块体纳米材料(晶粒小于100nm)具有优异的光学、热学、磁学、电学和力学性能,已成为材料领域研究的热点,在航天技术领域具有诱人的应用前景。通过深入开展空间环境下纳米材料的微观结构与性能变化规律的研究,可为促进纳米材料在航天技术领域应用提供必要依据。本文重点针对低温、热循环、真空和辐照等环境条件,通过对比分析纳米晶Ni和常规粗晶Ni的性能变化规律,揭示纳米晶Ni空间环境行为的基本特征与机理,具有重要的学术价值和实际意义。　　采用电化学沉积方法,通过提纯镀液、调节电流密度和优化添加剂含量制备了高质量的纳米晶Ni。分析表明,脉冲电沉积和直流电沉积方法制备的纳米晶Ni平均晶粒尺寸分别为22nm和26nm。脉冲电沉积纳米晶Ni的密度为8.8353g/cm3,直流电沉积纳米晶Ni的密度为8.8343g/cm3,常规粗晶Ni的密度为8.8272g/cm3,纳米晶Ni与常规粗晶Ni的密度基本相同。　　不同温度下宽应变速率压缩试验表明,随温度降低,纳米晶Ni的强度明显增加,而断裂变形量、应变速率敏感指数和激活体积降低。在-196℃下,纳米晶Ni的应变速率敏感指数为0.018,激活体积为3b3,最大屈服强度和抗压强度分别为3.15GPa和3.3GPa。与室温纳米晶Ni的抗压强度相比,在-196℃下纳米晶Ni的抗压强度提高约47％,这是目前文献中所报道纳米晶Ni的最高强度。在-196℃下,晶界位错主导变形是纳米晶Ni的主要塑性变形机制,呈现明显的热激活特征。　　在-120℃~120℃区间与10MPa负载条件下,对纳米晶Ni经受热循环作用后的力学性能进行了研究。结果表明,热循环会对纳米晶Ni的压缩性能产生较大影响。当热循环次数低于100次时,抗压强度有所提高,而压缩断裂变形量明显降低。热循环次数增加至200次和400次时,纳米晶Ni的压缩断裂变形量有所回复。热膨胀系数的测试结果表明,纳米晶Ni的热膨胀系数在-120℃~120℃区间变化幅度小于常规粗晶Ni,表现出较好的热变形稳定性。　　在空气和真空(10-4Pa)条件下,对比研究了纳米晶Ni和常规粗晶Ni的摩擦磨损性能,滑动速度分别选取0.2m/s和0.8m/s。试验表明,在高摩擦速率条件下,与常规粗晶Ni相比,纳米晶Ni磨损量降低6倍,表现出较为优异的耐磨性。经磨损表面的微观形貌和能谱分析表明,在空气中纳米晶Ni低速滑动呈现氧化磨损、剥落磨损和轻微粘着磨损,而高速滑动时呈现氧化磨损和轻微粘着磨损。真空条件下纳米晶Ni的磨损机制主要为粘着磨损。纳米晶Ni在摩损过程中晶粒尺寸会发生明显变化,空气中磨损时表层晶粒明显细化,而真空中磨损时表层晶粒会长大。这是由于空气与真空在摩擦磨损过程中不同的热量传导方式引起的。　　在高能粒子(质子、电子及γ光量子)辐照条件下,通过对比分析粒子在纳米晶Ni中和粗晶Ni中的能量损失行为,探讨纳米晶Ni电离辐射效应的基本特征与机理。结果表明,纳米晶Ni在相同辐照条件下沉积能量较少,表现出较低的电离效应敏感性。通过经典公式及Monte-Carlo程序(SRIM、Casino及EGS)计算与粒子能量损失实测试数据相拟合,结果表明,纳米晶Ni同粗晶Ni相比具有较高的平均电离能,与量子尺寸效应相吻合。