为了提高选区激光熔化TA15合金试样的综合力学性能，本研究开展了选区激光熔化 （selected laser melting，SLM）TA15合金在800 ℃+空冷、950 ℃+空冷和1050 ℃+空冷退火条件下的组织和力学性能研究。利用电子背散射衍射表征了不同状态TA15合金组织结构特征。结果表明，800 ℃和950 ℃热处理未明显改变α相的取向和织构，呈现网篮组织结构特征；1050 ℃热处理后，沿［0001］方向出现最大强度为9.18的织构，呈现魏氏体组织特征。随着退火温度的升高，α′/α相的宽度逐渐增加，长宽比先上升后下降，α′/α相内几何必要位错密度逐渐降低。试样维氏硬度值先下降、后上升，未热处理态试样维氏硬度值最大，为（397.2±10）HV。随着退火温度的升高，TA15试样强度逐渐下降，伸长率先上升后下降。未热处理态拉伸试样呈现混合断裂特征；800 ℃和900 ℃热处理试样呈现塑性断裂特征；1050 ℃热处理试样为脆性断裂。

激光选区熔化（selective laser melting，SLM）作为一种常见的增材制造（additive manufacturing，AM）技术，在多孔和薄壁等异形零件的成形领域受到广泛关注。然而，传统的单光束SLM成形因成形尺寸小、成形效率低等问题而发展缓慢。多光束激光选区熔化（multi-beam selective laser melting， MB-SLM）在单光束SLM成形的基础上，通过多光束、多振镜分区扫描并进行拼接成形，实现了成形尺寸和成形效率的大幅同步提升，有效地解决了单光束SLM成形存在的固有难题，有望成为进一步拓展金属增材制造应用领域的新兴技术。本文综述了多光束激光选区熔化在成形原理、成形设备以及工艺缺陷的形成及控制方面的研究进展，归纳了多光束激光选区熔化成形不同合金的显微组织和力学性能，重点阐述了工艺缺陷和力学性能调控的主要策略。最后对其未来发展趋势进行了展望，如应关注多光束间的时空差异特性对力学性能的影响、改变不同区域间工艺参数的一致性以减少成形件的工艺缺陷等。

采用冷金属过渡和脉冲（cold metal transfer and pulse，CMT+P）复合电弧增材制造工艺制备2024铝合金增材件，研究2024铝合金CMT+P电弧增材制造气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出的分布特征，以及不同工艺参数对气孔缺陷、晶粒形貌、物相析出和耐腐蚀性能的影响。结果表明：2024铝合金增材件的气孔主要分布于熔合线附近，热输入相同时，更快的送丝速度和电弧行驶速度导致更高的孔隙率。同一沉积层上部为无择优取向的等轴晶，下部为具有择优取向的柱状晶，热输入相同时，更快的送丝速度和电弧行驶速度导致细晶区的产生，增加等轴晶比例，减弱织构。析出的二次相主要为Al₂CuMg，Al₂Cu和富Fe，Mn相，沿晶界连续分布。影响增材件腐蚀初期耐腐蚀性能的主要因素为Al₂CuMg的析出量。更慢的送丝速度和电弧行驶速度下具有更好的耐局部腐蚀性能，这主要是由更低的Al₂CuMg相比例分数导致。

研究了不同热处理制度对激光沉积制造TB6钛合金力学性能的各向异性影响，结合光学显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析显微组织的演化过程，探究各向异性随热处理改变的变化趋势及影响机理。结果表明：激光沉积制造TB6钛合金组织中原始β晶粒形状与初生α相（α_p相）的尺寸形貌受热梯度影响较大，两方面因素共同作用下，使沉积态试样室温拉伸性能出现各向异性，在垂直沉积方向（X向）上的抗拉强度相比沉积方向（Z向）上的高7.3%，屈服强度高5%、而伸长率则低32.4%。低温退火对显微组织的影响较小，仅塑性的各向异性有所降低；高温退火后α_p相长宽比差异程度降低，室温拉伸性能的各向异性随之降低；固溶时效后析出的次生α相（α_s相）使合金强化机制发生改变，且α_s相无明显的择优析出生长，使得强度提高的同时其室温拉伸性能的各向异性趋于消除。

3D打印作为一种新型制造技术，已被广泛应用于各类材料的成型制造，并展现出巨大的发展潜力。石墨具有优良的耐高温性、导电性、导热性、热稳定性和化学稳定性，在冶金化工、能源行业、航空航天、核工业等领域得到广泛应用。以石墨及其复合材料作为基体，利用3D打印技术生产制造石墨基产品，能够缩短生产周期、提高材料利用率、减少石墨粉尘污染，为高性能复杂形状石墨的个性化定制及产业化应用提供了一种高效经济的综合解决方案。本文重点阐述了石墨及其复合材料的3D打印技术，分析了各种技术的优缺点，并介绍了3D打印成型的石墨产品的性能和应用，论述了石墨及其复合材料在3D打印领域发展过程中的机遇和挑战，并对未来的发展提出了展望和建议，石墨3D打印技术的发展还需开发扩展石墨复合材料的种类和新型打印装备及其配套设备，并在传统石墨的基础上进行3D打印石墨后处理技术研发。

激光选区熔化GH4169高温合金具有明显的定向柱状枝晶凝固组织，会引起严重的力学性能各向异性，增加服役风险。本工作以激光选区熔化（SLM）技术制备的GH4169高温合金为研究对象，设计两种不同的热处理制度：热等静压＋标准固溶＋双时效和热等静压＋均匀化热处理＋标准固溶＋双时效对所制备合金进行后热处理，探究两种热处理制度对激光选区熔化GH4169高温合金微观组织及高温拉伸性能各向异性的影响。结果表明：均匀化热处理消除了Laves相，沉积态GH4169合金的柱状晶组织向等轴晶组织转变。高温拉伸结果显示，未经均匀化处理GH4169合金横向与纵向的高温抗拉强度比和塑性比分别为1.10（1145/1040）和0.83（10.2/12.2），均匀化热处理态GH4169合金横向与纵向的高温抗拉强度比和塑性比分别为1.00（1041/1038）和1.00（8.6/8.6）。激光选区熔化GH4169合金微观组织与力学性能各向异性被消除。

未来高推重比先进航空发动机的发展对新型高性能轻质高温压气机整体叶盘需求迫切。激光增材制造TC25G-TiAl4822双金属梯度结构材料作为轻质高压压气机整体叶盘备选的一种重要材料体系，其梯度过渡层合金的成分选择和凝固组织研究对指导相关构件结构性能设计具有关键影响。为理解（1-x） TC25G-xTiAl4822 梯度成分合金随粉末原料中TiAl4822 预合金粉末含量变化而出现的凝固组织演变行为，利用激光快速熔炼技术制备了两种单一原料（TC25G和TiAl4822）成分合金锭和9种混合原料成分合金锭，并采用光镜、扫描电镜、XRD和透射电镜等材料表征设备和硬度测量装置进行研究。研究结果表明：随原料中TiAl4822合金粉末含量的增加，合金凝固晶粒特征变化为树枝晶→等轴晶→树枝晶。合金室温显微组织发生如下的转变：α_p+α_s+β+α₂ →α_p+α_s+α₂+β/B2→α+α₂+β/B2→α₂+B2→γ+γ/α₂+B2→γ+γ/α₂；由于不同成分合金中的相类型和含量变化，合金维氏硬度值呈先增加后减小的变化趋势，且在粉末比例为50%~70%时具有极大突变，硬度由620HV降到450HV。上述相关研究结果为双金属过渡层合金的成分选择需避开中间比例粉末含量范围提供了基础依据。

电弧增材制造铝合金材料微观组织调控以及耐腐蚀性是其工程应用过程中需要重点研究的问题。采用冷金属过渡（cold metal transfer，CMT）电弧增材制造技术制备5356铝合金堆积体，借助金相显微镜、X射线衍射仪、扫描电子显微镜以及显微硬度计等对其微观组织结构进行表征和硬度测试，并通过电化学工作站、慢应变速率应力腐蚀试验机等研究其耐腐蚀行为。结果表明：5356铝合金CMT电弧增材制造样件微观组织结构为α-Al基体+β（Al₃Mg₂）相，沉积层中晶粒为长径比≤2的柱状晶，β（Al₃Mg₂）相以弥散细小颗粒状为主，结合层晶粒为较细小的再结晶化等轴晶，β（Al₃Mg₂）相以大块不连续沿晶分布为主，晶粒内部细小颗粒状β（Al₃Mg₂）相分布较少，基体强化作用减弱。沉积层自腐蚀电流密度为结合层的23%，这主要与其内部β（Al₃Mg₂）相的含量以及形态有关。5356铝合金电弧增材制造样件慢应变速率应力腐蚀敏感指数为0.57，在硅油和3.5%NaCl介质中均断裂失效于结合层，这是由于结合层基体强度较低，且大块沿晶分布的β（Al₃Mg₂）相在硅油惰性介质中对基体有割裂作用，在3.5%NaCl腐蚀性介质中大块β（Al₃Mg₂）相优先溶解，试样在拉应力作用下加速沿晶腐蚀开裂。

基于响应面设计发现2195铝锂合金薄板单面搅拌摩擦焊接的最佳工艺参数，并发现当转速越高焊速越低时，焊接接头的抗拉强度越高。实验结果表明：单面搅拌摩擦焊接中，针长为板材厚度的2/3长度时，焊缝根部出现未焊接缺陷，焊接接头的断裂形式介于脆性与塑性断裂之间，接头抗拉强度较差。在单面焊接最佳工艺参数的基础下，双面搅拌摩擦焊接能克服单面焊接中存在于焊缝根部的未焊接缺陷。通过设置不同的刀具下压量，当搅拌头转速为1600 r/min，进给速度为150 mm/min，下压量为0.1 mm时，双面焊接能将焊接接头的抗拉强度提高约10%，焊接接头的伸长率提高10%。双面搅拌摩擦焊接中前进侧的材料流动明显，焊接接头的断裂形式为塑性断裂。在双面焊接中，由于坯料受到了二次搅拌和加热，焊接区的材料软化加剧。相较于单面焊接，双面焊接接头处的显微硬度进一步降低。

利用超声波辅助纳米强化等离子弧熔钎焊工艺成功实现了铝/铜异种金属的连接，并获得了形态良好的铝/铜搭接接头。使用SEM、EDS、XRD、拉伸实验和导电性能测试等方法，分析研究了超声波和SiO₂纳米颗粒对搭接接头的宏观和微观形貌、组织结构、力学性能以及导电性能的影响。结果表明：在超声波和SiO₂纳米颗粒耦合作用下得到的搭接接头，液态铝在铜表面的铺展和润湿效果更好，焊缝正面成形良好，接头主要由金属间化合物层区和Al-Cu共晶区组成，金属间化合物层的厚度明显减小，接头力学性能显著提高，采用了SiO₂纳米颗粒和超声波的铝/铜接头的相对电导率为153.527%IACS，导电性能有所改善。

为了研究激光增材制造高温合金的静态再结晶行为及其对力学性能的影响。以固溶强化型镍基高温合金GH3536为研究对象，采用激光选区熔化（SLM）制备试块和试棒，对其在1175 ℃进行不同时间的固溶处理，基于EBSD分析研究其在热处理过程中的静态再结晶行为，探讨其对拉伸性能的影响。结果表明：沉积态组织以沿建造方向生长的柱状晶为主，具有〈001〉丝织构。1175 ℃保温1 h的再结晶分数为61.8%，孪晶是再结晶形核的主要方式，再结晶程度随着保温时间的延长逐渐提高。根据Avirami方程拟合得到再结晶动力学曲线，与实验结果匹配良好。静态再结晶可以显著减弱力学性能的各向异性。保温时间超过1 h之后，力学性能变化幅度较小。

连续纤维增强树脂基复合材料因其密度低、力学性能优异被广泛应用于航空航天、汽车和船舶等工业领域，传统制造工艺因模具限制成本高昂且无法成型复杂零部件。增材制造设计自由度高、快速灵活等优点被认为是连续纤维增强复合材料未来生产的重要方向之一。目前连续纤维增强复合材料的增材制造技术发展仍处于起步阶段，本文系统综述了连续纤维增强树脂基复合材料的研究现状，概述了打印的装备、工艺、材料的研究进展，为连续纤维增强树脂基复合材料的打印平台搭建以及工程化应用提供了方向，重点分析了打印温度、打印速度和打印层厚等工艺参数对打印质量的影响，为连续纤维增强复合材料的智能增材制造提供参考，同时讨论了连续纤维的二维和三维的结构设计在轻量化制造方面的发展，如纤维路径铺设和结构拓扑优化，并对连续纤维增强复合材料增材制造的设备、材料、打印工艺和结构设计的研究发展趋势进行了总结和展望。

由于存在大的温度梯度，激光熔化沉积过程会沿沉积方向形成具有择优取向的粗大柱状晶，导致材料产生显著的各向异性。拟通过在钛合金中添加Cu以实现改变初生β晶粒形态、细化组织并弱化织构的目的。系统研究了不同含量的Cu添加对激光熔化沉积TC4钛合金组织及织构的影响，结果表明，Cu元素能够显著细化柱状初生β晶粒，并使晶粒尺寸分布更加均匀，Cu元素添加量为4%（质量分数，下同）时能够实现完全的柱状晶向等轴晶转变，平均晶粒尺寸由未添加时的1490 μm降低到385 μm。添加Cu试样的晶粒内部仍为网篮组织，主要由α-Ti、β-Ti和少量Ti₂Cu相组成，其中Ti₂Cu呈短棒状分布在α-Ti板条的边界处，其在组织中的占比随Cu添加量的增大而增加。当添加8% Cu时，α-Ti的平均宽度为0.44 μm，与未添加Cu试样的1.18 μm相比降低了约63%。Cu添加能够显著降低激光熔化沉积钛合金的织构强度，当添加4% Cu时，α-Ti极图均匀分布倍数（multiples of uniform distribution，MUD）的最大值相比TC4降低了约71%。

单晶高温合金涡轮转子叶片是航空发动机的核心热端部件之一，对航空发动机的推力和性能具有决定作用，其服役损伤增材修复技术是航空装备特种加工领域最具挑战的工作之一。本文系统梳理了航空发动机单晶高温合金涡轮转子叶片的增材修复工艺方法及其应用进展；针对单晶合金增材修复中易产生的热裂纹缺陷问题，从热裂纹形成机理、关键影响因素和控制措施等角度进行了归纳；总结了单晶合金增材修复组织及性能的研究进展。在此基础上，展望了单晶高温合金涡轮转子叶片增材修复的未来发展方向，指出单晶合金修复专用合金材料成分设计、新工艺开发和基于深度学习的多目标协同优化是此领域未来的重要研究方向。

为提升金属与复合材料连接结构的抗冲击性能，使用金属激光选区熔融技术制造金属突触结构，并与T300斜纹编织碳纤维复合材料（CFRP）共固化模压成型形成穿透增强连接结构，通过夏比摆锤冲击实验验证突触连接结构的抗冲击性，基于CFRP损伤形式与冲击吸收功对突触形貌等影响因素进行分析优化设计，并完成有限元仿真对比计算。实验结果表明：穿透增强连接方式能够避免由于开孔带来的金属应力集中与碳纤维切断，冲击吸收功为68.54 J，相较于螺栓连接提升216.1%；突触高度增加能够有效抑制复合材料冲击分层，突触特征尺寸、突触阵列密度影响复合材料内部缺陷，其冲击吸收功随着突触特征尺寸、突触阵列密度的增大先增加后减少；基于突触特征尺寸变化进行有限元仿真，仿真值与实验结果偏差小于17%，损伤形式基本一致。

以新型Ti69NbCrZrX（X=Sn，W，Al，Mo，1%~2%，质量分数）为中间层，采用脉冲电流促进扩散焊在900 ℃/30 min/8 MPa参数下连接TiAl合金与Ti₂AlNb合金。通过SEM，EDS，EBSD和室温拉伸技术分析焊后接头显微组织和性能。结果表明：以Ti69NbCrZrX为中间层可获得无缺陷TiAl/Ti₂AlNb接头。接头界面组织主要分为TiAl扩散影响区、中间层扩散区和Ti₂AlNb扩散影响区。TiAl扩散影响区组织由白色β相和灰色块状α₂相组成，中间层扩散区组织主要由灰色块状的α₂+α相和白色的β/B2相组成，Ti₂AlNb扩散影响区组织由β/B2基体相和分布在其中的板条状和针状O相组成。接头室温拉伸强度均值为642.5 MPa，达到母材强度的91.57%。接头断裂以沿晶脆性断裂为主，穿晶脆性断裂为辅。

激光熔化沉积相比传统的氩弧焊、微束等离子弧焊更适用于单晶合金薄壁基体的修复。采用激光熔化沉积技术进行DD6单晶高温合金的增材修复。利用光学显微镜、扫描电镜与EBSD分析增材修复接头的修复区与热影响区组织特征，并测试修复接头的显微硬度分布与高温拉伸性能。结果表明：紧邻修复界面基体热影响区的γ′相发生了部分粗化与溶解，硬度明显降低。激光熔化沉积修复组织为外延生长的定向柱晶组织，由γ+γ′相以及枝晶间的少量弥散分布的碳化物组成，修复组织中存在低倍可见的细长柱状杂向晶，多数分布于紧邻界面的位置；随着修复区高度的增加，外延生长组织的枝晶间距与硬度随着修复高度的增加而逐渐增大，枝晶中细小的网格状γ′ 相占比不断增加；修复接头980 ℃抗拉强度达到了母材标准值的102%，屈服强度达到了母材标准值的92%，但伸长率相对较弱。

针对Ni₃Al基定向凝固高温合金IC10导向叶片长时服役后出现的烧蚀、裂纹等损伤，可采用钎焊修复技术修复这些损伤缺陷，缩短大修周期。采用自主设计的高性能钴基钎料CoCrNi（W，Al，Ti，Mo，Ta）-B对IC10合金进行钎焊连接。在1220 ℃钎焊温度下，研究不同预置钎焊间隙和保温时间对IC10合金接头组织和强度的影响。结果表明：钎料对IC10合金具有良好的钎焊性，钎焊过程中钎料合金与IC10母材发生反应及互扩散，使得钎缝宽度比预置间隙明显增大。钎缝基体形成与IC10母材相类似的γ＋γ′双相组织，同时基体上分布着团簇状硼化物相。保温时间对接头组织和强度影响较小，而钎焊间隙对其影响显著，随预置钎焊间隙增大，接头强度不断提高，当预置钎焊间隙为0.15 mm时，接头在1000 ℃下的平均抗拉强度达到454 MPa，已接近IC10母材水平。从接头断口形貌分析，接头强度的提高主要归因于接头中白色硼化物相细小且弥散分布，裂纹扩展路径更曲折。

采用脉冲钨极惰性气体保护焊（TIG）增材制造技术对TB6钛合金进行缺陷修复，研究工艺参数（脉冲电流和脉冲时间）和热处理对修复后TB6钛合金微观组织和力学性能的影响，以确定最佳的热处理工艺参数。结果表明：在脉冲电流为50 A，脉冲时间为40 ms时，修复状态下TB6钛合金的力学性能相对较好，抗拉强度为1113 MPa，伸长率为5.26%。对样品依次进行固溶和时效热处理，在不同温度（740，760，780 ℃）下固溶2 h后，初生α相逐渐溶解，而β相生长并均匀分布在基体中。水淬后，β相的生长受到抑制，β晶粒内析出针状的斜方马氏体α''相，导致抗拉强度下降，伸长率显著提高。在不同时效温度（500，520，540 ℃）下保温8 h，α''相不断生长，逐渐转变为等轴晶粒，力学性能显著提高。在780 ℃/2 h WC+520 ℃/8 h AC条件下获得最佳的组织和力学性能，抗拉强度为1119 MPa，伸长率为7.36%。

采用微连接搅拌摩擦焊技术焊接厚度为0.5 mm的6061-T6超薄铝合金，研究了3种不同轴肩形貌的搅拌头对6061-T6薄壁结构对接接头成形品质、微观组织、力学性能、焊接热循环及力的过程的影响差异，并逐一分析3种焊缝横截面塑性金属的流动特性。结果表明：焊缝表面成形效果受焊接热输入量的影响显著。3种轴肩形貌各异的搅拌头所形成接头横截面硬度分布趋势基本呈“W”形。无针的三渐开线导流槽轴肩焊接接头焊核区中心处最高硬度值及热机影响区最低硬度值均为三者中最高。三渐开线导流槽带针轴肩所形成接头力学性能表现突出，其拉伸强度、屈服强度和断后伸长率均高于其余两者，拉伸断口主要呈韧性断裂。热循环及力的过程参数能够精准反映焊接状态的变化趋势。维持焊缝金属软化所需热量来源于轴肩与工件的摩擦生热以及工件受轴肩轴向力和前进力所做之功。轴向力、前进力会随金属软化程度不同而波动，这种波动对塑性金属的迁移实现动态调节。轴肩表面对焊缝上部作用较强，驱动了前进侧与后退侧塑性金属迁移；搅拌头针部促进了塑性金属与垫板的作用，为焊缝金属上下部分流动提供了驱动力。实现最佳产热潜能是搅拌针与渐开线沟槽的综合结果，二者协同更易形成成形良好的焊缝。

采用EBSD（electron backscatter diffraction），HRTEM（ high resolution transmission electron microscopy）等表征手段，研究峰值温度及焊接热输入对G115钢焊接模拟热影响区界面微观组织演变的影响。结果表明：细晶焊接热影响区组织中M ₂₃C₆碳化物尺寸相比粗晶及临界焊接热影响区组织更为细小，仅为100 nm左右，析出强化作用明显。峰值温度提高使得小角度晶界数量有所提升，从而增加晶界强化效果。粗晶区组织几何位错密度最高为3.19×10¹⁴ m^-2；临界焊接热影响区位错的回复、细小MX析出相的钉扎与亚晶的出现保证了材料的强度。对于细晶焊接热影响区组织，焊接热输入的提升使得位错发生湮灭，亚晶的形成受到抑制，从而促进马氏体板条亚结构转变为马氏体块状亚结构，屈服强度由1115 MPa下降到947 MPa。当焊接热输入为14.4 kJ/cm时，细晶焊接热影响区组织兼具良好的强度和韧性。

利用SLM成形制备SiC/AlSi10Mg复合材料，采用XRD，SEM，EDS，EBSD，电化学方法和摩擦磨损实验分析其物相特征、微观组织和耐蚀、耐磨性能，并与SLM成形AlSi10Mg合金进行对比。结果表明：在3.5%（质量分数）NaCl溶液中，SLM成形SiC/AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度（2.0827 μA/cm²）小于SLM成形AlSi10Mg试样的腐蚀电流密度（3.389 μA/cm²），同时SLM成形SiC/AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度（7.1 nm）大于AlSi10Mg试样表面钝化膜的厚度（1.9 nm），说明SLM成形SiC/AlSi10Mg试样耐蚀性能更优。究其原因为，SiC加入后引起晶粒细化、大角度晶界比例增多及铝基体连续性破坏，进而导致腐蚀速率减缓，耐蚀性能增强。此外，与SLM成形AlSi10Mg合金的硬度（103.58±7.41）HV_0.2相比，SLM成形SiC/AlSi10Mg复合材料的硬度（207.68±16.02）HV_0.2大约是前者的2倍，硬度明显提高，耐磨性能增强；SLM成形AlSi10Mg和SiC/AlSi10Mg的磨损机制均以磨料磨损和氧化磨损为主。

高强铝合金因具有高强度、低密度、优异的延展性和抗腐蚀性，成为了航空航天和汽车应用零件最常用的金属材料之一。电弧增材制造技术具有快速原位成形制造复杂结构零部件的能力，非常适用于中型或大型高强铝合金铝部件的制造。本文综合分析了高强铝合金电弧增材制造工艺和设备研发现状、高强铝合金电弧增材的固有属性和缺陷以及主要的性能优化手段，讨论了组织和性能的固有特征和复合增材制造技术对组织和性能的影响。针对电弧增材制造高强铝合金不可忽略的本质冶金缺陷、特征性能需求和多种优化工艺的优劣等问题，提出了电弧增材制造高强铝合金综合评价体系、成分设计和丝材开发、专用热处理制度和复合增材制造技术的协同性等发展方向，以期为电弧增材制造高强铝合金的性能提升和应用推广提供重要参考。

激光增材制造可以实现高性能复杂金属构件的一体化直接成形，但该过程中存在的非均匀温度梯度分布、微熔池的近快速凝固、原位热处理效应以及非平衡固态相变、微观结构的不均匀性等会产生复杂的残余应力，严重影响成形构件质量和综合性能。因此，本文围绕激光增材制造残余应力，首先介绍了残余应力的基本定义、分类及产生原因；然后针对激光增材制造过程中残余应力的特殊性、形成机理、表征方法及调控方法的研究现状进行了系统的综述，介绍了残余应力的表征方法及其特点，并说明了各方法的适用性及优缺点，总结了调控残余应力的方法可分为后处理调控和原位处理调控；最后，展望了研究激光增材制造残余应力的产生原因和演化机制应考虑几类应力的叠加效应。残余应力的表征应采用多种方法结合，相互辅助验证。为避免成形过程中应力集中影响成形质量以及避免后处理对构件精度产生影响，应重点研究原位调控残余应力的方法。

难熔高熵合金具有优异的高温力学性能，但高温抗氧化能力一直是其应用的限制因素之一。利用激光增材制造技术设计并制备AlNbTaTiZr，AlMoNbTiZr，AlMoNbTaTiZr和AlMo_0.5NbTa_0.5TiZr四种难熔高熵合金，测试其在900 ℃和1000 ℃两种温度下的氧化增重情况并研究不同试样的氧化层结构，对比分析Mo，Ta两种元素对AlNbTiZr基难熔高熵合金高温抗氧化性能的影响。结果表明：激光增材制造制备的四种高熵合金沉积态均为BCC＋HCP双相结构，枝晶干以高熔点BCC相为主，少量富含Al，Zr元素的HCP相分布在枝晶间；四种高熵合金在900 ℃与1000 ℃长时间氧化时AlNbTaTiZr表现出最佳的抗氧化性，以Ta替代Mo在一定程度上提升了难熔高熵合金的抗氧化性能。

由于7075铝合金主要组成元素的沸点较低、熔体的表面张力梯度较大，加之定向能量沉积（DED）工艺中常用的圆形高斯分布（CG）激光束斑能量分布的不均匀性，导致7075铝合金DED试样的成形质量普遍不佳，这极大限制了7075铝合金DED的进一步应用。通过激光光场模式调控，可以有效改变熔池的温度场、流场及其相应的凝固条件，从而提升激光增材制造试件的成形质量和微观组织的主动控制能力。采用离轴抛物积分镜将CG光场模式匀化为圆形平顶分布（CF）光场模式，并进一步将CF光场模式倾斜以获得横向椭圆平顶分布（TE）光场模式。利用这三种不同的光场模式激光分别制备了7075铝合金DED的单道熔覆、单壁墙及块体试样。结合数值模拟，揭示光场模式对成形质量及凝固组织的影响规律及其内在机理。模拟结果显示，将激光束斑从传统的CG光场模式调制为CF与TE光场模式后，激光在熔覆层表面的热通量均匀性得到显著改善，进而减小了熔体温度梯度，提高了凝固速率。与CG光场模式相比，成形质量方面，CF与TE光场模式下单壁墙和块体试样的表面成形质量得到显著提升，其中单壁墙的宽度变化大幅降低，块体试样水平方向的尺寸精度提高，此外块体试样的致密度分别从95.8%提升至97.2%与97.7%；凝固组织方面，织构得到显著弱化，并且晶粒尺寸减小约50%，同时晶粒内纳米析出相η相的数量也有所增加。

电弧增材制造是一种以金属丝材为填充材料，以电弧作为热源的新型制造技术，易于制造大型复杂零件。通过往复单向路径实验，发现单向路径制造的斜壁有更好的形貌，飞溅少且表面光滑，并在有限元软件中建立了往复、单向制造路径仿真模型并求解，仿真得到单向路径沉积温度267.4 ℃，沉积热应力357.4 MPa，往复路径沉积温度307.0 ℃，沉积热应力420.4 MPa，发现单向路径的热积累和热应力更低；以单向制造路径，采用电弧增材制造技术制备AM11，AM12，AM21三种不同斜率的斜壁样件，研究其组织和力学性能。结果表明：AM11，AM12，AM21的晶粒尺寸分别为35，39，42 μm；AM21薄壁晶粒中析出相β-Mg₁₇Al₁₂比另外两种样品多且分布均匀、拉伸断口的韧窝更大且更多；AM21与AM11显微硬度在81.5HV左右，均高于AM12的73.1HV；且AM21的斜壁样件的水平、竖直方向抗拉强度为255.7，224.4 MPa，屈服强度为103.8，96.0 MPa，伸长率达到13.1%，8.2%，抗拉强度与伸长率均大于AM11和AM12，但屈服强度接近。AM21斜率薄壁具有更好的强度和塑性，验证了镁合金电弧增材制造的斜壁越接近垂直，其强度、塑性等力学性能越好。

光固化3D打印技术的出现为制备复杂结构SiC陶瓷零部件提供了新的技术方案，但SiC高吸光、高折射率的特性导致其出现打印难固化的共性问题。通过在SiC陶瓷基体粉末中加入低吸光度、低折射率的SiO₂作为填料以改善SiC陶瓷浆料的固化性能和打印精度。研究了不同SiO₂添加量对浆料流变性、稳定性和固化性的影响及其作用机理，利用光固化3D打印技术制备出了高精度、表面质量好的素坯，对素坯的微观结构和性能进行了测试分析。结果表明：在SiC浆料中添加SiO₂能降低浆料的黏度、改善浆料的稳定性、提高浆料的固化性能；SiO₂的添加显著改善了SiC素坯的表面粗糙度，使素坯的抗弯强度先增大后减小。

为提升激光熔覆质量，建立以激光功率、扫描速度及送粉量为主要工艺参数的有限元分析过程，减少熔覆工艺参数优化的研发周期和经济成本。通过温度场和应力场模拟GX4CrNi13-4马氏体不锈钢激光熔覆数据对照实验结果的方法，验证不同参数下的成形质量，优化激光熔覆工艺参数。结果表明：为避免基体熔穿和高质量致密度，激光功率的调整范围应控制在1800~2000 W之间；增加送粉量可以有效降低温度和残余应力。3个工艺参数中激光功率是主要调控参数，对熔覆质量影响最大。综合致密度分析和显微硬度测试评估不同参数下样品的熔覆质量和残余应力分布，发现最佳工艺参数组合为激光功率1800 W、扫描速度10 mm/s以及送粉量10 g/min。实验结果与应力场模拟的趋势一致，进一步验证模拟数据的准确性。

采用钨极惰性气体保护（tungsten inert gas，TIG）焊获得了质量良好的大厚度Ti-6321钛合金焊接接头，对比热处理前后焊接接头熔融区、热影响区和母材区的微观组织变化，测试焊接接头的冲击性能、断裂韧度及拉伸性能，并与母材进行对比。结果表明：焊接接头熔融区退火前的组织由粗大β柱状晶组成，晶内为充分生长的针状马氏体α′相，热影响区为β基体和初生α相组成的等轴组织，β基体中析出针状马氏体α΄相；退火后，熔融区和热影响区β晶粒内部的马氏体α΄相完全转变为次生α相。Ti-6321钛合金焊接接头的冲击韧性，断裂韧度，抗拉强度及伸长率分别为80.3 J/cm²，113.00 MPa·m^1/2，873 MPa和9%，为母材的104.7%，84.1%，100%和67.7%，相比母材断口，接头冲击断口具有更为粗糙的阶梯形貌表面以及微观尺寸更小的等轴韧窝，而韧性断口表面整体更加平坦，且疲劳裂纹扩展区更窄。

氧化物共晶陶瓷以其优异的高比强度、耐高温、耐腐蚀、抗氧化和抗蠕变等独特性能, 被认为是超高温氧化腐蚀等极端环境下长期稳定服役的理想材料之一, 在新一代高推重比航空发动机高温热端结构部件中具有巨大的应用前景。激光增材制造技术已成为近年来制备高性能复杂结构部件最具潜力的前沿技术, 然而陶瓷在激光快速凝固过程中, 裂纹缺陷极易产生, 严重影响构件的成形质量和性能, 成为制约工程化应用的关键。本文综述了激光近净成形和激光粉末床熔融两种典型陶瓷激光增材制造技术, 分析对比了两种技术制备的不同形状陶瓷样件的裂纹形态特征, 重点从微观组织形态特征、应力状态等角度探讨了激光增材制造氧化物陶瓷裂纹的形成机理, 并进一步从工艺参数优化、成分设计、外场辅助等三个方面改善微观组织与减小热应力以抑制裂纹进行系统总结。最后指出氧化物共晶陶瓷激光增材制造在粉末特性、成形主次因素、成形技术研究等方面的未来发展趋势及突破方向。

Ti-6Al-4V合金因具有良好的强度、塑性、韧性、耐蚀性以及可焊性, 在航空航天以及化工装备制造领域具有广泛应用, 但其硬度以及耐磨性不高等性能短板, 一定程度上限制了其摩擦磨损工况下的服役寿命。本研究基于激光熔覆优化工艺方法, 增材制备具有TiC添加相的Ti-6Al-4V合金同质金属陶瓷熔覆层, 表征并验证TiC增强相对熔覆层组织以及基本力学性能的强化作用。结果表明：熔覆层主要物相包括α-Ti, β-Ti以及TiC, 其中TiC在熔覆层内过饱和析出, 且受熔覆层不同位置过冷度差异影响, 析出的TiC在熔覆层顶部以细小的颗粒状为主, 而在熔覆层中部则主要呈树枝及花瓣状析出, 熔覆层底部新增了麦穗状的析出形状, 而稀释区则未见明显TiC析出。熔覆层平均显微硬度为530HV_0.5, 较基体提升了61%；在35 N载荷下, 熔覆层平均摩擦因数为0.3583, 较基体降低了11%, 体积磨损率约为基材的87%, 磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损。

采用EHLA技术在45钢基材上制备TiC/IN625纳米复合涂层。分析不同热处理温度（800, 1000 ℃和1200 ℃）对TiC/IN625涂层微观组织、表面形貌、残余应力和耐腐蚀性的影响。结果表明：随着热处理温度的提升, 涂层偏析现象得到缓解。较HT0和HT800涂层, HT1000涂层中的Ti元素分布更加均匀。HT0涂层中的部分Laves相在HT1000涂层中开始溶解, 释放出Nb元素, 与C元素和Ti元素重新结合生成MC（M=Nb, Ti）碳化物。HT1200涂层表面微观组织中大尺寸的碳化物溶解, Ti元素和Ni等其他元素分布更加均匀, 并向枝晶间区域扩散。HT0涂层表面残余应力主要表现为残余拉应力, 其最大值为362 MPa。电化学腐蚀实验表明, 开路电位由HT0涂层的-0.139 V提高到HT1200涂层的-0.132 V。HT800, HT1000, HT1200涂层的电荷转移电阻（R_ct）比HT0涂层更大, 相较于HT0涂层的4.785×10⁵ Ω∙ cm²分别提高了46.2%, 31.2%和64.3%。

表面微图案结构成型技术作为实现材料表面纹理化并促进材料先进化、功能化的一种手段已经广泛应用到实际生产制造中。根据材料应用领域的差异, 表面微图案成型的主要方法包括热压花、化学蚀刻、电火花加工、光刻和3D打印。本文综述了不同表面微图案结构成型技术及制备表面纹理化功能材料的基本原理, 并列举其在光伏、电子信息、智能制造、超精密制造等领域的实际应用。总结了不同表面微图案结构成型技术的特点及适用范围, 提出了实现材料表面纹理化和功能化所面临的关键问题, 为表面微图案结构的微加工技术提供了一定参考。

为了拓展聚丙烯（polypropylene, PP）在3D打印技术中的应用, 并改善其力学性能, 采用熔融共混的方式将PP与聚对苯二甲酸乙二醇酯（Polyethylene terephthalate, PET）挤出, 制备PP/PET共混线材。分析不同PP, PET混合比例的共混线材的流变行为、结晶结构、熔融和结晶行为、微观形貌结构、力学性能以及3D打印试样的力学性能。结果表明：PP/PET共混物的黏度随剪切速率的提高而下降, 表现出切力变稀行为；在PP结晶过程中, PET充当成核剂的角色, 且没有改变PP的晶型；PP的熔融温度在150 ℃左右, 结晶温度随PET含量增加而提高；PP基体和PET分散相存在明显的“海-岛”结构, 其中PET为“岛”相, 直径为2~5 μm；共混线材的拉伸强度随PET含量的增加不断提高, 同时, 3D打印试样的拉伸强度和冲击强度提高, 而由于层间界面作用3D打印试样的力学性能普遍低于共混线材。

采用激光选区熔化成形（selective laser melting, SLM）技术制备TCGH（TC4+GH4169）复合材料, 探究TCGH钛合金复合材料的最佳成形工艺参数, 并研究沉积态试样和热处理试样的显微组织与力学性能。结果表明：TCGH钛合金复合材料的最佳工艺参数为扫描速率900 mm/s、激光功率150 W, 致密度达到99.5%以上。GH4169粉末的添加改变了TC4钛合金材料的固态相变行为, 沉积态组织呈现明显高温凝固特征, 使得逐行扫描搭接和逐层扫描堆积成形特征变得明显, 沿打印方向原始粗大柱状β晶粒尺寸明显减小, 复合材料抗拉强度提升。与沉积态试样相比, 950 ℃热处理后, 试样显微组织转变为近等轴组织, 同时随着热处理温度上升, 第二相的回溶导致复合材料的固溶强化作用占主导地位, 使得复合材料抗拉强度和塑性均得到提升。

开展激光选区熔化（selective laser melting, SLM）TC4合金高周疲劳行为实验研究, 对比分析两种取样方向（水平、垂直）、两种温度（室温、400 ℃）条件下合金的疲劳性能差异, 探索了通过热等静压（hot isostatic pressing, HIP）方式提升合金疲劳性能的可行性。结果表明：退火热处理后, 合金疲劳性能存在显著的各向异性, 垂直方向试样疲劳性能高于水平试样；相较于室温, 400 ℃条件下合金的疲劳寿命降低, 但仍存在各向异性；热等静压后, 合金的疲劳寿命呈现出一定程度的提升, 疲劳性能各向异性趋势减弱。断口分析显示, SLM TC4合金裂纹主要起源于表面与亚表面缺陷处, 以气孔为主, 统计分析表明, 垂直试样的源区缺陷尺寸要低于水平试样, 这是导致合金水平试样疲劳性能降低的主要原因；热等静压后, 合金水平和垂直试样裂纹均萌生于表面滑移处, 此时合金的孔隙率显著降低, 已无明显缺陷, 而缺陷数量的减少是合金疲劳性能提升的主要原因。

为了研究拓展Inconel718合金在高温环境下的应用, 使用激光熔覆在其表面制备Co/TiN复合涂层, 并结合XRD、SEM和EDS等分析方法, 探究其在室温和600 ℃下的摩擦学行为及800 ℃下的抗氧化性能。结果表明：制备的涂层硬度相对基体有所提高, 约为基体的1.3~1.4倍。另外, 涂层中的物相主要为固溶体及金属间化合物。对涂层的摩擦学性能进行测试, 当TiN添加量为4%（质量分数, 下同）时, 涂层的减摩性能最好；而添加量为6%时, 涂层的耐磨性最好, 磨损率最大可降低90.02%。此外, 氧化实验表明：Co/TiN复合涂层具有一定的抗氧化性能, 氧化速率为8.7634 mg²·cm^-4·h^-1, 与基体相差不大。由此说明该复合涂层在保留基体抗氧化性的同时, 能够大幅降低高温下的磨损率, 且磨损率随着TiN的增加而减小。通过磨损机理分析可知, 在600 ℃下各涂层均发生氧化磨损, 其表面氧化膜的产生一定程度上也有助于降低磨损率。