相对于传统的粗晶材料,纳米晶材料具有特异的力学行为,相对于纯金属,纳米晶固溶体材料因结构更为稳定而更具应用潜力和研究价值。随晶粒尺寸减小到数十纳米后,纳米晶材料的晶界数量显著增加,原有基于粗晶材料的位错强化机制理论已难以解释这类材料特殊的力学行为,其强化机制成为近年来的重要研究内容之一。近年来的研究发现,将纳米晶固溶体的各强化因子分别研究并区分其作用和权重,是揭示纳米晶固溶体强化机制的有效途径。然而从实验上将各微结构因素区分却是极为困难的,这已经成为迟滞纳米晶固溶体强化机制研究的重要原因之一。本论文采用磁控共溅射的技术制备了一系列不同Zr含量的V-Zr合金薄膜,并对其微结构和力学性能进行了研究。与此同时,本文采用二维结构纳米多层膜的实验模拟方法,“孤立”出纳米晶固溶体的晶粒尺寸和晶内溶质含量微结构因素,通过这些微结构因素各自的独立改变,揭示它们在薄膜强化中的作用。论文的主要研究成果如下:1.对V-Zr合金薄膜的研究表明,由于溅射薄膜生长的高非平衡性,Zr原子可以过饱和地固溶于V的晶格中,并造成晶格的畸变,使薄膜的晶粒在低的Zr含量下就成为纳米晶,随着Zr含量的增加,薄膜形成由V和V₂Zr组成的非晶结构,并且逐步转变为主要由V₂Zr化合物组成的非晶。与微结构的变化相对应,薄膜的硬度在低Zr含量时因过饱和固溶和晶粒的纳米化迅速提高,而形成非晶结构后V₂Zr的含量仍随Zr含量的增加而增加,正是V₂Zr含量的逐步增加使薄膜的硬度在形成非晶结构后维持在高数值。2.对V-Zr纳米多层膜的研究表明,通过低溶质含量晶体层和高溶质含量非晶层组成的二维结构的V-Zr合金纳米多层膜,实现了对晶粒的“孤立”和尺寸的改变。证实了在纳米晶合金中存在力学性能随晶粒尺寸减小而降低的反Hall-Petch现象,并获得了其硬度反Hall-Petch关系的临界晶粒尺寸（为30nm）,这一临界尺寸与多数BCC纯金属纳米晶的报道相当。而当晶粒尺寸不断减小到纳米尺度时,固溶强化效果依然存在,并且其在粗晶和数十纳米时均不随晶粒尺寸的减小而产生明显变化。