金属纳米多层膜材料以其独特的结构和优异的力学、电学等性能，已经成为航空、航天、国防等领域发展的支撑基础之一。特别是在力学性能方面，研究者在金属纳米多层膜体系中观察到了超强现象和超模量效应，在世界范围内掀起了纳米金属膜的研究热潮。目前，针对面心立方(FCC)和体心立方(BCC)金属纳米多层膜在静态和准静态下的力学性能已有很多研究成果，其变形机理和强化机制也已明确，而关于密排六方(HCP)金属纳米多层膜的研究鲜有报道。相较于FCC金属，HCP金属晶体中可用的滑移系统较少，但是孪晶活动比较丰富，其力学性能和变形机制与FCC和BCC金属纳米多层膜有何异同？尺寸效应和温度效应对其变形机制有何影响？这些都不明确。因此开展HCP多层膜结构的力学性能的研究，其研究结果对揭示HCP纳米多层膜材料力学性能对于晶格结构、尺寸和温度的依赖性，探索其变形机理和强化机制有重要的意义。　　本文以HCP金属钛为研究对象，采用磁控溅射的方法制备了纳米多层膜，研究尺寸对其宏观力学性能的影响规律。利用分子动力学模拟方法，从微观结构出发，深入探究了Ti/Al多层复合材料在不同载荷状态、温度、调制周期、界面结构等情况下的力学特性。同时，使用可视化软件观测分析了Ti/Al多层复合结构的微观结构演化，揭示了不同情况下多层复合结构的微观变形机制。论文的主要研究内容和结论如下：　　（1）通过对纳米金属钛的力学性能研究发现，单晶钛表现出各向异性特性和拉伸压缩不对称性。在垂直于基面的拉伸载荷下，纳米晶钛的变形机制主要是准“孪晶”的出现和基面/柱面界面的形成，压缩载荷下则是位错的不断成核和在临近面上的滑移导致的堆垛层错带主导了塑性变形机制；在垂直于柱面的拉伸载荷下，局部应力集中引发的β-Ti的形成和由于位错滑移产生的FCC-Ti相，及其内部堆垛层错的运动等共同主导其塑性变形；在压缩载荷下，变形机制主要是应力集中引发的相变以及堆垛层错在不同相中的运动。　　（2）通过对带有层错界面的纳米晶α-Ti力学性能的研究，揭示了带有堆垛层错的纳米晶Ti表现出拉伸压缩不对称性的原因。在拉伸载荷下，层厚度对于屈服强度和流动应力的影响是很小的。基体旋转了90°转变为“孪晶”，导致了基面/柱面接触面的形成，同时堆垛层错在“孪晶”中的运动，二者共同作用主导了拉伸载荷下材料的变形机制；相反，在压缩载荷下，观测到了从HCP-Ti向FCC-Ti相变，它实际上是位错的不断成核和沿着临近平面的滑移形成的堆垛层错带。初始内嵌的堆垛层错对于FCC-Ti相是一种阻碍作用，最终增强了压缩载荷下的屈服强度和流动应力。　　（3）在研究Ti(0001)/Al(111)多层复合结构在垂直于界面的拉伸载荷下力学性能时发现，Ti(0001)/Al(111)多层纳米线其界面是带有畸变的共格界面，变形机制受到层厚度和温度的影响。当层厚度较小时，在温度为0.01K和300K时，均表现为界面旋转是主导的变形机制。当层厚度较大时，在温度为0.01K时，出现了二次应力强化现象。在界面重定位扩展时，形成了基面/柱面接触面。在新形成的柱面平面内发生了由HCP-Ti向FCC-Ti相的转变，这是由于局部应力集中形成的。Al层中位错的运动被限制在层内，同时在Al中出现了颈缩现象，共同导致了在温度为300K时样品的变形。　　（4）Ti(0001)/Al(001)多层复合结构在垂直于界面的拉伸载荷下的力学性能结果表明，Ti(0001)/Al(001)结构的多层纳米线变形机制受到到层厚度和温度的影响。在温度为0.01K和300K时，变形机制都表现出了对层厚度的依赖性。在温度为0.01K时，变形机制与晶体重定位、HCP-Ti向FCC-Ti相的转变以及颈缩有关；在温度为300K时变形机制与Al中晶向转变、界面旋转以及Al层中的颈缩有关。　　（5）在研究界面结构对Ti/Al多层膜变形机制的影响时发现，共格界面和非共格界面的Ti/Al多层膜都表现出对温度效应和尺寸效应。变形机制主要与α-Ti向FCC-Ti相的转变以及Al层中位错滑移机制相关。　　（6）采用磁控溅射方法，制备了不同层厚度的Ti/Al多层膜，进行了微观结构表征和宏观力学性能的测试。研究结果表明，Ti、Al单层膜均呈周期性交替排列；不同层厚度的Ti/Al多层膜的层状分布明显。多层膜的压入硬度和压入模量随厚度变化服从Hall-Petch公式。