纳米孪晶结构能够提高材料的硬度、强度、塑性、断裂韧性等力学性能,其制造方法与工艺已经成为先进制造学、物理学、材料学、力学等多学科关注的焦点。然而,目前纳米孪晶的实验与理论研究工作尚处于起步阶段,而且主要集中于Cu等金属单质,以及一些非金属材料,而对于工程合金材料纳米孪晶表面的制备研究却很少。因此,对纳米孪晶进行理论研究,并将其制造方法与工艺应用于工程合金表面,是一项非常有意义的研究课题。本文在探究碲锌镉(CZT)纳米孪晶形成机理的基础上,将其理论与实验研究拓展到低层错能工程合金镍基合金C-2000。采用分子动力学(MD)纳米压痕仿真的方法实现了CZT单晶形成纳米孪晶结构的演变过程,计算出CZT纳米孪晶化的临界应力为1.38 GPa。除了一个沿着[111]方向支撑压痕的孪晶界外,其余所有的孪晶界都沿着[111]方向,解释了实验中孪晶结构单向连续的特性。卸载后,3个孪晶片的厚度分别为3.2nm、3.5 nm、16 nm,与实验中个厚度大于12.7 nm孪晶片伴随着一个或者几个厚度小于12.7nm孪晶片的重复交替结构相吻合。另外,分析了在实验中纳米孪晶CZT的硬度相比于单晶提高,并保持良好塑性的原因。通过MD纳米压痕模拟,研究了镍基合金C-2000中纳米孪晶的形成及强化机理。在单晶基础上实现了纳米孪晶的演变过程,并深入分析了纳米孪晶的形核和扩展机制,计算得到镍基合金C-2000纳米孪晶化的临界应力为4.48 GPa,孪晶的产生、解孪、恢复、再生等过程,都与材料受到的剪切应力密切相关。通过对单晶和孪晶模型的纳米压痕模拟对比,发现纳米孪晶的硬度、应变强化等力学性能要强于单晶,并解释了纳米孪晶的强化是由于不全位错受到了孪晶界(TB)的阻碍,在TB处产生了塞积。另外,通过对比孪晶片厚度为18 nm、12 nm、1.2 nm的孪晶模型的纳米压痕模拟结果,发现孪晶界的密度对纳米孪晶材料的性能有着重要的影响。根据纳米孪晶形成机理,进行了镍基合金C-2000的纳米压痕实验。在最大载荷为15 mN、100 mN、1.0 N和5.0 N的条件下,对经过化学机械抛光(CMP)的样本进行了纳米压痕实验。通过压痕边缘的选区电子衍射(SAED)图像以及透射电镜(TEM)图像,可以证明镍基合金表面在纳米压痕过程中产生了纳米孪晶结构,从而验证了模拟结果。这种特殊的结构使得合金表面的硬度、抵抗变形能力等力学性能得到了提高。