熔铸和粉末冶金等传统方法在制造大尺寸复杂结构的NiTi合金结构件存在较大困难,且其制备的NiTi合金结构件存在冷加工性能差、力学性能及耐磨性不足等局限性,已无法满足日益严苛的工程应用需求。直接金属沉积（DMD）等增材制造技术为形状复杂、大尺寸、高性能NiTi合金构件的制造开辟了新途径,已逐渐成为智能材料领域备受瞩目的研究热点之一。但DMD制造的NiTi合金的研究尚处于起步阶段,仍存在组织均匀性差、力学性能和耐磨性不足等技术问题待解决。因此,本文拟从揭示DMD制造NiTi增材层的凝固成形过程入手,采用La2O3和LaB6稀土对其凝固组织形成过程进行调控,进而实现其组织均匀性和力学性能的有效提升,并探究改性前后NiTi增材层的组织结构特征、相变特性和超弹性特性,深入研究其组织形成机理及强韧化机制NiTi激光/等离子弧增材层均主要由NiTi（B2）树枝晶及其晶间和晶内的NiTi2相组成,但NiTi（B2）和NiTi2相的数量及晶体形态存在较大差异。NiTi激光增材层具有较佳的组织形态、相变焓、塑性和超弹性,但其组织均匀性、强度及超弹性循环稳定性有待提升。NiTi等离子弧增材层由于存在大量与NiTi相呈现共格关系的NiTi2相,在冷却过程中呈现两步相变（B2→R→B19’）和准线性超弹性的特征。单道近等原子比NiTi增材层凝固组织的形成过程主要包括:（L→NiTi）→（L+NiTi→NiTi2）→（NiTi→NiTi2）,NiTi相在熔池中下部主要以外延生长的方式形成细长型的柱状树枝晶,在熔池顶部薄区以异质形核形成等轴树枝晶。而NiTi2相主要通过包晶转变在NiTi相晶间形成,部分在NiTi晶内析出。多层NiTi成形时,复杂热历史直接改变熔池成分和已成形层组织,进而影响NiTi相外延生长和包晶转变形成NiTi2相的数量和形态,激光比等离子弧的热影响更小,从而形成更佳的组织形态。第一性原理计算表明单一稀土元素掺杂和La/B的共掺杂均可提高NiTi的Ms点,但只有单一 La掺杂和La/B的共掺杂可同时提高其刚性和延性,这源于La掺杂可同时强化Ni-Ti键的共价性和La-Ni/Ti键的离子性,且形成了共价性的B-Ni/Ti键。因此,单一 La掺杂和La/B共掺杂体现出最佳的改性效果。采用纳米La2O3对NiTi增材层进行改性,La以细小椭球型La2O3和LaNi相存在,La2O3可成为NiTi（B2）相的有效异质形核质点,显著提高了初生NiTi相的异质形核,加上析出相对NiTi和NiTi2相的钉扎作用,使NiTi相由大尺寸柱状晶转变为细小柱状晶和等轴晶,有效地细化了 NiTi相和NiTi2相的晶粒且提升其均匀性。La2O3改性NiTi激光增材层的相变温度和相变焓明显提高,这源于NiTi相中Ni元素减少、La元素改性作用以及晶界净化作用。同时,强度及延伸率也显著提升,这与NiTi相细晶强化作用及稀土析出相和NiTi2相的弥散强化作用相关。另外,由于La2O3对NiTi相均匀性及其屈服强度的提升效果,使增材层超弹性可恢复应变及其循环稳定性也得到有效提升。利用微米LaB6对NiTi增材层进行改性强化,在激光作用下,原位合成了 NiTi2、TiB、LaNi及La2O3等原位强化相均匀分布在NiTi相四周的准连续网状结构NiTi增材层。LaB6改性NiTi增材层强度明显提高,屈服和抗拉强度分别提高了 73.5%和31.1%,这源于NiTi相细晶强化、TiB相载荷传递强化及稀土析出相和NiTi2颗粒相的弥散强化等的共同作用。强化相的准连续网状分布保证了 NiTi相的连通性,且起到抑制裂纹扩展和桥接地作用,进而保证了增材层的塑性。另外,LaB6可一定程度提高增材层的相变温度、相变焓、超弹性可恢复应变及其循环稳定性。而Zr/N离子注入在LaB6改性NiTi增材层表面形成了由TiO2、ZrO2、TiN和ZrN组成的多相纳米晶改性层,进而显著提升了 LaB6改性NiTi增材层的耐磨性（摩擦系数从0.45降到0.15）。