纳米晶合金因其纳米尺度的微观结构,在光、电、磁和力学性能方面往往优于传统材料。然而由于晶界含量的显著增加导致纳米晶粒并不稳定,甚至室温下都会自然生长,因此纳米晶的高温热稳定性对其优异性能的保持具有重要意义。本文以典型Fe基、Ni基和Mg基简单合金系为研究对象,从理论和实践出发探讨纳米晶生长过程的热-动力学和稳定性演化机制。通过高能球磨制备纳米合金粉末,并结合高压烧结、热处理工艺和TEM、SEM、XRD等方法研究了纳米晶的稳定化状态。通过晶界能模型和界面迁移动力学模型的耦合,构建新型纳米晶晶粒生长热-动力模型,精确计算了其晶粒演化过程。得到如下主要结论:（1）以Weissmulle、Kirchheim和刘峰等人的晶界能模型为基础,引入经弹性焓和化学焓耦合相修正的偏析焓,给出综合考虑晶格畸变和晶界偏析的晶界能模型。从Borisov经验方程出发,立足于扩散过程,建立了修正的激活能模型。将晶界能模型和激活能模型引入动力学抛物线方程,最终推导得到了精确适用于纳米晶生长与尺寸演化的热-动力学模型。模型的计算与纳米晶Fe-Zr合金晶粒长大实验结果定量吻合。随晶纳米粒长大进行,溶质向晶界偏析,偏析焓逐渐增加,溶质过剩量逐渐增大,当它趋近于饱和时,晶界能趋于“0”,达到稳定。（2）通过高能球磨法制备了Ni-Zr、Ni-B纳米合金粉末,通过随后的退火实验表征了它们的热稳定性,研究发现合金在中温（T＜0.6Tm）条件下长时间保温后仍然维持纳米尺度。应用新构建的引入偏析焓的热-动力学解析模型描述了Ni-Zr、Ni-B纳米晶粒生长现象,结果表明,Ni-Zr、Ni-B纳米合金中晶粒长大停止的物理根源是Ni和Zr、Ni和B之间存在较大偏析焓,且Zr、B原子伴随晶粒长大向晶界偏析导致偏析焓持续增加,晶界能的持续减小。（3）通过高能球磨+热压烧结+热处理的方法制备了具有高温稳定性和优异力学性能的纳米Mg-Y-Zn合金。实验发现Mg-Y-Zn纳米合金具有长周期堆垛有序结构,且随着烧结过程和热处理过程（在450℃下保温100小时）推进,晶粒尺寸从194nm仅增加到202 nm。通过HAADF-STEM检测发现,Mg晶界存在Zn的成分偏析和大量Mg Zn O沉淀相。晶粒的高热稳定性是由Zn的晶界偏析导致的晶界能减小和Mg Zn O沉淀相钉扎的耦合作用决定的。同时,由于Mg Zn O沉淀相强化作用,该烧结样具备优异的力学性能,其在450℃下的显微硬度维持在175HV左右。