氢脆问题一直以来是制约高强钢使用的关键性问题。实际服役材料中存在大量的显微缺陷,如晶界、位错、固溶原子等,进入材料中的氢倾向于在这些缺陷附近聚集,与其发生相互作用,最终导致材料失效。理解氢与材料中本征显微缺陷的相互作用机理对于预防氢脆发生、设计抗氢脆材料具有重要的意义。尽管已经有大量工作对钢铁材料的氢脆进行了研究,但由于研究钢铁材料种类及外界环境的复杂性,研究过程中往往涉及多种缺陷、外加应力以及不同材料类型之间的干扰。同时,鉴于氢的尺寸效应,对实验的微观尺度上的精度提出了更高的要求。本文采取体心立方纯铁为模型材料,采用同步辐射X射线纳米衍射技术,结合原子尺度的计算模拟方法,对氢与材料中本征缺陷的相互作用机理进行了系统深入的研究,得到如下结果:（1）通过同步辐射X射线劳厄纳米衍射技术,研究了无外加应力完全退火的纯铁中氢与位错的相互作用。结果表明,氢能够促进位错增殖,充氢后样品中位错密度升高约一个数量级左右。氢会引起材料中弹性应变及切应力的增加,增加程度与材料中初始位错的应力场分布密切相关,初始高位错密度区域受氢影响更大,并随着充氢和时间延长,位错密度呈现更大的分散性,即氢能够促进样品中位错的局域化。（2）通过同步辐射X射线劳厄纳米衍射技术,对不同应力状态的纯铁样品进行充氢前后的原位观察。实验结果表明,氢能够使样品晶界附近萌生新的小角度晶界,增大亚晶粒之间取向差;氢增大取向差的效应随着样品中应力增大而增大,证明氢能够促进随机分布的位错重新有序排列,促进位错结构的演化。在加载过程中,氢能够引起亚晶界上孪晶取向微区的形成。（3）通过同步辐射X射线劳厄纳米衍射技术结合分子动力学模拟,研究了纯铁中晶界类型对氢鼓泡萌生的影响。结果表明,氢会在晶界聚集,并优先在晶界处形核长大。且相比重位点阵晶界,随机晶界更容易产生氢鼓泡。氢能够在随机晶界处引起更大的应力/应变程度,与随机晶界附近的类空位缺陷结合,吸引更多氢原子,最终导致氢鼓泡在随机晶界优先形核。（4）通过氢渗透实验、电化学阻抗谱实验结合第一性原理计算,研究了纯铁表面添加碳合金元素对氢在表面吸附、脱附以及扩散的影响。结果表明,表面碳合金元素会改变表面结构,使氢在表面的吸附更不稳定,降低覆盖率。而同时,表面添加碳合金元素会降低氢与金属表面双电层之间初始反应距离,降低氢向次表面和次次表面扩散的能垒,促进氢向材料基体中扩散。