随着航空航天等领域对高端零部件的稳定性、可靠性要求越来越高,传统合金难以满足严苛的使役要求。钛合金虽然表现出高强度、优异的耐腐蚀等特性,但硬度低、耐磨性和导热性较差,应用前景受限,迫切需要与强化材料复合以提升性能。相比于传统铸造、粉末冶金等技术,直接激光沉积能近净成形组织细密、性能良好的钛基复合材料零部件,有效改善钛合金的硬度、耐磨性等性能。本文通过直接激光沉积制备高比例TiCp/TC4复合材料,研究TiCp比例、激光能量密度对复材宏观形貌、微观组织的影响,重点分析该工艺对TC4基体、增强体TiC、结合界面的影响,揭示微观组织与力学性能的关联规律。主要研究内容与结论如下:(1)直接激光沉积制备无裂纹、高致密的10-50 wt.%TiCp/TC4复合材料样件,分析TiCp比例、激光能量密度对样件宏观形貌、未熔TiCp的影响。在合理的工艺窗口下,TiCp增强的复合材料均无宏观裂纹,相对密度大于98%。随着TiCp比例增加,未熔TiCp增多并逐渐分布均匀。高的激光能量促进TiCp熔化,有利于减少粘粉量和未熔TiCp含量。(2)基于初生TiC、TC4基体、结合界面的变化,研究TiCp比例、激光能量密度对复合材料微观组织的影响。添加TiCp后,发现α-Ti晶粒细化,大角度晶界增多,且其织构弱化;初生TiC的尺寸和含量逐渐增大,且一些初生TiC与α-Ti存在一定的晶格关系,表明Ti相可以在初生TiC的{111}密排晶面上异质形核。随着激光能量密度增加,初生TiC的形核率增加且粗化生长;伴随高激光能量沉积,未熔TiCp的C扩散层变宽,且α-Ti晶粒有细化趋势;一些初生TiC与α-Ti的晶格错配度较小,表明高激光能量利于Ti相的异质形核。(3)揭示TiCp/TC4复合材料微观组织与力学性能的关联规律。硬质的初生TiC增多使显微硬度从380.5 HV0.2增加到730.2 HV0.2,增幅达92%。更多的初生TiC与未熔TiCp参与磨损,抵抗磨料对基体的挤压和剪切作用,显著改善了TC4钛合金的耐磨性,且复合材料的磨损机制也不同。但这些增强颗粒具有本征脆性,且微裂纹在拉伸过程中不断扩展、合并,导致复合材料的拉伸性能从950.5 MPa降低到515.5 MPa。因此,需要根据使役要求综合拉伸、磨损等性能选择复合材料类型和沉积工艺。