氢致氢脆是高强钢、钛合金、铝合金、镍基合金等结构材料普遍存在的失效问题，仅几 ppm 的氢含量就会诱发裂纹萌生与快速扩展，严重缩短氢能储运装备、航空航天铝合金构件的服役寿命。目前学界公认两类核心氢脆机制，分别是氢促进界面脱粘与氢促进局部塑性变形，氢会在晶界、位错、析出相等微观缺陷处富集，大幅降低界面结合能、钝化位错运动能力，最终引发沿晶或穿晶断裂。铝合金中氢在基体晶格的溶解度最低，位错运动过程会持续携带氢原子向晶界堆积，大幅削弱晶界内聚能，诱发沿晶开裂。

现有抗氢脆调控手段多依靠引入析出相作为氢陷阱，Al₃Zr、T-Al₂Mg₃Zn₂等金属间化合物已被证实具备一定氢捕获效果，但常规析出相与氢结合能偏低，难以长久束缚氢原子。传统实验试错法需要大量熔炼、热处理与表征测试，筛选周期长、成本高昂，且大量亚稳态析出相形成窗口狭窄，难以精准调控体积分数。Al₃Sc 相本身氢捕获性能较差，少量 Cu 掺杂可显著提升其氢结合能力，但 Al-Sc-Cu 三元体系缺乏成熟原子间势，无法模拟析出相形核长大规律，也难以确定最优热处理窗口。针对上述技术难点，该研究融合第一性原理、主动学习机器学习原子势、分子动力学模拟与多尺度表征手段，定向设计 Cu 掺杂亚稳 Al₃Sc 析出相，系统阐明氢捕获原子机理并通过电化学充氢慢拉伸实验验证抗氢脆效果。

该研究依托第一性原理计算、主动学习训练 Al-Sc-Cu 三元机器学习原子势，通过分子动力学模拟确定最优固溶 - 时效热处理制度，结合透射电镜、原子探针、氢热脱附、慢拉伸氢脆实验验证 Cu 掺杂亚稳 Al₃Sc 析出相强氢捕获与抗氢脆性能，主要结论如下：

【1】纯 Al₃Sc 相氢结合能力弱，Cu 原子取代晶格 Al 原子后可大幅降低氢溶解吉布斯自由能，Cu 占比越高氢捕获效果越显著。Cu 占据四面体、八面体间隙位点时体系电荷发生重分布，氢 - 铜键键长仅 1.73 埃，成键作用最强。无 Cu 掺杂 Al₃Sc 氢扩散能垒为 0.75 电子伏，Cu 掺杂后扩散能降至 0.31 电子伏，氢更容易进入析出相内部被永久束缚。

【2】基于主动学习构建的 Al-Sc-Cu 原子势具备接近第一性原理的计算精度，可精准模拟固溶、时效全过程析出相形核演化。500 摄氏度固溶搭配 120 摄氏度低温时效为最优热处理工艺，该制度下大量亚稳 Cu 掺杂 Al₃Sc 相均匀弥散析出，合金氢脆伸长损失降至 0.15，相较常规处理样品抗氢脆性能提升百分之七十八。低温时效可避免析出相粗化，维持高密度纳米氢陷阱，大幅减少氢向晶界、裂纹尖端富集。

【3】原子探针层析与热脱附测试证实氢原子大量富集在 Sc、Cu 共析出区域，Cu 掺杂 Al₃Sc 对应的氢脱附峰位于 485 摄氏度，对应极强氢捕获位点。长期服役过程析出相内部 Cu 会少量向界面偏析，但不会完全丧失氢捕获能力。该计算驱动组织调控策略可推广至钢、钛等各类工程合金，为长效抗氢脆材料开发提供标准化设计思路。