本研究目的是为了深入理解随晶粒尺寸的减小，材料的微结构所发生的变化以及由此带来的变形与破坏机制的改变。通过不同加载条件下的实验，本文对纳米晶镍与粗晶镍的结构、稳定性、变形行为与疲劳行为的差异进行了系统的研究。　　 本文采用了平均晶粒尺寸约30nm和42μm的两种电解沉积镍为实验材料，进行了热稳定分析、单调拉伸、纳米压痕和疲劳实验。对变形后的组织结构和表面形貌的变化进行了原子力显微镜(AFM)的观察并利用扫描电镜(SEM)分析了断口。热稳定分析表明电解沉积纳米晶镍在200℃以下结构保持稳定。在320℃和620℃会发生晶粒的突然长大，伴随着压痕硬度的大幅下降，材料拉伸强度和延性也随之降低。高于300℃退火的样品拉伸断口均为沿晶断口。能谱(EDX)与电子背散射衍射(EBSD)分析表明这种延性下降与S元素在晶界偏聚相关。AFM观察和压痕蠕变实验表明，显微压痕过程和高周疲劳加载条件下，电解沉积纳米晶镍的平均晶粒尺寸保持不变，力学性能没有明显变化。显微压痕和三点弯曲疲劳样品表面观察到108-145nm左右的变形起伏，拉伸与疲劳样品的断口分析发现断口为平均尺寸120nm的颗粒状断口。意味着纳米晶镍的变形是一种基于晶粒集团运动的形式进行。纳米晶镍较粗晶镍具有更高的疲劳极限。对预抛光纳米晶镍样品表面在疲劳加载后进行AFM扫描，结果表明随疲劳周次的增加，晶粒集团运动导致样品表面粗糙化而最终导致裂纹形核。论文针对纳米晶镍疲劳裂纹起源提出了一个基于晶界滑动机制的模型，并利用该模型讨论了加载频率、平均应力水平、环境温度等参数对裂纹形核寿命的影响。疲劳裂纹扩展速率实验表明纳米晶镍较粗晶镍具有较小的裂纹扩展阻力。SEM和AFM的观察表明纳米晶镍疲劳裂纹扩展以ε剪切带的形式进行。剪切带的长度基本与估算的裂尖塑性区尺寸相当，剪切带宽度与带内剪切应变随裂纹长度增加而增大。