本文利用直流磁控溅射方法制备了Fe/Cu、Ni/Cu和Cu/Mo三种不同的金属纳米多层薄膜,使用扫描电子显微镜(SEM)、薄膜应力分布测试仪和纳米压痕技术研究了不同调制结构金属纳米多层薄膜的内应力及其力学性能。在Fe/Cu纳米多层薄膜中,由于铁和铜的结构和本征性能的差异,形成多层膜结构后存在张应力,其张应力在周期T=10时达到910.08MPa,对应的纳米硬度为12.3GPa。随着多层薄膜调制波长数T的增加而内应力逐渐降低,纳米硬度和弹性模量随着张应力缓释也出现下降。利用纳米薄膜内应力对其力学性能的影响,探讨了内应力与薄膜纳米力学性能的相关性。在Ni/Cu纳米多层薄膜中,内应力随着调制波长λ的增大而增大,λ为40nm时内应力达到最大值658.2MPa。与纯Cu膜的硬度相比较,Ni/Cu多层薄膜的硬度在λ为8nm时有最大值6.57GPa；随着调制波长λ的增大硬度逐渐下降；同时,多层薄膜的弹性模量随着调制波长的增大而逐渐降低,最后趋于一个大于纯Cu薄膜的弹性模量的值。利用单个位错的运动行为解释了薄膜厚度非常小时多层膜的变形和强化机制。最后,研究了Ni/Cu纳米多层膜内应力对其力学性能的影响。在Cu/Mo纳米多层薄膜中,内应力随着调制波长λ的增多而增大,增大的速率越来越小,逐渐趋于一个稳定的内应力值；Cu/Mo纳米多层薄膜的纳米硬度和弹性模量都随着λ的增多而缓慢上升。在λ为35nm时,Cu/Mo纳米多层薄膜的单层厚度较大,其内应力、硬度和弹性模量都出现最大值。Cu/Mo多层膜的内应力与其纳米硬度的相关性表明,Cu/Mo纳米多层膜的硬度随着其内应力的增大而增大,这种现象与Ni/Cu纳米多层薄膜中得到的结果相反,需要进行进一步的分析和探讨。