通常金属工程材料的失效往往开始于表面，如疲劳裂纹、摩擦磨损和腐蚀等; 通过表面纳米化处理后，可在材料表面形成纳米结构层，从而提高材料的综合性能，增加工件的服役寿命。表面纳米化为纳米技术与常规材料相结合提供了切实可行的途径，巧妙地避开了制备块体纳米材料遇到的技术难题，将在工业中发挥巨大的开发应用潜力。

　　表面机械处理法是实现金属材料表面纳米化的一种主要方法。该方法在材料的表面重复作用外加载荷，使材料表面产生强烈的塑性变形来细化晶粒。常用的方法有：1）超声喷丸技术。该技术是将大量的球形弹丸放置于一个 U 型容器中，容器的上部固定样品，下部连接着振动发生装置，通过激发弹丸，高速碰撞试样表面，使之产生强烈塑性变形，最终实现纳米化。目前，超声喷丸法已成功应用于316L不锈钢、低碳钢等材料。2）超音速微粒轰击技术。该技术利用气-固双相流作为载体，用超音速气流(气流速可达300～1200 m/s) 携带硬质固体微粒以极高的动能轰击金属表面使其产生强烈的塑性变形，将晶粒细化到纳米量级。与其他方法相比较，该方法具有工作效率高，设备灵活性强，固体微粒可回收重复使用，无环境污染等优点，已成功对 16MnR 低合金钢及0Cr18Ni9 不锈钢进行了表面纳米化处理。3）表面机械碾磨技术。该技术是依靠半球状的刀具尖端以一定的速度在圆柱状的试样上旋转，同时沿着水平方向滑动，使材料表面产生塑性变形区，从而细化晶粒。该方法适合于在棒状材料的表面制备纳米-微米结构梯度表面层，解决了棒材的加工问题。

　　表面纳米化通过改变材料表面组织和结构，使得材料的表面性能以致整个材料的综合性能获得显著的提高。1）表面纳米化技术可在材料表面形成表面纳米层，从而提高表面的硬度和强度，同时材料内部保存粗晶的良好塑性，使得材料的综合力学性能显著提高。根据文献报道，低碳钢表面纳米化后其最表层的显微硬度比心部基体硬度提高了 3 倍左右。316L不锈钢表面纳米化后屈服强度由 280 MPa 提高到550 MPa，极限拉伸应力大约提高了13%。2）表面纳米化使材料表面的硬度显著增大，是心部基体硬度的几倍。硬度的提高有助于增强材料的摩擦磨损性能，并能有效地抑制表面裂纹的产生，同时心部的粗晶组织又会阻止裂纹的扩展，从而提高材料的抗疲劳性能。据报道， GCr15 钢表面纳米化处理后的材料抗磨损性能提高了1 倍，并且磨损机制由黏着磨损转变为磨粒磨损。316L不锈钢板表面纳米化处理后钢板疲劳寿命是原始钢板的1.15～1.60倍。3）表面纳米化后的材料表面会产生很多结构缺陷，成为原子的快速扩散通道，能够有效的提高材料表面渗碳、氮及渗金属过程的速度和渗层的质量。