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极小晶粒尺寸(＜10nm)下的变形机制一直存在很多争论，限制具有极小晶粒尺寸的纳米晶体变形机制实验研究的关键因素之一是样品的制备问题。本文利用合金化稳定纳米结构的思想，选择Ni-Mo体系作为研究对象，通过引入具有一定晶界偏析倾向的溶质元素Mo提高纳米晶体的结构稳定性，制备具有极小晶粒尺寸的纳米金属样品，研究影响结构稳定性，硬度-晶粒尺寸关系以及相应微观变形机制的因素以及作用规律。 首先利用直流电解沉积方法，结合X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)以及透射电子显微术(Transmission electron microscopy，TEM)等手段进行微观结构表征，研究镀液中有机添加剂以及钼酸钠含量等因素对纳米晶Ni-Mo合金的的结构尺寸的影响，找到影响及控制晶粒尺寸的主要因素，制备出晶粒尺寸3.4 nm-30 nm连续可调的系列纳米晶Ni-Mo合金样品;其次通过研究退火过程中纳米晶合金样品的晶粒尺寸变化研究其热稳定性，并利用示差扫描量热仪(Differential scanning calorimeter, DSC)定量分析沉积态和退火态纳米晶Ni-Mo合金的晶界能，结合三维原子探针(Three-dimensional atom probe，3DAP)的成分分析研究退火过程中溶质原子分布的变化对晶界能产生的影响;最后利用显微硬度测试建立硬度-晶粒尺寸关系，结合TEM及HRTEM表征压头下截面样品微观结构的变化，研究影响极小晶粒尺寸纳米晶Ni-Mo合金的硬度-晶粒尺寸关系的主要因素以及相应的微观变形机制。主要研究结果如下: 1.在柠檬酸盐-氨水溶液中有机添加剂糖精和1，4-丁炔二醇的同时加入可以显著改善合金表面质量以及致密度。糖精及1，4-丁炔二醇的加入同时抑制了Ni及Mo离子的还原，对得到的Ni-Mo合金成分影响不大。但通过提高Ni-Mo沉积过电位添加剂的加入可以明显细化晶粒，尤其是在镀液中钼酸钠浓度较低时。除添加剂外，晶粒尺寸还受控于镀液中的钼酸钠浓度，钼酸钠浓度越高，Ni-Mo合金中Mo的含量越高，相应的晶粒尺寸越小。通过添加糖精以及1，4-丁炔二醇，调节钼酸钠的浓度，制备得到了晶粒尺寸由3.4～30纳米（对应Mo含量21.5～0 at.％Mo）的系列单相面心立方结构的Ni-Mo合金系列样品。 2.纳米晶Ni-Mo系列合金样品在等时退火过程中随退火温度的变化均呈现晶粒无明显长大到快速长大的规律，晶粒开始快速长大对应的温度随晶粒尺寸减小或Mo含量的增加逐渐升高，表明纳米晶Ni-Mo合金的热稳定性随着Mo含量的提高而增加，相应的DSC曲线上出现一个缓慢的放热过程以及一个快速放热过程，快速放热峰对应晶粒的快速长大释放的晶界能，而缓慢的放热过程则对应退火过程中的晶界弛豫以及溶质原子的晶界偏析。3DAP和定量XRD结果均表明退火过程中纳米晶Ni-Mo合金中的溶质原子Mo在晶界处偏析。通过DSC曲线的放热焓以及升温过程中的晶粒尺寸变化计算得到晶界能，表明退火过程中由于晶界弛豫以及溶质原子的晶界偏析有效地降低了纳米晶Ni-Mo合金的晶界能，且Mo含量越高或初始晶粒尺寸越小，降低的越显著。 3.研究了不同尺寸纳米晶Ni-Mo合金的硬度和晶粒尺寸关系。发现沉积态样品从正常Hall-Petch到反常Hall-Petch关系的转变，出现了随晶粒尺寸的减小的软化现象，临界（特征）晶粒尺寸为10纳米。微观结构上表现为晶粒的聚集和粗化。而在对这些纳米晶Ni-Mo合金样品的热稳定性的研究中发现了明显的退火硬化现象，随样品初始晶粒尺寸的减小能获得的最高（峰值）退火硬度不断增加，出现了硬化现象。初始晶粒尺寸为3.4纳米的样品退火后可达到的最高硬度为11.35 GPa，比相应沉积态样品的硬度提高120％。成分及微观结构的表征结果显示退火过程中由于晶界弛豫及溶质原子(Mo)的晶界偏析，提高了晶界的稳定性，使得晶界运动受到抑制，塑性变形是由不全位错在晶界上的形核与运动来实现的。极小晶粒尺寸下，硬度随晶粒尺寸的减小可以分别表现出软化和硬化两种行为，而控制极小晶粒尺寸金属软化和硬化行为的是晶界的稳定性，后者与晶界的结构和成分相关。