钴基/镍基高温合金，因其单一奥氏体组织、有害相少、高温下形成抗氧化膜等特性，具有较高的高温强度、良好的抗氧化/抗腐蚀性能、良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能，广泛地被用于航空发动机和燃气轮机的最热端部件。激光增材制造提供了有效的手段来制造几何结构复杂的高温合金零件，甚至功能梯度高温合金零件，在航天、航天、船舶、电力等领域有重要应用。由于激光增材制造过程中的物理过程复杂、参数众多，要成型出尺寸精度高、无缺陷、残余应力/变形低、微观组织致密细小、高力学性能的金属零件具有极高的挑战。目前，高温合金成型过程中的缺陷控制和组织成分控制是限制激光增材制造技术进一步发展的关键瓶颈问题，而这两方面问题都与熔池、特别是熔池的固/液界面上的能量与质量输运过程密切相关，如何理解和调控熔池内复杂的热质输运现象，是目前研究的主要趋势，也是突破目前技术的关键瓶颈，进一步提高激光增材制造的高温合金零件的强度、刚度、疲劳等力学性能极限的基础与前提。因此，本文结合工程领域重大需求和国内外现状趋势分析，针对多尺度的激光增材制造物理过程对象，凝炼出高温合金激光增材制造过程中热质输运及其对熔池凝固行为的影响的科学问题，其包括三个研究内容:　　首先，从介观尺度入手，提出了适用于多组分高温合金的热质输运数值模型，研究熔池内的热量和质量输运及其对固/液界面微观组织凝固的影响。通过计算温度梯度G和凝固速率R来预测高温合金微观组织的形态和尺寸。将基于混合平均(Mixture-averaged)方法的多组分传质方程引入非等温流体力学框架。获得了得到实验验证的钴基高温合金中的主要成分Fe、C、Co和Cr的传质特性和成分分布。　　之后，改进了液态金属的表面张力模型，考虑了高温合金激光增材制造过程中普遍存在的表面活性元素（硫元素）对熔池内热质输运的影响。研究了不同质量输入和能量输入条件下的硫元素传质和熔池对流传热行为。计算的硫元素成分分布和熔池尺寸得到相应实验结果的验证。发现并解释了由于硫元素传质导致的流动反转现象。　　进一步，将介观模型推广到宏观的多道多层模型，通过量纲分析简化了模型的气/液界面演化模型，减少了模型计算量和复杂程度，得到了镍基高温合金多层激光增材制造全过程的热质输运行为，并分析了多重热循环和多组分粉末添加对高温合金微观组织形态和尺寸及合金元素成分的影响。根据计算的熔池固/液界面处的温度分布、最大热流方向和凝固参数来评估和解释高温合金微观组织的演化。研究了合金元素重分布和传质过程，相关的实验结果验证了计算的熔池几何和元素分布。解释了凝固枝晶沿固-液界面最大热流方向竞争生长，冷却速率逐层下降导致枝晶长大，多层结构底部出现成分过渡区等现象。为高温合金激光增材制造的微观组织预测及成分调控提供了必要的理论和技术基础。