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。

实现钛合金与ZrO2陶瓷的生物相容性连接对于扩展其在生物医学领域的应用具有重要意义。采用Sn-Zr钎料成功实现了Ti-13Nb-13Zr合金和ZrO2陶瓷的连接。运用SEM、EDS、XRD分析了TNZ/ZrO2接头的界面组织与反应产物，通过剪切试验测试了接头的力学性能，并研究了Zr含量对钎焊接头的界面组织和性能的影响。研究表明，TNZ/ZrO2接头典型界面微观组织为TNZ/Ti6Sn5/β-Sn+Zr(s,s)+ZrSn2/m-ZrO2/ZrO2，其中m-ZrO2可以促进陶瓷与钎缝的冶金结合。随着Zr含量的增加，钎缝中Zr(s,s)含量逐渐增多，体积逐渐增大，ZrSn2相含量也相应增加，而β-Sn在钎缝中的占比逐渐减小。剪切试验表明，当Zr含量为6% (摩尔分数)时，钎焊接头的剪切强度达到最高，为25.6 MPa。接头的断裂路径分析表明，此时接头的裂纹主要沿着钎缝中β-Sn基体扩展。

熔覆层和基体之间的修复界面通常是再制造零件最为薄弱的区域，影响再制造零件的使用寿命。基于正交试验设计对激光熔覆IN718合金工艺进行优化，并研究了工艺参数对熔覆层成形尺寸的影响规律，重点分析了最佳工艺条件下IN718熔覆层的界面组织特征及力学性能。结果显示，时效态IN718合金的最佳激光熔覆工艺为900 W激光功率、6 mm/s扫描速度、10 g/min送粉速率；激光功率对熔覆层熔宽的影响最大，扫描速度对熔覆层熔高的影响最大，送粉速率对熔覆层宽高比和稀释率的影响最大；熔覆层界面底部未出现平面晶且界面周围的元素过渡均匀，无宏观偏析；基体热影响区的晶粒发生粗化，其内部残留部分MC和M₂₃C₆碳化物；IN718熔覆层的显微硬度约为280 HV，基体的显微硬度约为475 HV；激光熔覆IN718合金的平均界面剪切强度为608.87 MPa。

为了研究碳纤维复合材料(CFRTP)与金属的高效焊接, 采用激光诱导Al-Ti-C粉末中间层自蔓延反应的方法, 对碳纤维复合材料与铝进行了异种连接实验, 分析了中间层自蔓延反应形成焊缝的反应机理、CFRTP/铝连接接头的微观界面和形成机理。结果表明, 激光照射使中间层温度升高至933K左右时自蔓延反应开始进行, 铝元素熔化并包裹住固态Ti发生反应, 生成Ti-Al系化合物, 在高温下化合物继续和Ti元素反应生成TiC并释放热量; 同时, 单质Ti与C也发生反应生成TiC并释放热量, 反应产生的热量继续维持下一层面的反应, 直至整个中间层反应结束形成良好的“焊缝”; 这些热量使得中间层左右两侧母材发生微融再次挤压成型形成质量良好的连接接头。激光诱导Al-Ti-C中间层自蔓延高温合成连接方法可以实现CFRTP/铝的高质量连接, 对实现交通工具结构轻量化是有帮助的。

利用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对Ti6Al4V(TC4)合金表面激光重熔的NiCrBSi/TiN涂层稀释区与熔覆区界面组织进行了分析。结果表明,稀释区与熔覆区界面区域的快速凝固组织为Ti-Ni,Ti-Cr金属间化合物和Ti-N化合物。Ti-Ni,Ti-Cr金属间化合物中部分的Ti,Ni原子被熔池中的Cr,Al等原子所取代,形成了以Ti2Ni,TiNi和Cr2Ti为基的化合物。Ti-N两相之间的Ti2.6Ni1.33组织有许多的“蜂窝”,最大尺寸约为40 nm,较小的为10 nm以下。这是由于熔体中的“气团”来不及逸出,在快速凝固中滞留的结果。