高性能航空航天发动机关键零部件对材料体系的设计及制造需求日益提高,以满足飞行器更高的性能要求。新型进气道设计采用TA15/Ti2Al Nb异种材料制备,其中500℃以下服役的中低温区采用TA15钛合金、650～750℃服役的高温区采用Ti2Al Nb合金。激光熔化沉积技术是实现TA15/Ti2Al Nb复合构件成形的最有效方法,可以在制造过程中灵活控制两种材料的比例,以最优过渡方式有效避免裂纹与组织缺陷的出现,实现高性能材料与结构的一体化制造。本文采用同轴送粉喷嘴,进行了TA15/Ti2Al Nb梯度钛合金的激光熔化沉积工艺及机理研究,系统开展了混合粉末流传输过程比例稳定性与汇聚性控制、不同成分TA15-Ti2Al Nb合金沉积材料组织特征与力学性能、TA15/Ti2Al Nb梯度钛合金过渡形式设计与高性能制备等内容的研究工作。研究了TA15/Ti2Al Nb混合粉末流传输过程中,喷嘴结构、送粉参数、粉末粒径范围等参数对混合粉末流比例稳定性与汇聚性的影响规律。结果表明,粉末颗粒在喷嘴送粉管路内的多次碰撞是导致粉末流发散的根本原因,通过延长送粉管路长度、提高载粉气流量、减小粉末中位粒径等方法可以有效提高粉末流汇聚性;两种材料粉末粒径的差异会导致混合粉末流粉斑处材料比例出现偏差,需结合两种材料的密度合理确定其粉末粒径范围。基于系统的试验研究和理论分析,实现了混合粉末传输过程中的比例稳定性与汇聚性能的良好控制。选择同轴三束流送粉喷嘴沉积制备了6种不同成分TA15-Ti2Al Nb合金单墙体样件,各样件中Ti2Al Nb质量比分别为0、20%、40%、60%、80%、100%,并通过粉末粒径的控制,成功解决了沉积材料中残留未熔Ti2Al Nb粉末颗粒的问题,使材料抗拉强度提升16.0%,断后伸长率提升246.2%。制备的不同成分TA15-Ti2Al Nb合金抗拉强度与断后伸长率分别在942～1117 MPa、15.9%～4.3%之间,其中TA15-80Ti2Al Nb合金强度最高,TA15-60Ti2Al Nb合金强度最低,当Ti2Al Nb比例达到40%以上时,断后伸长率下降迅速,均在4.5%左右。随着Ti2Al Nb含量的提高,合金材料的组织形态呈现明显差异,在TA15至TA15-40Ti2Al Nb合金阶段,组织形态分别为粗大β相基体柱状晶内分布细长状α相、短棒状α+α2相、针状α+α2相的网篮结构。在TA15-60Ti2Al Nb至Ti2Al Nb合金阶段,组织形态分别为β/B2相基体等轴晶内分布颗粒状α+α2相、片层状α+α2+O相、细小片层状O+α2相结构。通过对不同成分钛合金的微结构与力学性能的对比研究,揭示了激光熔化沉积不同成分TA15-Ti2Al Nb合金微观组织演变对力学性能的影响机制,其中TA15含量较高时以α相强化为主而具有较高塑性,Ti2Al Nb含量较高时以O或α2相强化为主而具有较高强度,TA15与Ti2Al Nb含量相近时形成近Ti3Al合金,其综合性能偏低的特点。在分析不同力学性能材料组合的梯度材料断裂机理基础上,设计并制备了多种过渡形式的TA15/Ti2Al Nb梯度材料,对比研究了其性能与失效机制,最终以TA15/TA15-20Ti2Al Nb/TA15-80Ti2Al Nb/Ti2Al Nb的过渡设计成功制备了抗拉强度1058 MPa,断后延伸率8%的高性能梯度材料薄壁构件,并基于此设计制备了无裂纹、成形良好的大尺寸构件。进一步,探索研究了该梯度材料消除应力退火、再结晶退火和固溶时效热处理工艺,分析了不同热处理工艺对材料组织性能的影响,为后续研究提供试验参考。