镍钛形状记忆合金是智能材料的典型代表,在温度和力的外场刺激下可展现出特有的形状记忆效应和超弹性,其在航空、航天、医学、民生及工程领域都有广泛的应用。随着社会发展和科技进步,多个应用领域都对具有复杂几何构造的新型镍钛形状记忆合金构件提出要求,然而镍钛合金机械加工性能较差,很难实现复杂几何形状构件的加工成型,大大限制了形状记忆合金的新型结构设计与开发。近年来,随着增材制造技术(即3D打印技术)的广泛开发和应用,复杂结构金属构件的制备和相关研究得到快速发展。激光选区熔融技术(SLM)是主流的金属3D打印技术,该技术通过专用软件对构件三维模型进行切片分层,获得各界面的轮廓数据后,利用高能激光根据轮廓数据逐层选择性熔化金属粉末,通过逐层铺粉,逐层熔化凝固堆积的方式,制造三维实体构件,是近年来快速发展起来的一种金属制品近净成形的新技术。本论文利用SLM技术制备最小曲面三重周期结构(即Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)的镍钛合金样品,详细分析了打印参数对镍钛合金构件的致密度、显微结构、晶体结构、相变行为和力学性能的影响,初步探索了热处理工艺对3D打印镍钛合金的相变性能改善作用,详细研究了不同晶型TMPS结构的力学性能特点和差异,阐明了TPMS结构的壁厚对3D打印镍钛构件的强度、塑性及超弹性的影响规律,探究了该结构的破坏模式和失效机理。研究结果表明,在激光功率(60 w和95 w)、扫描间距(110μm)和打印层厚(25μm)不变的情况下,激光扫描速率对镍钛合金的组织缺陷形成有显著影响。扫描速率越大,合金中孔洞和缺陷越少。当激光功率为60 w时,合金致密度在扫描速率高于360 mm/s时达到99%。同时,随着扫描速率增加,合金正相变峰值温度(M_p)由300 mm/s速率时的278 K降低至480 mm/s速率时的243 K。当激光功率为95 w时,合金致密度在扫描速率高于700 mm/s时达到99%,正相变峰值温度由475 mm/s速率时的253 K降低至850 mm/s速率时的233 K。3D打印实心镍钛合金的力学实验表明,打印态样品的室温拉伸强度和塑性分别为500 MPa和7%,压缩强度和塑性分别为1900 MPa和25%。在-50℃的低温压缩实验中,当能量密度相同时,60 w打印功率相比95 w其应力诱发马氏体再取向的临界应力值更高。在40℃和60℃的高温压缩实验中,60 w打印功率相比95 w其应力诱发马氏体相变的临界应力值更高。循环压缩实验表明,使用60 w打印和95 w打印均能获得部分室温超弹性,初始超弹性分别为5%和6.5%,随后超弹性随循环次数的增加而减小,并在10次循环后分别稳定在4.5%和6%,并且每次循环的能耗随着循环次数的增加而减小,并最后趋于平稳至2 J/cm~3。退火实验发现1000℃,2小时淬火的热处理条件最佳,热处理后相变吸热和放热峰都明显变窄,相变温度降低至-35℃,而相变潜热提升至1.5 J/g。退火后样品的应力诱发马氏体相变的临界应力值比打印态的应力值高出100 MPa左右,其在-5℃时压缩曲线的旗形超弹特征最明显,样品的超弹性达到6.8%。3D打印TPMS最小曲面镍钛合金力学实验结果表明,P曲面和G曲面的失效模式均为脆性断裂,但构件的塑性随着相对密度的增加明显变大,当P曲面的相对密度增加至36.73%时,塑性为14%,当G曲面的相对密度增加至42.77%时,塑性为19%。TPMS构件在受压过程中,塑性变形总是始于顶角或底角的晶胞处,随着应力的增加,变形向试件内部逐步延伸。当应力水平进一步升高时,初始裂纹形成于顶角或底角的晶包表面缺陷,随后更多裂纹沿45°剪切带方向快速形成和扩展,最终导致构件断裂失效。P曲面和G曲面的应力诱发马氏体正相变临界应力值、屈服强度都随着相对密度的增加而增加,其最大超弹性分别为6.97%和5.68%。在相对密度接近的条件下,P曲面比G曲面的应力诱发马氏体正相变值增加了24%,屈服强度增加了33%,回弹率增加了23%。