机械合金化是将两种或两种以上金属元素粉体按照一定比例进行机械混合，在高能球磨机设备中长时间运转，把回转机械能传递给混合粉体，同时粉体在球磨介质的反复冲击下承受冲击、剪切、摩擦和压缩等多种力的作用，经过反复的挤压、冷焊和粉碎的过程。机械合金化示意图如图1所示，球磨机运动时，将一定容积的粉末夹挤在两冲撞球之间。随后粉末在磨球的作用下发生一系列的变化；当球体相互接近时，粉末颗粒被挤压到磨球外面，最后只有少数粉末在球体相互撞击时置于两磨球之间；粉末受力挤压时不断发生塑性变形。
图1机械合金化示意图
具体磨球与粉末碰撞和摩擦示意图如图2（a）~（b）；若冲击力足够大，则粉末的受挤压粉末将受到压缩，最终形成团聚颗粒或铁球状如图2（d）；当磨球相互碰撞反弹离开时，则球体内部团聚粉末或丸粒开始释放图2（e）。如果接触粉末的表面间因焊接力结合或机械咬合在一起，并且之间相互作用力足够大时，则聚集的粉末粒不会被分开。
图2球磨过程中筒内球粉撞击示意图
高能球磨与传统球磨的本质区别在于，高能球磨过程中进行合金化高能球磨转速远大于传统球磨，可以使混合粉体颗粒产生塑性形变以及固相相变35360。粉体之间存在着冷焊及粉碎过程，颗粒的破碎和团聚贯穿于整个过程，而传统球磨过程中，球磨只起到不同元素粉体充分混合的作用。机械合金化加上合金粉末的热力学和动力学条件不同于传统上艺，因此我们不能用常规热力学和动力学来分析合金形成机理，由于其合金化过程的复杂性产生了极为复杂的反应机理。普遍认为有两种反应机理。
（1）以扩散为主的反应机理反应物混合粉体经过球磨介质多次碰撞从而反复发生塑性形变，颗粒出现新的表面，在全新的表面上通过扩散形成新的合金相。
（2）以爆炸为主的反应机理反应物被球磨一定时间后，在短时间内发生激烈反应释放大量能量。由于其机械合金化反应过程的复杂性，目前科研人员对于各种反应理论模型还没有形成意见一致。
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