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纳米晶合金材料具备一系列传统粗晶合金无法比拟的优异性能。然而，纳米晶粒的粗化可显著削弱甚至导致纳米晶合金优异性能的消失。因此，研究纳米尺度下合金的热稳定性特征对保持纳米尺度显微结构及其优异性能具有十分重要的科学意义和实用价值。本文采用热力学计算和计算机仿真两种手段系统研究了纳米晶合金的热稳定性及其演变特征。首先，推导了纳米晶合金晶界过剩体积与晶粒尺寸之间的精确定量关系。在此基础上，建立了纳米晶合金热力学分析模型，可以定量描述各种热力学特性参量及基本热力学函数随晶粒尺寸和温度变化的三维关系。进一步将发展的纳米晶合金热力学函数引入到元胞自动机算法，建立了纳米晶合金热力学函数/CA算法相耦合的晶粒组织演变定量化、可视化仿真模型。利用推导的纳米晶合金热力学函数对单相SmCo7纳米晶合金和SmCo9.8纳米晶合金的晶界热力学物理参量与温度和晶粒尺寸的三维函数关系进行了表征。分别采用发展的纳米晶合金热力学分析模型和纳米晶合金热力学函数/CA算法耦合模型对单相SmCo7纳米晶合金和SmCo9.8纳米晶合金的热稳定性进行了定量分析预测。两种模拟结果均表明，当纳米晶合金的晶粒尺寸小于某一临界晶粒尺寸时，额外能量驱动力可能引起纳米晶合金结构发生不连续快速晶粒长大而失稳。发展了纳米晶/非晶两相共存组织模型。以纳米晶/非晶两相共存的SmCo7纳米晶合金和SmCo9.8纳米晶合金为例，分别采用热力学计算和纳米晶合金热力学/CA算法耦合模型两种手段研究了非晶相对纳米晶合金热稳定性的影响。两种方法的研究结果均表明，非晶相对纳米晶合金热稳定性的影响具有尺寸效应。在某一特定温度下，当纳米晶合金晶粒尺寸小于临界晶粒尺寸时，非晶相会抑制纳米晶粒的长大；当纳米晶合金晶粒尺寸大于临界晶粒尺寸时，非晶相则会促进纳米晶粒的快速长大。本文所建立的纳米晶合金热力学分析模型，可以定量表征纳米晶合金材料的基本热力学特性，并对纳米晶合金的热稳定性提供定量预测。此外，本文建立的纳米晶合金热力学函数/CA算法耦合模型，可以同时实现纳米晶组织演变的可视化及纳米晶合金热稳定性的定量化预测。通过热力学模型计算并结合计算机仿真研究纳米晶合金的热稳定性特征，对于预测和改善纳米材料性能、设计和开发新型纳米晶合金材料具有重要的科学意义和实用价值。