由脱合金腐蚀制备的纳米多孔金属（nanoporous metal）具有开放的三维网络结构、纳米级的孔棱和孔洞、巨大的比表面积以及宏观（毫米级别以上）的材料尺寸,表现出许多优异的力学、物理和化学性质,因此纳米多孔金属的形成机理、结构特征、性能和应用等方面都已经获得研究者们的广泛关注。各种重要的实际应用都对纳米多孔金属的力学性能提出了要求,因此纳米多孔金属的力学行为一直是本领域的研究热点之一。目前研究者们已经发现,纳米多孔金属具备“越小越强”的“尺寸效应”,即强度会随着孔棱尺寸的减小而均匀增加。然而,纳米多孔金属的表观强度却远低于理论值,这是因为多孔结构内部存在部分不能完全承载载荷的“悬空孔棱”,经过有效相对密度修正之后的孔棱强度更高,甚至可以接近金属的理论剪切强度。同时,由于纳米多孔金属具有极高的比表面积,研究者们可以通过分离“表面效应”来探究其对小尺寸金属材料力学性能的影响。目前为止,有关纳米多孔金属力学性能的研究已经很广泛了,但是依旧存在一些问题待解决。针对上述问题,本论文进行了深入研究并取得以下研究结果:1、表面-晶界截交线对纳米金属强度的作用纳米多孔金属力学性能的“表面效应”集中体现在由表面控制的力学性能上,包括表面控制的强度、弹性模量和断裂韧性等。通过电化学控制孔棱的表面状态,可以将每个孔棱上微小的“表面效应”通过块体纳米多孔金的宏观强度反映出来。本论文提出通过类似的电化学修饰,将“表面-晶界截交线效应”从纳米金属中分离出来,探讨其对强度的影响。1)通过电化学脱合金制备出两种毫米尺寸无裂纹的纳米多孔金（NPG）,分别为含有大量表面、晶界和表面-晶界截交线（STJ）的纳米晶纳米多孔金（NC-NPG）以及含有大量表面、极少晶界和STJ的粗晶纳米多孔金（CG-NPG）。2)由于晶界对电化学修饰不敏感,通过电化学控制表面状态并观察其对强度的影响,即可在NC-NPG中测得“STJ效应+表面效应”,即STJ与表面对强度的共同作用;在CG-NPG中则可测得“表面效应”。在强度变化幅度随孔棱尺寸关系的比较中发现,当孔棱尺寸L＞100 nm时,NC-NPG和CG-NPG由表面氧吸附所调控的流变应力变化幅度保持一致;当孔棱尺寸L＜100nm时,随孔棱尺寸的减小,NC-NPG由表面氧吸附所调控的流变应力变化幅度持续升高,而CG-NPG则保持不变。3)结合激活体积和透射电镜的表征比较了 NC-NPG和CG-NPG的微观变形机制。结果表明在孔棱尺寸L＜100 nm时,CG-NPG的强度由表面位错形核主导,而NC-NPG的强度是由表面和STJ处的位错形核共同控制。该结果说明STJ有可能作为位错的优先形核位置,从而影响纳米晶体材料的变形行为与力学性能。2、有序纳米多孔金的制备和力学性能由脱合金制备的纳米多孔金属一般呈现经典的无序多孔结构,与有序定向的多孔结构相比,其承载效率和结构联接性都较差,导致纳米多孔金属的力学性能,包括强度和弹性模量,都要进一步降低,远低于经典理论预测。针对纳米多孔金属无序和联接性较差的结构特征,本论文提出通过构筑有序定向的纳米多孔结构,进而改善纳米多孔金属材料的力学性能。1)通过化学腐蚀Al2Au母合金,制备得到有序纳米多孔金。该纳米多孔金的结构与此前大量报道的三维无序网状结构不同,其孔洞隧道几乎与外表面垂直。2)有序纳米多孔金沿孔洞方向的压缩表现出良好的塑性,并存在应力平台。该应力平台可能与其非均匀变形方式有关。有序纳米多孔金在沿孔道方向压缩时,其塑性变形表现为局部扭折带的形成及扩展。在扭折带内部,孔壁和孔洞基本保留了原始的有序结构,只是变形区域的微结构取向发生了偏转。3)有序纳米多孔金沿孔道方向的强度为461±52MPa,高于此前报道的所有纳米多孔金的强度。有序纳米多孔金超高强度的来源除了其特殊的拓扑学结构外,还可能来源于Au孔壁固相的强度贡献,包括孔壁的尺寸效应、孔壁中的纳米孪晶以及孔壁中残余的Al元素。金属孔壁的高强度、有序的孔洞隧道和优良的导热导电性能可能使这种新型纳米多孔金属得到新的应用。但是有序纳米多孔金的强度仍低于Gibson-Ashby理论模型的预测值。这可能与有序纳米多孔金中,孔洞隧道的倾角和孔壁上的纳米孔洞等拓扑结构缺陷有关。未来可以通过减少拓扑结构缺陷,进一步增强有序纳米多孔金的力学性能。3、纳米多孔金的硬度-强度关系多孔材料的硬度性能一般取决于可压缩性,即塑性泊松比和压缩应变硬化性能。由于常规多孔材料的塑性泊松比和压缩应变硬化率往往同时增大或减小,难以明确两者与硬度性能之间的关系。但是纳米多孔金属存在反常的均匀-非均匀变形转变,即相对密度升高时,纳米多孔金属由均匀变形转变为非均匀变形,并呈现应力平台。也就是说高相对密度纳米多孔金具有高塑性泊松比,但呈现出低应变硬化率,与常规多孔材料相反。因此本论文提出针对常规多孔材料塑性泊松比、应变硬化率和硬度性能之间关系不清晰的情况,通过研究纳米多孔金属的硬度性能,阐明上述两种因素与硬度性能之间的关系和影响机制。1)通过显微维氏硬度和压缩测试,测量了多种纳米多孔金的硬度-强度比值。纳米多孔金的硬度-强度比值与相对密度之间并未表现出明显规律。结合实验数据和文献发现,纳米多孔金的塑性泊松比在0.06～0.20的范围内,与文献中低密度泡沫材料近零的数值不同,但是远低于实体材料的塑性泊松比～0.50。实验发现纳米多孔金硬度-强度比值与塑性泊松比的关系不遵循Shaw等人的经验关系,不会随着塑性泊松比的提高而单调增大。2)对于塑性泊松比小于0.20,并存在压缩应力平台的纳米多孔金,相对密度小于～0.50时,其硬度-强度比值约为～1.0。对于存在应变硬化的纳米多孔金,其硬度-强度比值与应变硬化率呈线性相关,应变硬化率越高,硬度-强度比值越大;同时结合拟合数据发现,压头下方拟合的塑性变形量为～0.27,与压头下方的实际变形量一致。