金刚石颗粒增强金属基复合材料同时具备金属和金刚石的优良特性，作为功能材料、耐磨材料等在众多领域有着重要应用。增材制造技术为金属/金刚石复合材料复杂构件的直接成形提供新途径，极大地增加构件设计的自由度。本文基于常用于制备金属/金刚石复合材料的激光选区熔化、激光熔覆、冷喷涂等几种典型增材制造技术，从粉末原料和成形过程的主要技术难点、应用场景等方面，介绍增材制造金属/金刚石复合材料的研究进展。着重讨论成形过程中金刚石飞溅及石墨化的产生原因、影响及主要解决方法，最后总结增材制造金属/金刚石复合材料面临的挑战和未来发展方向。面临的挑战主要表现在增材制造过程中，出现金刚石飞溅、金属与金刚石颗粒界面控制、金刚石石墨化、金刚石颗粒破损等问题。其中，需要解决的问题侧重于优化成形工艺，实现复合材料致密性、界面结合、金刚石防护等几方面协同控制。

开展激光熔覆Inconel 625（IN625）合金动态剪切力学特性及微观结构演化规律的研究，可以为材料力学性能优化提供理论指导。采用分离式霍普金森压杆（SHPB）对激光熔覆IN625合金开展不同环境温度（20、600、800 ℃和1000 ℃）和加载应变率（40000、60000 s⁻¹和80000 s⁻¹）下动态剪切实验，获得动态剪切应力-应变关系。结合扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）对加载前后材料的微观形貌和晶体结构进行表征。结果表明：激光熔覆IN625合金应变率强化效应和温度软化效应显著，高温下温度软化效应主导材料力学行为。相比于未加载试样，常温动态剪切实验使材料呈现明显的剪切织构，位错密度升高，平均晶粒尺寸减小，小角度晶界占比由29%增至85%。与常温加载相比，高温动态剪切实验使材料晶体择优取向强度和位错密度均降低，平均晶粒尺寸进一步减小，小角度晶界占比由85%降至73.5%。

光固化3D打印是增材制造领域中发展历史最为悠久，也是目前发展速度最快、应用最为广泛的技术之一。这项技术利用紫外光或其他形式的光源实现液态光敏聚合物的快速固化，制造出传统加工方法难以实现的具有复杂几何结构的产品。本文总结3D打印光固化聚合物材料的最新研究进展，涵盖不同类型的光固化聚合物材料，包括具有高重塑能力的热塑性聚合物、结构稳定性良好的热固性聚合物以及具有亲水性网络交联结构的水凝胶。此外，详细介绍光固化3D打印聚合物在生物医疗、柔性电子器件、软机器人、能源存储和航空航天等领域的研究与应用；还探讨光固化技术在4D打印中的应用，突出4D打印在动态材料和智能制造方面的潜力。未来，光固化3D打印技术将朝着高性能聚合物复合材料的研发、智能化与自动化打印系统的集成，以及与人工智能等前沿技术深度结合等方向迈进，不断推动其在高精尖领域和制造业中的应用与变革。

超声速飞机的发展对能够在300～500 ℃服役的耐热铝合金材料有迫切需求。然而，耐热铝合金的高温力学性能还无法满足实际应用需求，因此，需要从材料成分设计和显微结构控制等方面开展进一步的研究，提高耐热铝合金的综合力学性能。本文从微合金化设计和共晶合金两个方面综述了耐热铝合金的相关研究进展，并且展望了耐热铝合金研究的发展趋势。文章首先系统介绍了Al-Sc系、Al-Cu系、Al-Si系和Al-Mg系耐热铝合金的发展历史与研究现状，重点讨论了耐热铝合金的微合金化设计思想，以及过渡金属元素和稀土元素对析出相、组织结构和力学性能的影响。接着，全面总结了Al-Fe系、Al-Ni系、Al-Ce系和Al-Si系耐热共晶铝合金的发展现状，重点介绍了快速凝固技术和增材制造技术对发展耐热共晶铝合金产生的重要推动作用。最后，分析了新型耐热铝合金开发及应用所面临的主要问题，并从数据驱动的成分设计、高通量实验验证、工程应用研究和标准体系建设等角度探讨了未来耐热铝合金研究的发展趋势。

采用料浆烧结工艺在激光选区熔化成形Ta10W合金基体表面制备三层结构的钼-硅系高温抗氧化涂层，采用SEM和EDS表征合金基体及涂层的微观组织和元素分布，评价合金基体及涂层的拉伸性能、显微硬度和涂层结合强度。结果表明：激光选区熔化成形Ta10W合金表面涂层具有外层、次外层和内层三层结构，外层为TaSi₂和MoSi₂相，次外层为TaSi₂相和弥散分布的Ta₅Si₃相，内层为Ta₅Si₃相。涂层试样和去除涂层试样的屈服强度、抗拉强度和均匀伸长率分别为639、647 MPa、13.6%和602、675 MPa、22.7%。相比Ta10W合金基体试样，去除涂层试样的均匀伸长率增加了5.5%，其原因是涂层制备过程中的热作用消除了激光选区熔化成形Ta10W合金的残余应力。涂层试样的屈服强度增加了37 MPa，其原因是涂层的制备提高了屈服强度。涂层外层、次外层、内层和基体的硬度分别为550HV_0.2、1120HV_0.2、534HV_0.01和307HV_0.2。涂层平均结合强度高达63 MPa，远高于目前结合强度优异的陶瓷系和高熵合金系涂层。这是因为本研究中三层结构的钼-硅系高温抗氧化涂层与基体产生较好的冶金结合。

基于选区激光熔化工艺（selective laser melting，SLM）制备的316L不锈钢椭圆截面体心四方点阵结构（elliptic section body-centered tetragonal，E-BCT）是一种抗压性能增强型点阵结构。通过优化传统体心四方（body-centered tetragonal，BCT）点阵结构杆件截面形状，提升点阵结构的压缩性能。基于E-BCT点阵结构数学模型、理论受力模型和铁木辛柯梁理论推导出结构参数与相对密度、等效弹性模量的关系模型。通过选区激光熔化工艺制备不同截面半长轴的E-BCT点阵结构，完成该点阵的静态压缩实验与有限元仿真分析。研究表明，随着椭圆截面半长轴、截面形状系数的增长，E-BCT点阵结构相较于BCT点阵结构性能有较大提升。等效弹性模量最大提升637%，实验与理论、仿真平均误差分别为6.5%、5.1%；屈服强度最大提升654%，实验与仿真平均误差为5.4%；比刚度和比强度分别最大提升308%和321%。

通过光学显微镜下的原位拉伸实验和微尺度数字图像相关方法（μ-DIC）观测预腐蚀增材制造AlSi10Mg 的损伤演化和失效过程，并结合微观变形场演化、材料微观结构、三维腐蚀形貌和断口微观形貌等丰富的实验信息分析材料的微裂纹萌生和扩展行为。 结果表明：腐蚀坑周围和亚表面缺陷（由增材制造工艺引起）的应力集中导致微裂纹萌生；存在多个微裂纹同时萌生现象，源于关键损伤区域的裂纹扩展和合并主导了试件的最终破坏；材料微观结构和腐蚀形态对微裂纹扩展也存在重要影响。

增材制造技术为发展高性能高温合金材料及部件提供了新的途径。本工作开发一种适于增材制造工艺条件的γ′相强化CoNi基高温合金，并结合电子束熔化（electron beam melting ，EBM）技术的工艺参数优化，制备出无裂纹的合金块体材料。结果表明：扫描速度为2000 mm/s时，合金孔隙率最低，约为0.14%；打印态CoNi基合金显微组织为沿<001>方向生长的柱状晶粒，平均晶粒宽度约为235 μm，γ′相体积分数约为 30%；经过热等静压及固溶时效处理后，孔隙率进一步降低至约0.09%，柱状晶粒基本没有变化；γ′相的平均尺寸为（70±18） nm，体积分数为（32±3.6）%。室温拉伸实验结果表明，增材制造γʹ相强化CoNi基高温合金展示出优异的强塑性配合，展示出良好的工业应用前景。

将新兴高熵合金材料引入激光增材修复的先进智能制造之中，有望推动新一代材料与制造技术的深度融合发展，大幅提高原材料和能量的利用率，具有广泛的应用领域和极好的发展前景。本文介绍了高熵合金在激光增材修复中的应用现状，指出强度塑性有待提高、调控工艺有待优化、强化机理有待明确是高熵合金在激光增材修复中拓展应用解决的关键科学问题。探究高熵合金熔覆涂层金属强韧化机制，明确熔覆涂层的材料、工艺、组织结构和宏观性能之间基本对应关系，获取完整有效的高熵合金成分预测方法，创新合金体系设计、优化调整控制工艺，获得适用于极端服役环境且成本低廉的高性能熔覆涂层是未来的主要研究热点和发展趋势。

利用激光选区熔化（selective laser melting，SLM）技术可近净成形GH3536合金复杂零件，其高温力学性能是能否安全服役的重要考量指标，本工作研究热处理对SLM成形 GH3536合金的微观组织与高温拉伸性能的影响。在1225 ℃下进行1 h热处理以探究组织性能调控机制，测试GH3536增材试样沉积态与热处理态高温下的拉伸性能，采用扫描电镜研究热处理前后增材GH3536试样的微观组织演变。结果表明：热处理可有效消除晶粒内部的胞状亚晶结构，使位错滑移能力显著增强，其在室温、650、815 ℃环境下断裂伸长率分别提高75%、92%、683%；另外，柱状晶纵横比的减小使热处理试样的各向异性显著降低；断口分析表明随着拉伸环境温度的增加，热处理试样的断裂模式由沿晶断裂转变为混合断裂。

先进航空发动机高压压气机550～600 ℃环境使用的关键/重要件对600 ℃高温钛合金提出迫切需求。但是，难成形的复杂构件以及梯度/复合结构与功能一体化构件等的制造，采用传统铸造、锻造等工艺技术难以满足需求和研发要求。增材制造是先进制造技术的典型代表，拥有材料设计-制造一体化、复杂设计-定制一体化等独特优势，为600 ℃高温钛合金新材料/新技术研发提供了新的途径。目前国内外已开始关注通过增材制造的方式制备600 ℃高温钛合金，重点研究材料-工艺-组织-性能的关系。本文首先简要回顾600 ℃高温钛合金研究，其次重点介绍不同增材制造工艺下600 ℃高温钛合金沉积态和后处理态的微观组织特点；在综合性能研究方面，列举并分析拉伸性能、蠕变性能、热疲劳性能和抗氧化性能等关键性能；在复杂设计/复合结构章节，论述以600 ℃高温钛合金为基体的复合材料和梯度结构增材制造的研究进展。最后，对增材制造600 ℃高温钛合金材料开发、复合工艺探索、缺陷控制和性能评价标准建立等研究方向进行展望。

K403镍基高温合金具有优异的室温和高温综合性能，广泛用于航空发动机涡轮叶片及导向器的制造。针对涡轮叶片长期服役于复杂工况产生的裂纹缺陷等问题，本工作先对钨极氩弧（tungsten inert gas，TIG）焊和激光熔覆两种工艺修复后的组织与拉伸性能展开对比分析，而后使用激光熔覆工艺修复叶片，并进行无损检测。利用OM、SEM观察微观组织、断口形貌，利用EDS进行相的成分分析。结果表明：TIG焊修复工艺在修复界面区附近易产生微裂纹缺陷，主要碳化物相和低熔点共晶组织引起；激光熔覆工艺修复区域的晶粒与组织更加均匀，微裂纹缺陷更易得到控制；激光熔覆工艺修复的试样综合力学性能明显高于TIG焊修复工艺的试样，且激光熔覆工艺具有较好的工艺稳定性，TIG焊修复工艺的室温拉伸强度为K403母材强度的69.22%，激光熔覆修复工艺室温抗拉强度达到了母材的87.44%，断口形貌显示修复区域的室温拉伸断口呈现出混合断裂特征，高温拉伸断口呈现出沿晶断裂的特征。修复区域的微裂纹、局部液相不足缺陷和碳化物是拉伸断裂的主要原因。激光熔覆修复工艺具有热源集中、热影响区小的优势，能够有效抑制修复区缺陷并细化微观组织，在叶片修复方面具有更大优势。使用激光熔覆修复工艺完成了叶片试车过程产生的边缘板裂纹损伤修复，经过荧光检测及煤油-白垩检测，满足相关使用要求。

通过改变激光选区熔化成形工艺，即激光功率和扫描速度，制备多个GH4169试样。采用金相法观察显微组织及其内部缺陷的形貌与分布，采用X射线断层成像获得试样孔隙率，并统计分析缺陷三维特征，研究成形工艺与缺陷特征的相关性。结果表明：当能量输入密度为59.1 J/mm³的优化工艺时成形试样中互相搭接的熔道形貌齐整、随机分布的规则气孔尺寸小于30 μm、致密度高达99.9998%。在较窄的工艺窗口下（220～300 W、700～1300 mm/s），试样致密度对扫描速度更为敏感，高扫描速度易形成分布在熔道搭接区内极不规则的未熔合。偏离优化工艺时，缺陷数量增多，部分缺陷尺寸大于30 μm，其中高激光功率形成的气孔形状或高扫描速度形成的未熔合形状都与各自的尺寸密切相关，即尺寸越大，形状越不规则，产生的不利影响要远大于规则气孔。

研究热处理制度对激光选区熔化成形GH4169合金组织及高温力学性能的影响。通过自主研发的SEM原位加热拉伸测试平台，探究热处理前后650 ℃合金力学性能变化与动态组织演变的关系。结果表明：热处理后合金的晶粒形态由柱状晶转化为等轴晶，Laves相溶解，析出大量γ′和γ′′强化相；在650 ℃下，沉积态合金的屈服强度和抗拉强度分别为574 MPa和740 MPa，热处理态（HSA态）合金的屈服强度和抗拉强度分别为818 MPa和892 MPa，较沉积态分别提升了42.5%和20.1%；沉积态合金表面晶粒起伏更大，协调变形能力更强，塑性流动能力好；裂纹在Laves相周围萌生沿枝状晶向最大切应力方向扩展，样品颈缩后发生剪切断裂；HSA态裂纹在碳化物周围萌生沿晶界扩展，断裂方式为沿晶和穿晶相结合的混合断裂。

GH3536和GH4169镍基高温合金常用来制造航空发动机等热端部件。采用激光选区熔化（selective laser melting，SLM）最优工艺参数制备GH3536和GH4169合金试样，研究不同均匀化温度和保温时间对两种合金组织演变、平均晶粒尺寸和性能的影响，利用OM、SEM、EDS等方法表征其缺陷特征和微观组织，利用维氏硬度仪测试合金的显微硬度。结果表明：成形态GH3536合金中存在更多缺陷，包括气孔、裂纹和未熔合；成形态GH4169合金中只存在气孔。均匀化处理使合金熔池消失，使晶粒长大成为等轴晶。GH3536合金晶界和晶内有M₂₃C₆析出，GH4169合金晶界和晶内有NbC析出，随着均匀化温度升高，析出物明显减少。GH3536合金的平均晶粒尺寸从1130 ℃，1 h的48.5 μm增大到1250 ℃，4 h的100.9 μm，增大了106.8%；GH4169的平均晶粒尺寸从1080 ℃，1 h时的57 μm增大到1200 ℃，4 h时的87.4 μm，增加了53.3%。GH3536合金经过均匀化处理后显微硬度下降明显，由原来262HV下降到180～190HV；与之相反，GH4169合金经过均匀化处理后硬度提高，显微硬度均保持在430～450HV之间，明显高于成形态试样的313HV。

研究激光选区熔化（selective laser melting，SLM）技术成形Al-Mg-Sc-Zr合金材料不同取向的显微组织特征、拉伸和损伤容限性能。结果表明：YZ截面为细小的等轴晶和粗大的柱状晶组成的双峰组织，XY截面由细小的等轴晶组成；0°和90°方向屈服强度、抗拉强度均超过500 MPa，各向异性较小，但堆积层间存在的未熔合缺陷使得90°方向断裂伸长率明显低于0°方向；0°和90°CT试样K_IC分别为21.41 MPa·m^1/2和20.89 MPa·m^1/2，在柱状晶区域裂纹扩展阻抗低，导致90°CT试样K_IC稍小；显微组织和缺陷是影响裂纹扩展性能各向异性的主要因素，在近门槛区未熔合缺陷起主导作用，当裂纹面平行于水平方向时裂纹扩展速率更快；在稳态扩展区显微组织的影响起主导作用，当裂纹面平行于水平方向时为穿晶断裂，裂纹扩展阻抗较高，裂纹扩展速率较低。

为了明确超高速激光熔化沉积Al-Mg-Sc高强铝合金的沉积态组织及力学性能特征，以7075铝合金为基体，采用自主开发的LDF3000-40型激光熔化沉积设备制备Al-Mg-Sc高强铝合金，探究激光扫描速度对材料微观组织与室温拉伸性能的影响。结果表明：超高速激光熔化沉积样品均无明显裂纹，但含有少量小尺寸气孔。沉积态组织由细小的α-Al等轴晶及弥散分布的Al₃（Sc，Zr）颗粒构成。利用数值模拟进一步研究扫描速度对力学性能的影响，发现在0.1～1 m/s范围内，较高的激光扫描速度能减少粉末材料的堆积，降低沉积层表面的孔隙率，因此可以提高力学性能。沉积态样品最大抗拉强度为303 MPa，断裂伸长率为22.5%。

镍基高温合金是涡轮发动机和燃气轮机中的重要结构材料，然而其制件传统加工过程复杂、成本高昂且原材料利用率不高。电子束粉末床熔融（electron beam powder bed fusion，EBPBF）技术能够实现复杂结构制件近净成形，是一种高温合金成形的新方案。EBPBF技术实现了以Inconel 718、Inconel 625为代表的高温合金材料构件的成形，并且发展至能够成形无裂纹的高比例γ′相难焊镍基高温合金，甚至直接制备单晶体镍基高温合金构件，材料的性能达到了传统铸锻件的水平。本文回顾近年来以EBPBF镍基高温合金作为研究对象的相关文献，从工艺过程、组织调控、力学性能等角度对EBPBF制备镍基高温合金构件研究现状进行分析总结，并对未来的研究工作提出了展望。

GH4169合金通常于高温环境下服役，增材制造的GH4169合金高温性能往往低于锻件标准，影响其服役安全性，有必要通过热处理手段提高其安全性。采用激光选区熔化技术（SLM）制备GH4169合金，利用金相显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）等表征手段，探究热等静压热处理工艺对SLM成形GH4169合金微观组织、高温拉伸性能和高温持久性能的影响。结果表明：与常规热处理工艺相比，经过热等静压处理后的GH4169合金晶粒为等轴晶，气孔基本消失，Laves相基本消失，短棒状δ相在晶界处更加连续，颗粒状γ''相在晶粒内部大量析出，晶粒得到明显细化。热等静压处理后GH4169合金在扫描方向与沉积方向上的650 ℃抗拉强度分别为1053 MPa和1051 MPa，断后伸长率分别为8.6%和8.5%；高温持久时间分别为1620 min和2065 min，高温持久时间分别提升了90倍和30倍。高温抗拉强度和高温持久时间均高于锻件的性能指标，断后伸长率尚未超过锻件标准。

镍基高温合金具有良好的高温性能，被广泛用于航空发动机与燃气轮机热端部件的制造。增材制造逐点快速熔凝、逐层累积堆叠的工艺特点，不仅可实现高性能复杂结构零件的快速制造，还可用于损伤零件的高效率、高质量修复。目前，增材制造技术已逐渐成为镍基高温合金零件制备及修复的重要技术途径之一。本文综述了增材制造镍基高温合金在显微组织与冶金缺陷研究方面的进展，总结现有文献中GH3536、GH3625和GH4169三种常用镍基高温合金的拉伸性能，介绍增材制造镍基高温合金零件在航空发动机及燃气轮机中的典型应用案例。最后，针对现有研究存在的问题及制约增材制造镍基高温合金零件应用的困难，提出从设计增材制造专用镍基高温合金成分、建立增材制造镍基高温合金专用热处理/热等静压工艺、开发单晶镍基高温合金增材制造技术、发展增材制造实时监测控制技术、创新增材制造零件内表面处理技术等方面，进一步促进增材制造镍基高温合金零件的工程应用。

增材制造是一种集激光、数字化、材料等学科为一体的新型制造技术，具有降维制造、复杂成型、材料利用率高等优点，是材料加工领域中最具应用前景的技术之一，金属增材制造技术已在航空领域得到广泛研究和应用，国内外学者在航空金属材料增材制造方面的研究不断深入。中国航发增材制造技术创新中心在金属增材制造结构四要素——组织、缺陷、表面、构型方面开展了大量研究并获得一些数据，发现了一些现象和规律，包括组织接续生长特征及其对力学性能的影响；典型材料增材制造常见缺陷（气孔、裂纹、未熔合）特征、形成原因及其对力学性能特别是疲劳性能的影响机制；零件表面粗糙度与成形角度的关系及对疲劳性能的影响；金属增材制造构型的影响因素。在此基础上，总结了金属增材制造发展中存在的问题，对下一步重点提出了建议，并对未来研究工作提出了展望。

金属增材制造技术及产品在航空领域中有广阔应用前景，其中既需要结构尺度上的优化设计也需要材料尺度上的精细控制和高效利用。材料微结构作为金属增材制造的典型特征之一，会对材料带来不可避免的性能影响。研究表明，一方面增材制造材料的均匀性、韧性、疲劳断裂特性常常不如传统材料，而另一方面其强度、硬度、耐磨损性能等又往往较传统材料更高，这是微纳米尺度中的尺度效应对具有微结构的金属材料带来的显著影响。在不同的微观非均匀性的情况下，材料能够在强度与韧性间得到一个更优的平衡，而这些方法和成果同时非常适用于增材制造金属材料。因此，增材制造的工艺特性以及人为设计所引入的非均匀结构有望显著提升金属材料的综合性能，对于航空领域的金属增材制造的应用具有重要的指导价值，但其中的许多问题尚不明晰，与材料的其他性能间的协同和拮抗关系还值得进一步研究。

热塑性复合材料具有较高的韧性与损伤容限以及良好的抗冲击性能。采用增材制造技术成形热塑性复合材料可实现高性能复杂构件的无模具精确成形，在航空航天等领域具有广阔的应用前景。本文介绍短切纤维增强与连续纤维增强热塑性复合材料增材制造技术的研究进展，比较不同树脂/纤维材料的成形工艺与力学性能，含有10%短切碳纤维的增材制造PEEK材料的拉伸强度达到109 MPa，模量为7.4 GPa，相比纯PEEK材料提升了85%。对于连续碳纤维增强ABS复合材料，当纤维含量为10%左右时，拉伸强度达到147 MPa，模量为4.185 GPa，分别是纯ABS材料的5倍与2倍。根据不同的工艺与材料体系，国内外开发的先进热塑性复合材料增材制造设备向大型化、集成化发展。最后，从材料、设备、工艺、应用的角度对连续/短切纤维增强热塑性复材增材制造的发展趋势进行展望与建议。

针对Ti₂AlNb合金进行直接固态扩散焊，研究压力对合金扩散焊接头组织与性能的影响，使用扫描电镜分析焊接接头的显微组织随压力的变化规律，对不同压力下的焊接接头进行室温拉伸实验，分析接头性能随压力的变化趋势以及接头的断裂机制。结果表明：随着压力的增加，试样表面的变形量增大，在高温下变形区域发生动态回复与再结晶，促进了连接面处孔洞的愈合，焊合率因此逐渐升高；Ti₂AlNb合金扩散焊接头可以分为再结晶区、变形区以及母材三部分，其中再结晶区主要由等轴的B2相以及α₂相组成，随着扩散焊压力的增加，再结晶区的宽度明显变宽；焊接接头的强度随着压力的增加先升高后下降。当焊接工艺参数为960 ℃-60 MPa-120 min时获得的焊接接头性能最好，其抗拉强度为972 MPa，达到母材强度的98%；过大的压力使得再结晶晶粒粗化，且再结晶区和变形区交界处产生裂纹，导致接头性能反而恶化。

在当前的航空产业中，激光熔覆是一种理想的TC4合金部件修复和表面处理技术，在工艺方面具有优于传统金属修复技术的优势。本工作在功率2 kW下，通过不同的激光扫描速度，对合金试件表面进行激光熔覆修复加工，检测分析修复后表面的金相组织变化、电化学腐蚀性能和力学性能变化。结果表明：在激光修复过程中发生了显著的显微形貌变化；激光扫描速度为150 mm/min的修复表面耐腐蚀性能最佳； 200 mm/min的修复表面显微硬度和耐磨性能最佳。

激光增材制造支持结构设计创新、快速研制和验证，是当前航空装备领域最具代表性的增材制造方法，其中激光选区熔化主要应用于复杂精密功能结构的精确近净成形制造，激光直接沉积主要用于大尺寸复杂承载结构的制造。为支撑航空领域增材制造技术发展的战略布局，本文对激光增材制造现状和发展趋势进行梳理，指出增材制造发展重点必然会转向产品的冶金质量、力学性能及其稳定性控制方面，增材制造设备的在线监测、参数自整定控制等智能化功能的研究开发正成为设备的研发热点，基于损伤失效分析、寿命预测研究的增材制件力学行为研究以及基于元件、特征结构的性能考核验证技术，开始引起工程应用部门的关注。在对技术发展趋势分析的基础上，提出2035年航空领域激光增材制造技术发展目标和相应的政策和环境支撑、保障需求，并给出2035年技术发展路线图建议。

电弧熔丝增材制造技术（wire arc additive manufacturing，WAAM）是一种高沉积效率的增材制造技术，采用逐层堆积的方式制备多种高性能的金属结构件，针对航空装备的大型、中等复杂的铝合金、钛合金WAAM成形技术的研究获得广泛关注。本文对WAAM技术定义、技术分类、成形系统及原理进行论述，综述了近年来国内外航空航天领域WAAM成形铝合金、钛合金的组织特性、冶金缺陷及质量改善、典型构件技术应用等方面的研究进展，分析了目前航空装备的大型、中等复杂构件WAAM成形技术所面临的关键共性问题，并提出了2035年WAAM成形技术路线规划图。

增材制造技术在航空装备领域具有广泛的发展前景。作为重要的金属增材制造工艺方法，电子束增材制造正处于快速发展阶段。电子束熔丝增材制造技术可满足航空大尺寸结构件的快速低成本制造，并可用于高价值零件的修复。电子束选区熔化增材制造技术在复杂结构以及难熔合金制件的制造方面具有显著优势。本文在对国内外电子束增材制造技术现状和发展趋势分析的基础上，从发展需求、目标、共性关键技术、应用、战略支撑与保障5个方面综合分析，绘制了面向2035年的航空装备电子束增材制造技术路线图，以期为航空装备电子束增材制造技术发展提供参考。

激光增材修复技术适用于军用飞机金属零件的快速高效修复，是延长飞行服役年限和提升自主航空维修能力的重要推力。本文介绍了选区激光熔化成形、激光直接沉积成形、激光熔覆以及激光-电弧复合增材制造等激光增材修复技术特点，阐述了激光增材修复过程中常见的塌边、表面球化、气孔以及裂纹等不同尺度缺陷类型并提出了相应的调控方法，总结了激光能量密度、搭接率、填充材料供给速度、保护气体流量、时间参数和扫描路径等激光增材修复技术工艺优化特点以及施加外加能场和优化设计专用填充材料改善修复性能。最后，列举了激光增材修复技术在飞机机翼梁、涡轮叶盘、单晶叶片以及起落架等金属部件维修中的应用，并对激光增材修复技术在辅助系统设计、多能场融合、评价标准制定以及可移动激光增减材修复设备研发等未来的研究重点和趋势进行了探讨。

Ti-6Al-4V(TC4)钛合金是一种使用较为广泛的α+β型两相钛合金，然而，由于增材制造钛合金存在微观缺陷，导致其机械性能低于锻造水平，通常需要进行后处理。本文综述增材制造过程中常见的工艺参数如能量输入功率、扫描策略等以及其他工艺参数如保护气种类、基板厚度、粉末粒度等因素对钛合金微观结构和综合性能的影响，并综合分析增材制造常见的后热处理方式对微观结构与力学性能影响，归纳了新型后热处理方式，如真空热处理、循环热处理等以及多种后处理与热处理综合使用的效果。对增材制造工艺参数的合理选择以及后热处理方式的应用是获得性能优良的钛合金构件的基础，将多种热处理方式综合使用，或将其他后处理方式与热处理综合使用是进一步提升增材制造钛合金构件性能的有效途径，建立一个增材制造工艺参数和后处理工艺统一选择标准则是增材制造领域未来发展的关键。

采用高纯度W箔中间层复合AgCuTi活性钎料对镍基高温合金（GH4169）与Si₃N₄陶瓷进行连接，系统研究接头的微观界面结构以及钎焊温度对GH4169/Si₃N₄钎焊接头组织和力学性能的影响。结果表明：采用AgCuTi+W复合钎料可实现GH4169/Si₃N₄钎焊接头的有效连接，其接头组织成分为GH4169/TiNi₃+TiCu+TiCu₂+Ag(s, s)+Cu(s, s)+W+TiN+Ti₅Si₃/Si₃N₄；钎焊温度对接头组织和力学性能有显著影响。当钎焊温度较低时，液态钎料中的Ti元素扩散到陶瓷与钎料界面的较少，没有形成明显的反应层；当钎焊温度增加到880 ℃时，Ti元素富集在陶瓷侧反应生成厚度为2 μm的TiN和Ti₅Si₃反应层，此时接头的剪切强度最高，达到190.9 MPa。随着钎焊温度的升高，脆性化合物增多，使接头的力学性能大幅降低；断口结果表明在剪切过程中，裂纹在中间层萌生，后扩散至Si₃N₄陶瓷基体内，最终在Si₃N₄母材内发生断裂。

高熵合金由于其新颖的设计理念及特殊性能，成为材料科学领域内新的研究热点。目前高熵合金的研究与应用还主要局限在材料的制备与合成方面，随着其在工业领域的广泛应用，必然涉及高熵合金在焊接领域的研究。本文从高熵合金同种材料的焊接、高熵合金和异种材料之间的焊接以及高熵合金作为填充材料进行异种材料之间的焊接三个方面展开叙述，重点分析焊接方法、高熵合金组分、焊接初始状态及焊接参数等因素对接头组织和性能的影响，特别在高熵合金作为填充材料时，利用高熵效应和迟滞扩散效应进行的界面调控尤为重要；对不同制备方法下的高熵合金涂层进行细致分析，介绍熔覆工艺、添加微量元素以及后热处理的影响，着重对比激光熔覆工艺下高熵合金涂层的耐磨性；通过对高熵合金在焊接领域的研究与应用进行总结，提出目前存在的问题主要是尚未建立高熵合金体系和焊接工艺间的对应标准及阐明缺陷的形成机理；并对未来高熵合金在焊接领域的重点研究方向进行了展望。

采用选区激光熔化技术（SLM）制备GH3536高温合金试样，通过改变激光功率和扫描速度研究工艺参数对成形试样密度、显微缺陷和表面质量的影响。结果表明：当激光能量密度从46.3 J/mm³增加到243.1 J/mm³时，成形试样密度得到显著提高并在8.30~8.35 g/cm³范围内波动，随着输入的激光能量进一步增加试样密度又略微下降。通过金相观察发现当输入激光能量不足时，试样内部存在大量不规则孔洞缺陷，然而当输入激光能量过高时，试样内部出现了许多分布均匀的微裂纹和气孔，说明激光能量过高或过低都会降低成形试样的致密度。进一步对成形试样表面黏附的飞溅颗粒统计分析后，确定了SLM成形GH3536合金的最佳工艺参数，对该参数下成形的试样进行室温拉伸性能测试，得到了具有良好室温拉伸力学性能的GH3536高温合金材料。

激光选区熔化（selective laser melting, SLM）成形的轻质高刚度金属点阵夹芯结构在航空航天、军工等领域具有重要的应用前景。通过有限元分析（finite element analysis, FEA）和理论方法分析不同芯子间距和芯子排列方向的正方形点阵夹芯板在三点弯曲下的响应，并通过激光选区熔化成形的实验样品对仿真结果进行验证。结果表明：当芯子间距在一定范围内时，芯子间距与柱面弯曲刚度呈现线性关系；当相对密度在一定范围内时，0°正方形点阵夹芯板和45°正方形点阵夹芯板在相同相对密度下的柱面弯曲刚度基本一致；随着芯子间距的增大，应力集中区域由压头下的面板转移到芯子的两端；根据应力分布状态可提出三点弯曲下载荷-挠度曲线的屈服和稳定塑性变形阶段初始载荷预测公式；实验与仿真结果吻合度较高，表明能够通过有限元分析对点阵夹芯板三点弯曲变形和力学性能进行有效预测。

WC是有效提升TC4合金表面摩擦学性能的熔覆合成材料之一，但其易在涂层中残留未熔颗粒，影响涂层的质量与性能。本研究采用同轴送粉激光熔覆技术，在TC4表面制备5%，10 %和15 %（质量分数/%）WC的TC4+WC钛基耐磨涂层，分析研究涂层的宏微观组织、显微硬度及摩擦学性能，重点揭示WC在熔池中的熔解和残留机制。结果表明：WC添加未影响涂层生成相种类，析出相主要包括原位TiC和基体相α-Ti、β-Ti，其中TiC与涂层中残留WC颗粒形成了共格包覆镶嵌结构相，阻止WC在熔池中的进一步熔解，导致WC在涂层中产生残留、团聚现象；WC添加量与涂层显微硬度呈正相关分布；随着材料体系中WC含量逐渐增加，涂层耐磨性能逐步提高，三个WC添加量涂层磨损率较TC4基材分别下降了约21.1%、38.2%和56.1%，但残留WC导致涂层摩擦磨损过程产生局部应力集中，摩擦学性能出现明显波动。

针对飞机用30CrMnSiA高强钢拉杆的修复需求，以气雾化30CrMnSiA钢合金粉末为熔覆材料，开展激光熔覆工艺研究及拉杆修复。对比不同工艺参数对成形质量的影响，研究最优工艺下焊接接头熔覆区的组织、力学性能以及熔覆层的耐磨损性能，并采用最优工艺对拉杆受损伤部位进行修复及尺寸测量。结果表明：采用最优激光熔覆工艺，可获得与基体冶金结合良好、组织致密的熔覆层，熔覆层由呈柱状或蜂窝状的铁素体及周边的马氏体组成；接头熔覆区的显微硬度在475HV左右，高于基体约36%；熔覆接头平均抗拉强度相比母材增加约9%；耐磨性实验中，激光熔覆试样与30CrMnSiA钢锻件相比磨痕深度减小27.7%，磨痕宽度也减小35.2%，具有更好的耐磨损性能。采用最优激光熔覆工艺获得了熔覆质量良好、尺寸符合要求且基本无热变形的修复拉杆。

长寿命民机及地面燃气轮机涡轮叶片在工作过程中长期受到高温氧化的影响，使其在复杂工况下表面强度大幅度降低，服役寿命明显缩短，因此高温抗氧化性能是涡轮叶片应用中必须考虑的重要性能指标。本课题研究毫秒和皮秒激光加工工艺下DD406镍基单晶高温合金气膜孔结构在980 ℃和1100 ℃下的高温氧化行为，得到相应定量氧化动力学以及氧化物微观组织结构演化规律，揭示不同制孔工艺下气膜孔结构的氧化机理差异，为服役工况下叶片强度寿命模型的建立提供基础。结果表明：毫秒工艺下的气膜孔结构氧化速率显著高于皮秒工艺，不同工艺的氧化动力学曲线均遵循抛物线或直线规律；毫秒工艺下，氧化初期外层快速生成(Ni, Co)O，此阶段反应速率主要由NiO的生长过程控制，之后形成典型(Ni, Co)O-尖晶石相层-α-Al₂O₃典型三层结构；内α-Al₂O₃层下方及γ'相消失层存在较多孔洞，导致氧化层易剥落；皮秒工艺下，氧化初期快速生成不连续α-Al₂O₃，随后相互连接，形成连续致密α-Al₂O₃层。

研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding，LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征，利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明：接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶，焊接过程中WZ温度超过β转变点，焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α；TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力，使得接头形成的热力影响区(TMAZ) 较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎，焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α；毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征，但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散，层间β消耗，初生α长大；WZ组织的细晶强化和第二相强化，TMAZ组织的应变强化和第二相强化，以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。

采用6061-T651铝合金圆棒进行摩擦挤压增材制造（friction extrusion additive manufacturing，FEAM ）工艺实验研究，探讨和分析不同主轴转速对单道双层增材试样的增材成形、组织特征和力学性能的影响规律。结果表明：对给定横向移动速度300 mm/min，采用主轴转速为600 r/min和800 r/min均能获得完全致密无任何内部缺陷、厚度分别为2 mm和4 mm的单道双层增材试样，增材整体由细小等轴晶粒组成，增材层间实现冶金连接；800 r/min下工具轴肩的摩擦挤压作用降低，增材层间结合界面呈平直状，塑化金属流动不充分，沉积层宽度较窄、表面成形更粗糙；600 r/min下结合界面经历的塑性变形和热循环更为显著，晶粒细化至6.0 μm，但增材界面区软化程度较严重，硬度仅为增材棒料母材的52.7%~56.2%，而800 r/min下界面区的硬度能够达到母材的56.0%~61.3%；在600 r/min和800 r/min下，增材试样均具有优良的综合力学性能，抗拉强度分别达到增材棒料母材6061-T651的66%和70%，而断后伸长率明显较高，分别为母材的212%和169%；与目前其他增材工艺力学性能比较均具有明显的优势。

基于传统制造技术的“经典”结构质量大、疲劳薄弱部位多，难以满足未来战机的研制需求。基于增材制造技术特征优势开发的创新结构（三维承载整体结构、仿生构型结构、梯度金属结构、微桁架点阵结构）突破传统结构的束缚，具有轻量化、长寿命、低成本等特征，可大幅度提升机体平台品质，为未来新型战机研制提供有效的技术途径。本文以燃油管接头、环形散热器、三维框梁整体结构为例，阐述增材新型结构设计制造一体化开发全过程；对比原传统制造方案，可取得大幅度减重、成品率提升、疲劳薄弱部位减少等显著效益。此外，还探讨了光纤传感、建筑工程结构等跨领域技术对战机结构创新的借鉴意义。