针对大部分金属材料的磨损、疲劳破坏、腐蚀等都起源于材料的表面,本文设计了一种新型的金属材料表面纳米化设备,通过高能钢丸轰击的方法,在材料表面制备出纳米尺寸层,从而利用纳米结构的特殊性,在不改变材料基本性能的情况下有效地改善材料的表面性能。本文首先对材料表面纳米层的制备方法和常用设备进行研究,为了提高纳米化效率,降低设备成本,便于表面纳米化技术应用于生产之中,提出了利用离心加速的原理,使钢丸流获得较高的能量后轰击在金属表面来制备纳米层的方法,在此基础上完成设备的总体方案设计。然后对金属材料表面纳米化设备中主机部分和钢丸供给装置进行设计。本文在理论分析的基础上,完成了设备主机中离心加速装置、定向装置、工作室和试件夹持台的结构设计,并对离心加速装置中的叶轮机构进行重点分析,完成钢丸在叶轮中的运动学仿真；设计了斗式和电磁振动式两种不同的钢丸供给装置,均能控制钢丸输送的流量,此外装置的钢丸流速稳定,调节方便,可靠性高。最后对设备样机处理后的316L不锈钢、纯铝、纯铜进行显微硬度分析、粗糙度测量和拉伸试验分析。在试样表面制备出了纳米表层,试件的表面性能得到明显的改善。