纳米孪晶金属具有优异的力学性能，包括高强度、良好的塑性和加工硬化能力等，引起人们的广泛关注。目前大量实验和理论研究主要集中于孪晶片层厚度对纳米孪晶金属力学性能的影响，而关于孪晶界取向和晶粒尺寸等微观结构参数以及应变速率和温度等外部变形条件如何影响纳米孪晶金属的塑性变形和断裂过程的研究仍十分有限。本工作系统研究了直流电解沉积方法制备的具有择优取向纳米孪晶的柱状晶Cu的单向拉伸行为、不同方向压缩行为及其塑性变形和断裂机理，以及脉冲电解沉积方法制备的具有随机取向孪晶的等轴晶Cu的低温轧制变形行为。主要研究结果包括:　　 1、利用直流电解沉积技术在CuSO4溶液中制备出柱状晶纳米孪晶Cu样品。样品由沿沉积方向生长的柱状晶粒构成;晶粒内含有大致平行于沉积面的纳米尺度孪晶结构。通过改变电解沉积参数，可以实现晶粒尺寸和孪晶片层厚度的可控调节。　　 2、不同晶粒尺寸和孪晶片层厚度的柱状纳米孪晶Cu室温单向拉伸实验和微观结构表征表明，具有择优取向纳米孪晶的柱状晶Cu具有特殊的强化和塑性变形机制:　　 (i)柱状纳米孪晶Cu的屈服强度随孪晶片层厚度减小而增大，即孪晶界仍然起主要强化作用。但由于孪晶界平行于拉伸方向，贯穿位错在孪晶/基体片层内滑动主导塑性变形过程，其屈服强度与片层厚度的关系符合受限层滑模型。　　 (ii)柱状纳米孪晶Cu的塑性变形存在明显的不均匀性。微观结构观察显示晶界附近区域承担更大塑性变形。晶界塑性变形导致其附近大量位错缠结以及位错亚结构或亚晶粒的形成。　　 (iii)柱状纳米孪晶Cu的不均匀变形导致其塑性和加工硬化与晶粒尺寸密切相关。仅当晶粒尺寸超过3μm时，晶内纳米孪晶加工硬化和晶界塑性变形共同作用使均匀拉伸塑性随晶粒尺寸增大而显著提高。　　 3、通过室温压缩实验研究相对于孪晶面的不同加载方向下纳米孪晶金属的强化和变形机理。研究结果表明:　　 (i)纳米孪晶Cu力学性能与加载方向密切相关。垂直和平行孪晶界压缩时，样品具有很高的屈服强度和有限的加工硬化能力;45°倾斜于孪晶界压缩时，样品在较低的强度下屈服但是屈服后表现出显著的加工硬化。　　 (ii)考虑到滑移系与孪晶界的相对关系，孪晶或基体的12组滑移系可以分为三种类型:硬模式Ⅰ，滑移面和滑移方向都倾斜于孪晶界;硬模式Ⅱ，滑移面倾斜于孪晶界但滑移方向平行于孪晶界;软模式，滑移面和滑移方向都平行于孪晶界。Schmid因子和Taylor模型计算均表明，垂直加载和平行加载时主导的可动滑移系类型分别属于硬模式I和硬模式Ⅱ，而45°加载时启动的主要滑移系属于软模式。　　 (iii)不同位错机制主导不同方向的塑性变形。垂直孪晶界变形时，位错沿倾斜于孪晶界的滑移面向孪晶界运动，并塞集或穿过孪晶界，类似于传统的Hall-Petch强化机制;平行于孪晶界变形时，位错在相邻孪晶界的限制下平行于孪晶界运动;对于45°倾斜于孪晶界的变形，位错在孪晶界上滑移并导致孪晶界迁移。　　 4、通过室温和液氮温度下不同应变速率的拉伸实验，研究了柱状纳米孪晶Cu的拉伸塑性以及断裂过程随温度与应变速率的变化。结果表明:　　 (i)在室温条件下，应变速率显著影响材料拉伸塑性。随着应变速率提高，样品的均匀延伸率略微增大，但断裂延伸率和断裂真应变明显增大。低应变速率下样品发生沿晶断裂。随变形速率提高，晶间断裂逐渐被抑制。在液氮温度条件下，样品拉伸塑性受应变速率的影响很小。　　 (ii)室温变形样品表面裂纹统计表明，低应变速率拉伸的裂纹形核率明显大于高应变速率拉伸。裂纹萌生于柱状晶界，并且在裂纹附近可以观察到晶界滑移迹象。晶界裂纹萌生可能是晶界滑移造成的不协调变形的直接结果。柱状纳米孪晶的室温晶界滑移可能与晶界位错运动有关。　　 5、通过液氮温度轧制和TEM微观结构观察研究等轴纳米孪晶Cu的低温塑性变形行为。研究结果表明，等轴纳米孪晶Cu室温轧制样品表现出明显加工硬化，而液氮温度轧制使显微硬度略微降低。TEM微观结构观察和统计显示液氮温度轧制导致部分孪晶片层变宽和孪晶界台阶形成。这是Shockley不全位错沿孪晶界运动的结果，说明纳米孪晶Cu的低温主导变形机制由室温全位错运动转变为Shockley不全位错运动。