镍钛（NiTi）形状记忆合金因其具有优异形状记忆效应和伪弹性、高阻尼特性、良好的生物相容性等优点,在航空航天构件、生物医疗器械、仿生智能器件和武器装备系统等先进应用领域一直备受关注。然而,作为一种金属间化合物,NiTi合金的机加工性和可焊性较差,传统冷、热等机械加工工艺难以直接制造出中通流道、生物体模型、人体模拟骨骼和Y型血管支架等复杂形状的NiTi功能器件,这一问题极大地限制NiTi合金在仿生设计、制造与应用领域的发展。激光粉床熔化（LPBF）技术是当前最具潜力的金属复杂构件增材制造技术之一。LPBF增材制造技术基于器件的CAD数据,采用材料逐层累加的方法实现实体零件的快速直接制造,其用于金属制件增材制造具有加工精度高、材料性能优和表面质量好等优点,特别适合精细、形状复杂、高性能NiTi合金功能器件的制造,同时可显著降低产品的设计成本,缩短开发周期。历经多年研究,国内外学者们已经可以利用LPBF技术制备出无明显成型缺陷的NiTi合金及功能器件。然而,LPBF制备NiTi合金的力学性能与功能特性仍有不足,且有关该合金组织和相变的特征及形成机理尚不明确,相变行为与性能调控的理论基础也未建立。究其原因,LPBF独特制备过程使其成型的NiTi合金和器件的微观组织特征显著不同于传统商用NiTi合金,造成这些合金和器件的相变特征也显著不同,且一些研究传统NiTi合金的理论无法直接指导LPBF制备NiTi合金相关领域的研究。但迄今为止,针对LPBF制备NiTi合金组织演变、相变特征及性能优化等领域系统研究的报道较少,相关理论框架仍未形成,这些关键领域研究的不足与参考信息的缺失导致LPBF制备NiTi合金的加工与生产及其功能器件的设计、优化与应用面临诸多困难。本论文以LPBF制备的NiTi合金作为研究对象,系统研究该合金的微观组织特征和热弹性马氏体相变行为,揭示该合金独特组织和相变特征的形成机制,并探究热处理工艺对其微观组织和相变行为的调控规律。本工作还深入分析了LPBF制备具有复杂结构NiTi合金时面临的组织结构和性能尺寸依赖效应的形成机制,并根据前期相变调控的研究结果开发出一种热处理工艺用以消除尺寸依赖效应带来的不利影响。此外,本工作基于LPBF技术加工过程中独有的凝固和热历史特点,设计制造出一种具有“软-硬”双相耦合组织特征的NiTi合金。该材料具有高强性能且在高摩擦载荷下可回复形变,其具有自修复特征且耐磨性显著优于商业齿轮钢。本论文研究结果为LPBF制备NiTi合金微观组织和相变行为研究的提供有利参考,为其组织优化和性能调控提供理论基础,有望在NiTi合金功能器件的增材制造及其应用中发挥重要作用。本文研究的主要结论和创新结果如下:（1）利用LPBF技术制备出成型质量好、致密度高的NiTi合金,且可展现出高达15%的拉伸塑性,预变形6%后,形状回复率达到90%以上,力学与功能特性优异。（2）深入探究了基于激光粉床熔化（LPBF）技术增材制造NiTi形状记忆合金的微观组织及其形成机制,发现LPBF成型过程中“非平衡凝固、定向温度梯度以及循环快冷快热”等特殊的热特征赋予NiTi合金独特的微观组织特征。特别地,发现快速凝固和循环受热耦合诱导产生的位错具有独特的特征,并对后续热积累阶段的析出过程产生显著影响。（3）系统研究了LPBF制造NiTi合金独特热弹性马氏体相变特征,阐释了其相变过程和循环过程的组织演变规律,揭示了热处理工艺对相变行为的调控机理,为构建智能金属仿生增材制造知识框架提供了理论基础。原位TEM观察结果表明,LPBF制造NiTi合金中微观组织“小尺度多样、大尺度同源”的特征是造成其独特相变特征的主要原因。循环过程中LPBF诱导位错与孪晶发生反应后会生成压杆位错与位错锁结构,从而限制循环位错的产生与增殖,使LPBF制备NiTi合金具有较好的循环稳定性。热处理可以很好地调控该合金组织与相变特征,且LPBF加工过程中产生的残余应力会显著影响时效处理时的析出过程,但热处理后该合金循环稳定性变差。（4）揭示了LPBF加工时成型尺寸对NiTi合金仿生植入物微观组织和功能特性的影响机制,总结成型尺寸对组织演变、相变特征及形状记忆效应的影响规律,发现在773 K下时效30 min使组织均质化,可以有效地消除形状记忆效应尺寸依赖性带来的不利影响。（5）利用LPBF增材制造过程中凝固特征和热历史规律,开发了具有“刚-柔”双相耦合结构的新型高强超弹NiTi耐磨合金。该合金在压缩时展现出高达2 GPa的极限压缩应力,实现6%变形后的近乎完全回复,且在高载条件下的耐磨性是商用齿轮钢20CrMnTi耐磨性的2倍。