根据Hall-Petch关系,当晶粒尺寸减小时,材料强度越高,因此细化晶粒尺寸是改进金属材料力学性能最为直接有效的方法。然而,普通的块状纳米晶材料虽然具有极高的强度,但可塑性非常低,会较快的发生颈缩失稳现象。近几年有学者制备出纳米梯度结构材料,获得了较为优异的力学性能,但是缺乏细致的变形物理及微结构研究,工业化生产较为困难。之后有学者制备出纳米片层结构材料,兼具高强度与较好的塑性,引起材料学者的高度关注。本文以面心立方金属镍为例,在通过剧烈塑性变形过程的基础上,进一步采用几何细化的方法制备出块体纳米片层镍,并研究其组织,力学性能以及其各向异性行为,并取得以下进展:(1)由于纳米片层镍本身尺寸的限制,自主研发了微米尺度的单向拉伸实验平台,并使用该仪器实现微米级样品力学性能的精确测量。(2)通过宏观样品与微观样品力学性能的对比以及断裂行为分析,探究纳米片层镍在强度与塑性上的尺寸效应,发现微观样品在变形过程中的受力状态与微观结构变化,是导致尺寸效应的重要因素。(3)通过对不同取向样品力学性能的对比,探究纳米片层镍的拉伸取向效应,发现平行片层取向有最高的强度,45°取向样品强度最低,但是塑性最好。(4)通过对不同取向样品的断裂行为分析,探究拉伸方向对纳米片层镍断裂行为的影响,发现平行片层取向样品是微孔聚集断裂机制,TD 45取向样品界面的位错堆积是其塑性不好的主要原因。(5)通过对ND取向样品的力学性能及断裂行为进行分析,发现垂直片层方向样品的断裂行为由界面缺陷所控制。