯铝进行表面机械研磨处理形成纳米层，用XRD、TEM对表面纳米层进行了表征，并对沿深度方向的硬度变化进行分析。结果表明：晶粒细化后的主要微观特征是在原始晶粒内形成位错缠结、位错胞和高密度位错墙；随着应变的增加，这些位错组态逐渐演变成位错胞、亚晶、位错墙-显微带结构和层状胞块结构；随着应变和应变速率的进一步增加，晶粒细化遵循逐渐细分原则，逐渐在表面形成随机取向的纳米晶；与试样心部硬度相比，其表面硬度明显提高。