面向航天领域极端复杂工况，Ti6Al4V/NiTi异质功能结构可在充分发挥高比强度、耐蚀性等材料性能优势的同时实现智能变形等功能需求。然而，两种金属过渡界面区具有较高的开裂倾向。笔者采用激光熔化同步输送异质合金粉末沉积成形工艺，在富氧环境下开展了组分梯度过渡的Ti6Al4V/NiTi合金的原位制备，并在此基础上通过等能量密度成形法和基板热管理，实现了Ti6Al4V/NiTi异质材料的一体化沉积成形，分析了过渡区界面组织的演化规律。扫描电镜和能谱分析结果表明：经组分梯度优化后，梯度层界面之间呈良好的冶金结合；随着NiTi组分逐渐增加，从Ti6Al4V区到NiTi区，相组成演变为α-Ti+β-Ti→α-Ti+NiTi₂→NiTi₂→NiTi₂+NiTi→NiTi→NiTi+Ni₃Ti。梯度过渡区的显微硬度从Ti6Al4V区的343 HV±13 HV变化到NiTi区的275 HV±10 HV，40%Ti6Al4V+60%NiTi区域由于NiTi₂强化相的析出而具有最高的硬度值，硬度值为576 HV±5 HV。

使用激光熔化沉积技术制备了ATI 718Plus薄壁单墙样品，研究了不同热处理工艺对沉积单墙组织及力学性能的影响。沉积态组织主要呈现外延生长的柱状树枝晶形貌，枝晶间析出了大量Laves相，该相消耗了大量Nb、Mo等合金强化元素。试验发现热处理工艺对样品组织有着显著影响。直接时效热处理后，Laves未发生明显溶解，但周围析出了大量η相；982 ℃固溶时效热处理后，Laves相由长链状变为颗粒状，有部分再结晶发生；而1020 ℃固溶时效热处理后，Laves相基本溶解，再结晶现象显著，柱状晶转变为等轴晶。室温拉伸结果表明，合适的热处理可以减少Laves相，从而提高沉积样品的强度和塑性。其中直接时效热处理的强度最高，相比沉积态抗拉强度提高了51.9%，但断后伸长率下降了13%。1020 ℃固溶时效热处理的综合性能最好，相比沉积态抗拉强度提高了34.2%，断后伸长率提高了25.8%。

采用超声波辅助激光熔化沉积法制备SiCp/AlSi30复合材料, 研究SiC质量分数对铝基复合材料相组成、微观组织及力学性能的影响规律。当SiC的质量分数小于10%时, 液态铝合金与SiC颗粒之间未发生界面反应, 陶瓷颗粒保持原始的形态。当SiC的质量分数达到15%时, 部分SiC颗粒与熔融的铝合金反应形成了针状的Al4SiC4。SiC增强相的加入促进了硅相的非均匀形核, 导致初生硅尺寸的细化。由于高硬度增强相的加入和晶粒细化的共同作用, 质量分数10%碳化硅颗粒增强AlSi30复合材料的力学性能得到提高, 其显微硬度与未增强的AlSi30合金相比提高了25.3%。此外, 质量分数10% SiCp/AlSi30的摩擦因数和磨损率与超声波辅助激光熔化沉积法制备的纯AlSi30合金相比分别降低了19%和25%, 复合材料磨损性能得到提高。

基于激光熔化沉积技术制备了高强度Al-Mg-Sc-Zr合金试样，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度和室温拉伸等试验方法，研究了能量密度和送粉速率对沉积试样的致密度、微观组织演变和力学性能的影响规律。结果表明：在送粉速率一定的条件下，随着能量密度的提高，沉积试样的致密化行为逐渐增强，致密度呈现逐渐升高的趋势。随着送粉速率的提高，趋势愈发显著。在送粉速率为5.5 g/min、能量密度为50~150 J/mm²的条件下，试样致密度从97.88%提高至99.47%。在优化的工艺条件下，即能量密度为100 J/mm²、送粉速率为2.5 g/min时，获得了最优综合力学性能的沉积态试样，其致密度、屈服强度、抗拉强度、延伸率以及显微硬度分别为99.51%、268 MPa、450 MPa、18.4%和120.18 HV_0.2。

为了实现高性能、低孔隙率Al-Mg-Sc-Zr合金在航空航天主承力结构领域的广泛应用，采用激光熔化沉积-热轧复合工艺制备了Al-Mg-Sc-Zr合金试样。基于金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度和室温拉伸实验等检测方法，探究了复合工艺与微观组织和力学性能之间的关系，确定了最优工艺参数；研究了热轧压下量对沉积态试样微观组织演变、微孔缺陷闭合行为及力学性能的影响规律。结果表明：微孔缺陷随压下量的增加而逐渐减少，当压下量达到50%时，微孔缺陷完全闭合，试样的强度和硬度显著提高，熔合线区域合金元素的分布变得均匀。在优化的工艺参数条件下，复合工艺制备试样的抗拉强度、屈服强度、延伸率和硬度分别为412 MPa、243 MPa、22.8%和118.76 HV，较未轧制试样分别提高了22.6%、12.5%、54.1%和15.3%。

激光熔丝沉积技术是一种输送丝材并以激光为热源的定向能量沉积技术。为了探讨同轴熔丝过程的机理与效应，采用自主研发的激光内同轴送丝熔化沉积技术来分析研究基板受辐照比值对于熔丝过程稳定性的影响；借助高速相机拍摄并分析熔丝沉积过渡阶段机理；通过数学模型计算与实验验证的方式研究了熔丝沉积动态过程与工艺参数之间的关系。结果表明：较小的基板受辐照比值会引起“液滴”过渡熔丝行为，即处于稳定与不稳定的临界状态；而基板受辐照比值较大时会引起“液桥”过渡熔丝行为，即处于一个相对稳定的状态。本研究对激光熔丝沉积的动力学稳态性分析具有一定的指导意义。

采用激光熔化沉积（LMD）工艺对激光选区熔化（SLM）成型的AlSi10Mg合金进行连接，对连接区进行X射线检测，检测结果显示连接区存在密集气孔。分析气孔形态、分布位置及其对试样力学性能的影响，并探寻消除该缺陷的方法。结果表明：密集气孔主要分布在基材与连接区交界的熔合线处，孔径为0~20 μm，气孔在X射线底片上形成了水印现象；密集气孔在熔合线处的聚集导致该位置处的硬度远低于连接区和基材，从而影响了该处的力学性能；预热能够有效减轻该缺陷，使密集气孔均匀分散到整个连接区中，消除水印现象；预热试样的力学性能相比未预热试样显著提高，熔合线处的显微硬度为90.8 HV，抗拉强度为287 MPa（达到了基材的76.5%），较未预热试样分别提高了45%和19%；预热前后拉伸试样均为脆性断裂，预热提高了试样的延展性，延伸率达到5.0%。

为了实现高强度、高致密Al-Mg-Sc-Zr合金的成功制备，基于激光熔化沉积技术制备了不同工艺条件下的合金块体试样，采用金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度仪和室温拉伸等实验方法，研究了水冷条件及超声振动辅助对沉积试样微观组织、孔隙缺陷演变及力学性能的影响规律。结果表明：外部冷却场辅助可以显著提高基板对沉积试样累积热量的传输效率，从而降低沉积试样的孔隙率、提高致密度；超声振动辅助凭借其特有的声流效应与声空化效应，促进了熔池中小气泡的聚集与上浮，孔隙数量明显减少、尺寸明显减小，晶界处共晶相发生细化；在优化的外场辅助条件下，获得了沉积试样的最优力学性能，其屈服强度、抗拉强度、延伸率、显微硬度分别为234 MPa、385 MPa、17.1%、125.84 HV（加载载荷为1.96 N）。

传统的加工方式难以实现变截面扭转弯曲结构件的成型。本文研究了变截面结构在扭转及弯曲变化下光内送粉激光熔化沉积成型的轨迹规划问题，提出了针对此种几何成型特征结构件的连续渐变分层法，实现了变截面结构在扭转弯曲变化下的分层成型。最后根据结构分层获得的光内送粉喷头空间三维轨迹变化的坐标信息进行了扭转弯曲变截面结构件的成型实验，实验结果表明：成型件表面平整且成型精度较高，成型件的弯曲角度和扭转角度分别为46.18°和44.79°，与原始设计角度的误差分别为2.62%和－0.47%；成型件初始圆形截面的直径和终止方形截面的边长分别为59.63 mm和60.72 mm，与原始设计尺寸的误差分别为－0.62%和1.20%；成型件微观组织致密，无明显的气孔和裂纹。