钛因具有比强度高、耐腐蚀等优良的性能广泛应用于化工、船舶和航空航天领域,但钛容易吸收环境中的氢而发生氢脆现象,严重影响其应用和发展。一般认为钛的氢脆主要是由于氢在钛基体中通过扩散后形成的氢化物所致,这也可归因于氢与钛中内部缺陷的相互作用。因此,研究氢在钛中的存在形态及其与缺陷的相互作用,对于理解氢对结构材料性能影响的基本方面,预测和解决氢脆相关的应用问题具有重要意义。本文以工业纯钛为研究对象,通过电化学充氢法、低能离子注入法和等离子注入法对纯钛进行置氢处理,采用正电子湮没谱学、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、热脱附谱和X射线衍射仪等表征方法,开展纯钛中微观缺陷与氢相互作用的机理以及力学性能相关实验研究,其主要研究内容和结论如下:纯钛经不同条件的电化学充氢后,样品内部形成大量的空位型缺陷,同时在样品中观察到三种类型的氢化物,即ε-Ti H2、δ-Ti Hx（1.5≤X<2）和γ-Ti H;随着充氢参数的增加,氢化物含量上升。过量的氢原子与空位结合形成氢空位复合体（HmVn）,降低了空位团簇中的有效开体积。利用符合多普勒展宽光谱（CDB）对充氢样品中的氢化钛和氢空位复合体进行表征,并分析了正电子在氢化物和氢空位复合体中的不同湮没机制,通过建立正电子在Ti中的湮没示意图说明了氢原子通过改变钛原子和缺陷周围的电子结构来影响正电子湮没环境。工业纯钛经不同条件的离子辐照后,样品内部形成大量的单空位、空位团簇和氢空位复合体,在辐照样品中通过透射电子显微镜观察到大量的氢泡。常温辐照下,高剂量辐照样品中HmVn（m>n）的形成抑制了S参数的增加。随着辐照温度的升高空位开始回复,部分氢原子从级联区向径迹区扩散,在径迹区形成大量的氢空位络合物,辐照缺陷的有效开体积减小。辐射剂量和温度的增加有助于氢空位复合物的形成,正电子在高动量区发生湮没时容易获得与氢相关的信息。随着氢离子注入能量增加,辐照样品的损伤范围扩大,氢空位复合体形成率增加,辐照硬化现象较为明显。对辐照样品进行等离子注氘实验,对注氘前后的辐照样品与未辐照样品进行正电子湮没谱学测量分析,研究辐照缺陷与气体原子的相互作用过程。研究发现:氘原子主要占据在间隙中而容易被正电子探测,未辐照样品中氘离子的损伤率较小。而辐照样品中的缺陷容易与氘原子结合形成DmVn复合体,减少了辐照样品中空位团簇内部的有效体积。入射的正电子在这些含有DmVn复合体型缺陷中的湮没率降低,从而减缓了氢离子辐照损伤。