针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造，开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备，分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好，连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶，显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线，但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试，并与母材本体的相应性能进行了对比，发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%，结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。

高性能金属构件的激光增材制造可以实现复杂零件的“近净成形”，是近年来航空、航天、船舶海洋等现代重大装备制造业的研究热点。由于增材制造过程中材料的熔凝行为受原材料组分和制备工艺的影响，一旦材料或成型工艺选择不合理，成型件会不可避免地出现缺陷，影响构件性能。因此，对金属构件激光增材制造中的缺陷产生机理及控制机制进行研究很有必要。总结了近年来金属构件激光增材制造缺陷的控制方法，归纳了缺陷的种类，对制造过程中的三种典型缺陷——裂纹、孔隙和夹杂的产生机制进行了分析，并根据其产生机理针对性地提出了相应的控制机制，展望了金属构件激光增材制造缺陷控制方法的未来发展方向。

定向能量沉积激光增材制造逐点逐层熔化堆积的工艺特点决定了工艺参数会对成形态钛合金构件的显微组织和力学性能产生显著影响，最终决定激光增材制造钛合金构件能否达到工程应用的性能要求。以先进航空发动机整体叶盘使用量较大的TC17近β型高强钛合金为研究对象，制备了两种不同层间冷却时间下的激光增材制造TC17钛合金构件，详细研究了层间冷却对成形构件晶粒形貌、显微组织和拉伸性能的影响，探究了热处理对组织演变及拉伸性能的影响。结果表明：随着层间冷却时间的增加，激光增材制造TC17钛合金的显微组织由双态组织转变为超细α片层网篮组织，β晶粒尺寸无显著变化，α相含量增加而片层宽度下降。连续成形试样具有良好的综合力学性能，其沿沉积增高方向的抗拉强度可达到1128 MPa，断后伸长率为10.5%，断口形貌为典型的韧性断裂；层间冷却时间增加会导致沉积态试样强度提高、塑性下降，断裂机制转变为解理脆性断裂。三重热处理可以改善层间冷却时间不同造成的组织和拉伸性能的差异，但难以获得优异的综合力学性能。

采用分离式霍普金森压杆对激光增材制造AerMet100超高强度钢沉积态和热处理态试样进行高应变率(1000~4200 s -1)动态压缩测试,并对微观组织和冲击断口进行了分析。结果表明:激光增材制造AerMet100钢具有明显的应变率敏感性,应变率强化效应显著;热处理可显著提高激光增材制造AerMet100钢的动态冲击性能,经885 ℃固溶(1 h)+(-73 ℃)深冷(1 h)+482 ℃回火(5 h)处理后,激光增材制造AerMet100钢试样表现出最佳的强韧性配比,动态冲击性能优异;当回火温度提高到494 ℃时,试样的动态压缩强度降低。

研究了激光增材制造Ti-48Al-2Nb-2Cr金属间化合物在850 ℃温度时的氧化增重和组织变化，分析了铸态和激光沉积态试样氧化行为的区别，并揭示了其氧化机理。结果表明，当氧化时间相同时，沉积态试样的氧化增重速率明显小于铸态的。经60 h氧化后，铸态试样氧化膜和基体完全剥离，而沉积态试样氧化膜与基体局部结合较好。沉积态和铸态试样表面的氧化膜组成不同，前者为TiO2/Al2O3/基体，后者为TiO2/Al2O3/TiO2+Al2O3/基体。

采用激光熔化沉积技术制备了4045 铝合金薄壁试样，研究了沉积试样热处理前后的显微组织演化，并测试其显微硬度。结果表明，沉积试样显微组织具有定向快速凝固特征，由Al枝晶和Al-Si共晶组成，其一次枝晶间距约22.3 μm，二次枝晶间距约7.5 μm，体积分数约42.7%，沉积试样顶部出现柱状树枝晶向等轴树枝晶转变。当前沉积层从底部到顶部冷却速度的降低导致Si相从珊瑚形貌向片状形貌转变，足够高的重熔率能保证后续沉积层重熔掉当前沉积层顶部片状Si相，以获得变质效果良好的珊瑚形貌Si相，热影响作用使紧邻熔合线过热区的珊瑚形貌Si相发生粗大等轴粒状化，导致其显微硬度低于层内区。珊瑚形貌Si相在540 ℃等温热处理保温20 min 即可完成粒状化，并且随着保温时间延长，Si相发生粗化长大，显微硬度下降。

以质量分数为54.51Ti-37.68Ni-7.81B4C粉末混合物为原料，利用激光熔覆技术在TA15钛合金基材表面制得了以外加未熔B4C颗粒及快速凝固“原位”生成硼化钛和碳化钛为增强相，以金属间化合物TiNi、Ti2Ni为基体的复合涂层。采用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)等手段分析了涂层显微组织，并测试了涂层的二体磨粒磨损性能。结果表明，激光熔覆硬质颗粒增强金属间化合物复合涂层硬度高、组织均匀并表现出优异的抗磨粒磨损性能。高硬度、高耐磨的B4C、硼化钛和碳化钛陶瓷增强相与高韧性TiNi/Ti2Ni金属间化合物基体的强韧结合是激光熔覆涂层优异耐磨性的主要原因，其磨损机理为轻微的显微切削和塑性变形。

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接，利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明，TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象，而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化，表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金，其焊缝区显微硬度高于母材，热影响区显微硬度低于母材。

为了提高材料耐磨性， 以Cr3C2和0.47Cr-0.50Ni-0.03Si合金粉末为原料，利用激光熔覆制备工艺，在A3钢表面制得了Cr7C3硬质相增强Cr-Ni-Si金属硅化物复合材料涂层; 利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪与电子探针等分析了涂层的显微组织，并在室温干滑动条件下测试其耐磨性能。结果表明，硬质颗粒相Cr7C3的加入，显著提高了Cr-Ni-Si金属硅化物涂层的硬度，涂层具有良好的室温耐磨性能。

为了提高钛合金的耐磨性能，以Co基合金粉末、钛粉和活性碳为原料，利用激光熔覆技术在TC4钛合金基材表面制得以原位自生TiC为增强相的耐磨涂层，用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪等分析了涂层的显微组织、相组成及成分，在室温干滑动磨损条件下测试了涂层的室温耐磨性能。结果表明，原位生成的TiC增强相主要以发达树枝晶形态均匀分布于β-Ti，Ti2Co共晶组织基体中; β-Ti为不规则枝晶或胞状晶，而Ti2Co主要呈不规则块状分布，少量Ti2Co以片层状形成于β-Ti枝晶臂间; 涂层与基材呈良好的冶金结合，显微硬度约HV600~HV700，具有优异的室温干滑动磨损性能，其中，硬质TiC相起主要抗磨作用。这一结果对提高钛合金的耐磨性能是有帮助的。