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传统的金属材料往往是以一两种元素作为合金基体,添加其他少量元素,制备出均匀的块体材料。本论文在合金体系设计和材料结构构筑方法上另辟蹊径,选择等原子比的Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金作为研究对象,表面机械碾压处理（SMGT）制备出具有表层梯度纳米晶的块体材料。高熵合金的高熵效应,梯度材料晶粒结构在空间中的不均匀分布使其具备了不同于传统单主元均匀块体材料的独特性能。采用SMGT的方法,在Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金上首次实现了梯度纳米结构构筑。通过调控SMGT的加工道次,制备出晶粒尺寸从16nm到12μm连续变化的变形层,与芯部未变形的均匀块体粗晶材料共同构成了梯度材料。随着加工道次的增加,梯度材料可获得更深的变形层。通过对梯度材料不同深度处微观结构的解析,可将梯度材料的变形层分为位错控制的粗晶区域,机械孪晶控制的细晶区域,超细晶层状结构区域,纳米层状结构区域以及等轴纳米晶区域。研究梯度材料的晶粒细化机制,包括低应变下的位错滑移诱导晶粒细化,高应变下的机械孪晶诱导层状结构的形成,层状结构的二维减薄,二次孪生使层状结构破碎成等轴纳米晶。研究不同温度退火对均匀粗晶Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金以及梯度结构Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金显微组织及硬度性能的影响,梯度材料经过450℃1h和500℃1h的退火处理后,将纳米晶Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金的硬度分别由4953MPa提高到6711MPa和6399MPa。退火会使纳米晶Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金发生相分解,有纳米级体心立方（BCC）结构的Cr富集相和Mn-Ni富集相生成。梯度材料高熵合金的退火后硬度变化受纳米析出相的硬化作用以及晶粒长大的软化作用相互制约。对梯度结构Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金进行硬度和拉伸性能测试,得出纳米晶Co-Cr-Fe-Mn-Ni高熵合金的Hall-Petch系数为284.31MPa·μm-1/2,通过梯度材料拉伸的应力-应变曲线分析,发现梯度纳米结构能显著提高材料的屈服强度,同时保持较高塑性,其中SMGT 12道次处理材料能将高熵合金的屈服强度由362MPa提高到582MPa。9道次处理的样品具有最佳的屈服强度（539MPa）和均匀延伸率（23%）组合,是理想的梯度纳米结构高熵合金。梯度结构的纳米晶和芯部粗晶能相互协调,极大减轻了拉伸过程中材料的表面粗化,协调塑性变形。