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%。

高频窄脉冲电解加工技术能有效提高加工精度和表面质量，在镍基高温合金等难加工金属材料的精密制造方面有着广泛的应用。然而，对于微观组织极不均匀的激光定向能量沉积构件，其加工质量尚不清晰，尤其是采用无水电解液时。以激光定向能量沉积Inconel 718合金为研究对象，采用频率为30~100 kHz、占空比为30%~80%的高频窄脉冲电流以及饱和NaCl乙二醇电解液进行射流电解加工实验。结果表明：沉积态Inconel 718合金组织由γ基体相、Nb偏析区与枝晶间相（主要为γ/Laves共晶相）组成；在10.50 A/cm²的电流密度下，加工区表面粗糙度随脉冲频率的增加而增大，且脉冲频率为30 kHz时表面粗糙度最小（R_a=1.562 μm），加工精度最高；表面粗糙度随占空比的增加先减小后增大，占空比为50%时表面粗糙度最小，占空比为60%时加工精度最高；而在直流模式下，表面粗糙度随电流密度的增大而降低，且电流密度为10.50 A/cm²时，表面质量最优（R_a=0.526 μm），这是由于高电流密度更容易诱导表面“过饱和盐膜”的形成，从而有效抑制选择性溶解，降低表面粗糙度。但在加工精度方面，高频窄脉冲电流模式的加工定域性较好。最后，基于“盐膜”理论和双电层模型，揭示了高频窄脉冲电流模式下沉积态Inconel 718合金的微区阳极溶解机理，为提高激光增材制造镍基高温合金射流电解加工表面质量提供了理论支撑和实验依据。

多激光粉末床熔融（ML-PBF）采用多束激光并行加工，是提高制造效率和大尺寸零件整体化增材制造的有效方法。但不同的激光束实际工作时参数难以保持一致，特别是激光功率会存在偏差，其中多激光搭接区最为关键。笔者通过设置4组差值为10、20、30、40 W的激光功率组合，探究了激光功率对ML-PBF制备的GH3536镍基高温合金搭接区组织和性能的影响。结果表明：成形试样的致密度最高可达99.6%，但搭接激光功率增大不仅会导致致密度降低至99.3%，孔隙率超过0.08%，还会导致γ相的衍射峰向大角度偏移，晶格常数降低。同时，随着搭接激光功率增大，搭接区内的晶粒尺寸由14.57 μm增大至17.23 μm，大角度晶界占比由36.66%上升至55.91%。搭接区内残余应力随着搭接激光功率的增大而先降低后升高，在激光功率相差30 W时降至最低值43.8 MPa。搭接区硬度随着搭接激光功率的增大而降低，由297.3 HV3降低至291.1 HV3。4组激光功率组合下制备的试样的极限抗拉强度在792.9~830.9 MPa范围内，当激光功率相差10 W时强度达到最高值，延伸率为23.7%。增大搭接激光功率会降低ML-PBF的熔凝稳定性并增大温度梯度，进而对搭接区内的微观组织、残余应力以及零件的力学性能产生影响。

研究了激光粉末床熔融（LPBF）增材制造技术成形新型定向凝固镍基高温合金ZGH451的致密化行为、显微组织和凝固晶粒取向。结果表明：未熔合和凝固裂纹是主要冶金缺陷；通过增大激光功率、减小扫描间距和扫描速度，可以有效消除未熔合缺陷；在激光功率150 W、扫描层厚0.02 mm、扫描速度600~800 mm/s、扫描间距0.06~0.08 mm的工艺窗口内，可以获得无裂纹、高致密（致密度为99.9%）样品，其凝固组织主要由基本沿构建方向定向生长的柱状晶构成，具有典型的微细枝晶显微组织，一次枝晶间距小于1 μm，二次枝晶不发达。枝晶间存在TiC和TaC颗粒析出，未观察到明显的γ/γ'共晶。样品呈现出一定的定向凝固特性，［001］织构明显，但相邻熔道搭接区域内仍有复杂热流产生的大取向差柱晶。样品力学性能优异，其屈服强度与传统定向凝固工艺制备的第三代单晶高温合金相当。研究结果证实了采用LPBF技术成形定向凝固ZGH451镍基高温合金的可行性。

激光铣削具有材料适应性广、激光能量密度可调控以及无机械力等特点，可用于难加工材料镍基高温合金的材料去除加工。本团队采用光束整形的多激光束耦合纳秒激光开展了DZ411镍基高温合金微铣削表面的工艺研究，分析了扫描次数N、扫描速度v、扫描间距s、脉冲频率f以及激光功率P等工艺参数对铣削表面形貌、表面粗糙度、铣削效率以及表面元素分布等的影响机制。结果表明：多光束耦合激光对材料的去除机制主要是汽化与重熔，在加工表面形成了凸起与凹坑等周期性多尺度特征；当N=10、v=100 mm/s、s=25 μm、P=15 W、f=10 kHz时，面槽底部的粗糙度R_a最大（51.75 μm），铣削效率也达到最大值（1.87 mm³/min）；随着扫描间距s由15 μm增大到35 μm或激光功率P由5 W增大到15 W，铣削效率逐渐增大；激光铣削过程中材料发生了复杂的物理化学变化，加工表面的凸起结构中可能包含多种金属氧化物和金属间化合物。本研究工作可以拓展激光加工的工艺类型，为新型激光铣削参数优化提供工艺支撑。

飞秒激光以其超窄脉宽和超高光强等特性被广泛应用于各种金属材料的加工。本课题组采用波长为515 nm的绿光飞秒激光器对GH3230镍基高温合金进行刻蚀试验，研究了GH3230高温合金的绿光飞秒激光刻蚀阈值、刻蚀率和极限刻蚀深度。结果表明：相比于红外飞秒激光，绿光飞秒激光的刻蚀阈值明显降低，刻蚀率显著提高；与红外飞秒激光刻蚀类似，随着刻蚀次数增加，刻蚀深度增大，但当刻蚀次数增加到一定值后，刻蚀深度出现饱和现象；激光能量密度越高，极限刻蚀深度越大；改变扫描策略进行双道刻蚀时，通过增加刻缝宽度可以增大刻蚀深度；激光诱导等离子体是影响刻蚀深度的主要因素。

利用多激光粉床熔融（ML-PBF）设备成形了GH3536高温合金，系统研究了单激光区、双激光区以及四激光区成形试样的缺陷、显微组织和拉伸性能的变化规律。结果表明：随着激光束的增多，试样表面质量得到改善，但致密度由99.82%（单激光区）降低到92.35%（双激光区）和98.97%（四激光区）。同时，多激光搭接区的重熔导致部分晶粒再结晶，沿（001）的择优生长取向更加显著，织构指数也由单激光成形试样的3.040分别提升到了3.403和3.465。但是，单激光区、双激光区和四激光区的大角度晶界比例逐渐降低，由65.9%分别降低到50.1%和46.3%。此外，搭接区的残余应力呈现降低趋势，单激光区、双激光区和四激光区分别为192.3 MPa，106.5 MPa和44.1 MPa。三者的室温拉伸强度相差较小，均达到了800 MPa以上，断裂延伸率由30.3%（单激光区）降低到25.9%（双激光区）和25.4%（四激光区），这主要是搭接区内的孔洞和裂纹缺陷造成的。研究结果有望为多激光粉床熔融制备大尺寸镍基高温合金零部件提供有效的参考。

基础成分是镍基高温合金向多元合金演化的关键。因此，以Ni-20%Cr(20%为质量分数)合金为基础，以Al为合金化元素，利用团簇模型设计5种具有代表性的基础合金成分。系统分析激光增材制造非平衡凝固条件下合金组织和性能随成分的演化规律。结果表明，随着Al含量的增加，沉积态合金的基体组织逐渐由γ-Ni 固溶体向γ′-Ni₃Al有序相转化，而沿晶界分布的α-Cr固溶体在数量稳定增加的同时，其形态也由颗粒状变为链条状，且在Al含量(原子数分数)为25.0%时被γ′-Ni₃Al＋γ-Ni离异共晶组织所取代。合金强化机制由固溶强化向沉淀强化的转变，致使沉积态合金的硬度和强度随着Al含量的增加而逐渐增强，而塑性则逐渐降低。增加Al的含量有利于提高沉积态合金的抗高温氧化性能，但过高Al含量会损害合金的可焊性。因此，优质基础合金中Al的含量应限制在12.5%～18.5%范围内，以使合金兼有良好的力学性能、高的抗高温氧化性和好的可焊性。

利用选区激光熔化(selective laser melting，SLM)制备IN625镍基高温合金，采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、热力学计算和力学性能测试等方法研究了SLM IN625合金在700 ℃长期热暴露过程中微观组织及力学性能的演变规律。结果表明，SLM制备态合金经过高温固溶处理后，原始的非平衡态组织完全消除，形成了均匀一致的再结晶组织。在长期热暴露过程中，未经固溶处理的制备态合金中的δ相优先在枝晶间形核，而固溶态合金中的δ相由晶界形核逐渐向晶内生长；同时，制备态合金中δ相形核率较高而粗化速率较小，且γ″相向δ相的转变速度更快，在热暴露1000 h时，整个晶粒内布满了致密的δ相，γ″相向δ相的转变基本完成，而固溶态合金中δ相主要聚集在晶界两侧，且晶内仍分布着大量的γ″相；Si元素的晶界偏聚使得制备态合金晶界处形成了大量Laves相，并造成了晶界附近δ相的贫化，而固溶态合金的晶界析出相主要以M₂₃C₆为主；经过长期热暴露后，两种状态合金的强度均逐渐增大，塑性逐渐降低，但由于制备态IN625合金中δ相的含量较高，故其抗拉强度和屈服强度明显高于固溶态，而延长率相对较低。