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纳米晶体材料由于其结构独特，性能优异，近几十年来受到广泛的研究，其中强烈塑性变形法制备纳米金属材料是研究重点之一。表面强烈塑性变形的方法可在金属材料表面制备出纳米结构表层，将表面改性与纳米材料有机地结合在了一起。
本文选择工业中广泛应用的40Cr钢作为研究对象，利用一种新的表面强烈塑性变形方法——超音速微粒轰击法(Supersonic Particles Bombarding，SSPB)进行表面处理；分析了超音速微粒轰击技术的原理，探索了超音速微粒轰击处理样品的工艺参数；用X射线衍射(XRD)、光学显微镜、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对处理样品的表层和截面进行了结构表征；利用显微硬度计、摩擦磨损仪等设备评定和分析了轰击处理样品的硬度、耐磨性以及样品表层的热稳定性。主要研究结论如下：
超音速微粒轰击技术基本原理分析及工艺探索：
理论上分析了气体与微粒混合后形成的双相流的运动状态，计算了不同工艺参数下微粒的速度，并与实验测得速度对比；理论计算和实验测量结果说明，微粒速度都超过了音速。优化的工艺参数为：直径为0.4-0.6mm的玻璃珠，在压力为1.50MPa下，单位面积处理时间为5min。
轰击处理后样品的组织结构表征和形变分析
1.超音速微粒轰击处理后40Cr钢的最表层形成了等轴和取向随机的纳米晶。表层结构分为纳米晶区，变形组织区和原始组织区，纳米晶区和变形组织区厚度大约在100μm左右。
2.变形后距离表面50-60μm处的铁素体形成了大量的几何必需型位错界(GNB)和随机型位错界(IDB)，将原来的粗晶铁素体分割为大小不等的细小组织，GNB中有大量的大角度位错界，而IDB多是小角度位错界。
3.变形后距离表面50-60μm处的珠光体形貌与其中渗碳体片与表面的位相差直接相关。当渗碳体片与表层平行或垂直时，渗碳体可以发生弯折和扭曲等的塑性变形；其中铁素体变形后产生的位错界和渗碳体两侧的铁素体中含有大量的大角度位相差；当渗碳体片与表层成大约45°角时，渗碳体基本没有发生塑性变形，且其中铁素体变形后形成的位错界都是小角度位错界，而渗碳体两侧的铁素体产生了一定量的大角度位相差。
4.理论分析表明，珠光体中的铁素体最易变形的滑移面是与样品表面成45°角，当渗碳体片与表面平行或垂直时，铁素体中沿滑移面滑移的位错经很短的距离即与渗碳体片相遇而产生剪切带，使渗碳体发生变形；渗碳体与表面成45°角时，铁素体中开动的滑移面与渗碳体平行，滑移面上运动的位错经很长距离才与渗碳体片相遇，故渗碳体不容易发生塑性变形。
超音速轰击处理样品表层的力学性能与热稳定性
1.超音速微粒轰击处理40Cr钢表层最大硬度值是原始基材硬度的两倍多。表层形成了大约400μm的压应力层，表层压应力最大值为400MPa左右；随着距表面距离的增加，压应力下降，在距离表面400μm处压应力转变为拉应力。在干摩擦、液体石蜡(LP)润滑和液体石蜡+二烷基二硫代磷酸锌(LP+ZDDP)三种条件下，都是超音速微粒轰击处理并抛光样品的磨损量最小，而仅进行轰击处理样品的最大。
2.低于600℃退火，纳米晶区组织仍然稳定，金相照片可以分辨出纳米晶区和原始粗晶区在组织上的区别；750℃退火，金相显微镜已无法分辩纳米晶区与原始粗晶区在组织上的区别；800℃时材料已完全再结晶；400℃退火时，纳米晶的硬度略有减小，500℃退火时纳米晶硬度开始大幅减小，到700℃时硬度约为退火前硬度值的一半左右。