激光增材制造技术具有加工周期短、无模具、不受复杂结构的限制等优点,在航空航天、汽车制造、生物医学、国防等领域具有极大应用前景。激光增材制造成形是一个复杂的化学、物理和冶金过程,成形零件的质量受各种工艺参数的影响,其中,激光束能量密度分布特征直接影响熔池的温度梯度、冷却速率以及凝固速率等,进而影响成形零件的组织和力学性能。探究光束能量密度分布特征对成形金属件主要性能影响并揭示相关机理对提高激光增材成形加工质量有重要意义。为此,本文以GH3625镍基高温合金为对象,研究了激光能量密度分布特征对增材制造镍基合金的微观组织、力学性能等的影响。首先,研究了激光束能量密度分布特征基础理论。对传统高斯光束和平顶光束的能量密度进行了表征,结合公式利用MATLAB软件对高斯激光束和平顶激光束的能量密度分布进行可视化处理。讨论了激光束能量密度分布的控制方法,分析了光束阶数和离焦量对激光能量密度分布的影响,通过MATLAB编程软件进行理论计算和图像绘制,获得了离焦量与归一化能量密度分布特征之间的对应关系,证明了通过控制离焦量改变光束能量密度分布特征的有效性。其次,进行了镍基合金增材制造实验,完成了样件性能测试。实验中设置了5种离焦量参数,通过改变离焦量控制激光能量密度分布特征,即5种离焦量对应5种光束能量密度分布特征,同时设置了3种激光功率、扫描速度参数,制备了不同参数下增材制造镍基合金样件;对样件分别进行了宏观组织、微观结构的观察与分析,致密度测量,显微硬度测试,及拉伸性能与摩擦磨损性能的测试与分析。再次,分析获得了激光功率、扫描速度及能量密度分布特征对激光增材制造镍基合金样件的宏观形貌和微观组织的影响规律,并对缺陷产生机理进行了探索。激光功率较低或扫描速度过大使金属粉末能量吸收不足,导致金属粉末熔化不充分,造成成形表面不平整。激光功率过大或扫描速度过小会导致成形表面氧化严重。当能量密度分布由特征1改变到特征4时,能量密度分布逐渐均匀,温度梯度减小,样件成形质量较好。当能量密度分布为特征5时,虽能量密度分布均匀,但激光能量密度较小,熔池温度较低,流动性较差,成形样件质量较差。在一定范围内,较小的激光功率和较大的扫描速度会使组织晶粒尺寸细化。能量密度分布为特征1和特征2时,组织中分布着胞状晶和少量的柱状晶。当能量密度分布改变为特征3和特征4时,组织晶粒以等轴晶为主。当能量密度分布为特征5时,组织为柱状晶和等轴晶共存。而且,激光增材制造镍基合金的致密度随激光功率和扫描速度的增大先增大后减小,随能量密度分布特征的改变先增大后减小。最后,分析获得了激光功率、扫描速度和能量密度分布特征对镍基合金成形样件的显微硬度、拉伸性能及摩擦磨损性能的影响规律,并对相关机理进行了探讨。激光增材制造镍基合金的显微硬度随激光功率和扫描速度的增大先增大后减小,随能量密度分布特征的改变先增大后减小。在激光功率600W,扫描速度700mm/min,能量密度分布特征4时,显微硬度最大。抗拉强度随激光功率的增大先增大后减小,随能量密度分布特征的改变先增大后减小。在激光功率600W,能量密度分布特征4时,平行扫描方向测得抗拉强度最大为1328MPa,延伸率为10.06%,垂直扫描方向为测得最大抗拉强度为1214MPa,延伸率为9.16%。摩擦系数与磨损率随激光功率和扫描速度的先减小后增大,随能量密度分布特征的改变先减小后增大。在激光功率600W,扫描速度700mm/min,能量密度分布特征4时,样件减摩性与耐磨性最佳。