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本文利用结合第一性原理与内聚有限元的跨尺度计算方法研究铝的钝化及沿晶开裂行为与机理。首先,利用研究了铝钝化膜的形成过程,利用第一性原理计算O2和H20分子在Al(111)表面的吸附行为,结果表明:对于无缺陷Al(111)表面,钝化膜在H2O和O2的共同作用下形成,通过O原子向内部迁移而增厚。其次,利用第一性原理计算Cl-与钝化膜的相互作用来探究原子尺度的点蚀萌生机理,点蚀的萌生更倾向于Cl-吸附导致的表面减薄,而不是反应能垒较高的Cl-渗透行为。再次,利用第一性原理研究H原子在Al(111)表面的吸附、在亚表面和内部的溶解以及从表面向内部扩散的能垒,通过对能量的分析可获得H原子的最稳定吸附、溶解位和最优扩散路径以及扩散需克服的能垒。本研究建立120个原子的晶内和晶界结构模型,利用第一性原理计算H原子在晶内和晶界的溶解、H原子在晶内和晶界的扩散以及Al原子空位对扩散行为的影响,结果表明,H原子更倾向于溶解在晶界处;H原子在晶界的扩散能力远高于晶内,晶界为H原子的快速扩散通道;Al原子空位能够促进晶内H原子进入晶界,能够促进H原子在晶内的扩散;而Al原子空位对H原子在晶界扩散能力的影响具有方向选择性,在某些方向上促进,而在某些方向上抑制。最后,利用第一性原理计算晶界结合能,随着晶界处H原子浓度的升高,晶界结合能线性下降,说明晶界强度下降;将获得的晶界结合能作为断裂能这一参数输入到内聚有限元计算之中模拟晶间裂纹的萌生和扩展,实现跨尺度计算。通过对钝化膜形成、点蚀萌生和氢致开裂机理的研究,本文建立了从原子尺度到宏观尺度的跨尺度计算与模拟框架。