纳米晶体材料以其结构独特、性能优异而倍受关注。但是由于制备技术和团聚问题等未能解决,目前尚难以获得高纯、致密、界面清洁的理想三维块体纳米晶体材料。随着纳米材料研究的不断深入与纳米技术的发展,将表面改性与纳米材料相结合来制备纳米晶块体材料得到了人们的重视。其特点是通过提高材料表面性能来提高构件服役性能。目前,通过表面机械研磨技术（SMAT）,在金属材料表面己成功的制备出一定厚度的纳米结构表层,即实现了表面纳米化。然而对于金属材料表层纳米结构的微观组织演变、性能与结构关系尚缺乏系统的研究。因此,深入系统地研究严重塑性变形导致的纳米晶粒形成机制对纳米材料合成和应用具有十分重要的意义。本论文采用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）等测试设备系统地研究了表面机械研磨处理后纯铝表面层不同深度的微观结构特征;测试了表面层的硬度分布;根据表面层应变引入的微观结构特征,提出了纯铝表面机械研磨导致晶粒细化的机制。并以分离式霍普金森压杆（Hopkinson压杆）装置为研究手段,研究了纯铝在常温高应变速率(1000～2300s^-1)下的动态压缩行为。通过对应力～应变曲线的对比研究,分析了应变速率对流变应力和屈服强度的影响;并通过透射电子显微镜分析了纯铝显微组织对动态压缩性能的影响。得到以下主要结论:1.纯铝经表面机械研磨处理后,表层形成了等轴、随机取向的纳米晶粒,晶粒平均尺寸约为6nm。表面层微观结构随距离表面深度的增加,呈梯度变化,变形表层可以分为两个部分（1）纳米晶区（约0～20μm）和（2）发生明显塑性变形的亚微晶区（约20～65μm）。随距离表面深度增加,微观应变和应变速率逐渐减小,晶粒/亚晶/位错胞结构尺寸增大。2.塑性变形区有两种主要位错组态:位错墙和位错缠结。位错墙是通过应变引起的位错滑移、积聚和重排而形成。位错缠结结构是高密度位错混乱交织在一起的位错排列。随应变的增加,这两种位错组态逐渐演变成位错胞、亚晶和位错墙-显微带结构（DDWs-MBs）,层状胞块结构（lamellar cell block）。并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。3.研究结果表明高应变量、高应变速率的塑性变形对纯铝样品表层纳米晶粒的形成起到了重要作用。在高应变速率变形条件下,细化晶粒尺寸可以减小到纳米量级。4.SMAT后纯铝样品横截面上的硬度测试结果表明,样品表面纳米层的显微硬度约为心部基体硬度的两倍以上,随着距离样品表面深度的增加,显微硬度值逐渐减小。其表面硬度的增大可归因于晶粒细化效应和加工硬化效应共同作用的结果。5.SMAT后纯铝样品的极化腐蚀实验表明,通过SMAT方法所获得的纳米晶结构表层可以使材料的耐腐蚀性有所提高,这是由于纳米结构表层较容易产生钝化,进而提高了材料的耐腐蚀性。6.从应力～应变曲线上的特征看,随着应变速率的提高,纯铝的强度和初始加工硬化率明显增加,并表现为正应变速率敏感性。7.从应力～应变曲线上的特征看,有明显的动态回复和动态再结晶特点;并结合了功热转变,计算了在近似绝热条件下试样温度的升高和透射图中出现的回复和再结晶特征;发现纯铝在高应变速率冲击条件下完全有可能发生动态回复和动态再结晶。