金属钛(Ti)是重要的结构金属。室温下钛呈α相,即密排六方(hcp)结构。钛材在应用中常会受到应力作用,而孪生是密排六方晶体的主要塑性变形方式,所以对钛的孪生机制和孪晶界中缺陷等研究十分重要。{11(?)1}<1126>孪生系统是密排六方钛中最常见的孪生系统之一,而且{11(?)1}孪晶界是仅由每c晶格的基面位错滑动形核而成的,据文献报道它具有非常小的晶界迁移能垒。另外,钛对氢(H)有良好的亲和力,随着氢浓度增加,会引起结构从密排六方到立方或四方结构的相变,并且钛氢化合物的形核,可能引起氢脆。目前钛-氢体系的理论研究多基于体相,而对氢和孪晶界相互作用的研究较少,并且缺少关于较高浓度氢存在于孪晶界附近的研究。本文的研究内容是使用第一性原理计算和从头分子动力学模拟的方法研究氢与(11(?)1)孪晶界的相互作用:研究不同数量H原子固溶的间隙位,以及(11(?)1)孪晶界结构中的氢扩散,孪晶界移动的动力学,研究晶界在有氢存在下的拉伸性能。主要研究结果如下:(1)氢通过间隙固溶的方式进入密排六方钛基体。体相钛中,一个H原子优先占据八面体间隙。在(11(?)1)孪晶结构中,少量氢倾向占据八面体间隙;而较多的氢倾向占据四面体间隙位,且溶解能均低于体相中氢溶解能。这说明,氢容易分布在孪晶界区域。(2)氢从孪晶界附近最低能量构型中的位置出发跳跃到相邻间隙位,在多数情况下,向晶界远处扩散的能垒高于逆过程,这说明氢更容易靠近孪晶界,而不是远离孪晶界。大多数情况下,氢在孪晶界近处的扩散能垒低于孪晶界远处的扩散能垒。(3)原始(11(?)1)孪晶界移动能垒非常小,仅为2.25 mJ/m2。在含有氢的孪晶结构中,氢会阻碍孪晶界的运动。随着氢浓度增加,孪晶界移动过程中决速步的能垒越高,晶界越难移动。(4)对(11(?)1)孪晶沿垂直于孪晶界的方向进行拉伸模拟,在考虑泊松效应的模式下,体相和孪晶结构在拉应变下均呈现复杂的结构变化过程。拉伸测试中出现了 hcp→fcc相变,在较高氢浓度的情况下还出现了ω相,并提高了整个过程出现的最大拉伸应力。