激光增材制造是在激光熔覆技术和快速原型技术基础上发展起来的一种先进制造技术。这项技术秉承了激光熔覆技术和快速原型技术的优点,具有高柔性、短周期、低成本、成形与组织性能控制一体化等诸多优点,为制备通常难以加工的复杂结构零件提供了一条新的途径。因此,近年来这项技术在世界范围内受到广泛关注与重视,并在装备研制、软件开发、工艺与过程控制等方面取得了重要研究进展。然而,与此不相称的是激光增材制造材料的基础研究还很薄弱,所用材料尚以传统的合金体系为主,并未考虑到激光增材制造工艺和组织的特殊性,致使目前可以工业应用的激光增材制造材料非常少,业已成为限制这项技术广泛应用瓶颈之一。因此,研发适用于金属激光增材制造的合金体系,是这项技术应用和发展的必要前提和基础。为此,本文以具有良好组织稳定性和成形性的Ti-Zr直熔合金为基础,以具有β-Ti稳定作用的Nb为合金化元素,利用“团簇+连接原子”结构模型,设计了一系列Ti-ZrNb合金,并在纯钛基板上激光增材制造合金成形体。系统分析了在非平衡凝固条件下合金微观组织、成形性、力学性能、耐磨性和耐蚀性与Nb含量之间的映射关系,并揭示了基于团簇合金化的内在机理。实验结果表明:在激光增材制造非平衡凝固条件下,不同Nb含量Ti-Zr-Nb合金均是由单相β-Ti固溶体所组成。但有所不同的是,随着Nb含量的增加,β-Ti固溶体晶格常数逐渐增加。在激光增材制造多周期、变循环和强约束的重熔或微热处理作用下,因动态回复再结晶,致使成形体内部组织呈现出近等轴晶生长形貌特征,而最后沉积层则有着典型的定向生长树枝晶形态特征,且随着Nb含量的增加,合金凝固组织一致细化。受液固凝固区间这一主控因素影响,合金的表面粗糙度随着Nb含量的增加稍有增大,而合金的力学性能和摩擦磨损性能则因固溶强化作用的增强和晶粒的细化而逐渐提高。另外,Ti-Zr-Nb合金的耐蚀性因Nb含量的增加减少了其氧化膜中的缺陷而得到了提高。