镍基单晶高温合金为典型的Ni/Ni3Al两相结构，具有良好的抗蠕变、抗断裂、抗氧化和耐腐蚀等性能，是制造航空发动机和工业燃气轮机叶片的关键材料。本文结合改进分析型嵌入原子方法(MAEAM)，利用分子动力学方法(MD)探讨Ni/Ni3Al纳米丝中合金化、界面和尺寸等对纳米丝形变机制的影响，为高温合金材料的设计及其应用提供理论指导。本文首先研究Ni、Al和V纳米丝的尺寸效应，结果表明由于自由表面的变化导致纳米丝的力学和热学性能随着纳米丝尺寸减小而线性减小。纳米丝熔化机制随着尺寸减小而发生变化，相应的临界尺寸分别为0.476nm、0.526nm和0.625nm。对于小于临界尺寸的纳米丝，其熔化主要由原子振动非谐效应所致，相反，表面预熔及其熔化在纳米丝熔化过程中占主导地位。对比分析Ni/Ni3Al(γ/γ’)纳米丝和块体材料的表观界面能，发现块体材料的表观界面能为负，而纳米丝的表观界面能为正，其数值随着界面过渡区(ITR)厚度减小而线性减小。通过研究ITR厚度对原子平均能量的影响关系，得出块体材料ITR的临界厚度约等于1.7nm。探讨了γ’-相体积分数对临界厚度界面区域表观界面能的影响，发现含有(50-70)%γ’-相体积分数的Ni/Ni3Al界面结合最好。对于Ni/Ni3Al纳米丝，通过研究尺寸对纳米丝在一定厚度界面区域能量与其平均能量极限值之差的影响，确定纳米丝的ITR临界厚度约为6.20nm。分析了Ni/Ni3Al纳米丝的延-脆性断裂转变机制，发现Ni/Ni3Al纳米丝的延-脆性断裂转变临界尺寸处于(2.3～3.5)nm之间。研究了合金化元素(Re、Ru、Co、Ta)在Ni3Al合金中的位置取代情况，结果表明Co趋向于置换其中的Ni位，其置换形成能为正，相反，Re、Ru和Ta倾向于取代Al位，且其置换形成能都负。分析了这些合金化元素及其掺杂方式对Ni3Al合金的微观结构和力学性能影响，发现当Re、Ru和Ta等元素置换第一、第三、第一和三近邻Ni原子以及第四近邻以内的所有基体原子时，合金化原子显著增强了Ni3Al合金力学性能，而当这三种元素置换第二、第四、第二和四近邻的Al原子时，对Ni3Al合金力学性能的强化效应不明显。而对于Co元素，无论用哪种置换方式，对Ni3Al合金力学性能强化效应不明显。详细分析各溶质元素对合金力学性能的强化机制，发现溶质原子的尺寸及其与基体原子间相互作用是力学性能增强的主要因素。研究了溶质(Re、Ru、Co、V和Ta)团簇对Ni/Ni3Al纳米丝的力学性能影响，发现纳米丝体模量随溶质团簇尺寸变化关系与其在块体材料中变化趋势不相同。其中，Re团簇增强纳米丝的力学性能，而且这种增强效应随着尺寸增大而变得更加明显，Ru和Co团簇对Ni/Ni3Al纳米丝的力学性能基本没有影响， V和Ta团簇的加入有降低合金纳米丝力学性能的趋势，且这种趋随着团簇尺寸增大变得更为明显。Ni/Ni3Al纳米丝在外加载荷条件下的尺寸效应研究表明，合金纳米丝的屈服强度和弹性模量随尺寸增大而变大，而合金纳米丝的屈服应变随着尺寸的增大而减小，三者随着尺寸不断变化而逐渐接近于一极限值，进一步研究发现层错滑移是纳米丝形变产生的主要原因。通过对Ni/Ni3Al纳米丝拉伸应变温度效应的研究，发现其形变主要归结于层错滑移和原子振动非谐效应，随着温度升高，纳米丝形变主要因素由以层错滑移为主逐步转向原子振动的非谐效应为主。研究合金化(Re、Ru、Co、Ta和V)团簇对Ni/Ni3Al纳米丝的力学性能及其机制的影响。除Co团簇外，其他合金化团簇的加入明显改变了纳米丝的力学性质。讨论合金化(Re、Ru和Ta)团簇对50%γ’-相Ni/Ni3Al纳米丝的形变行为及其微观机制的影响，研究表明，低温下，含Re和Ru团簇纳米丝的形变主要由位错滑移所致，且合金化团簇强烈地阻碍位错运动，使滑移现象局限在其周围，并在此出现颈缩现象。而在高温条件下，由于原子振动非谐效应，Re团簇无法有效地阻止位错滑移，而Ru团簇仍然保持完好结构，有效地阻止体内位错滑移，与其在低温形变机制类似。而含Ta团簇的纳米丝形变却不同，形变范围仅限于Ta团簇周围，其形变机制主要是由Ta原子尺寸及其非谐效应所致。