镍基单晶高温合金因其优异的高温力学性能，成为制造航空发动机涡轮叶片的主要材料。但涡轮叶片工作在应力极为复杂，高温高压且具有腐蚀性气体的环境中，在使用过程中难免会产生各种形式的表面缺陷，一般需要进行更换。然而单晶叶片造价昂贵，直接更换成本较高，因此有效的叶片修复技术已成为广泛研究的课题。激光粉末沉积被认为是有效的单晶叶片修复技术，在修复过程中，如果加工条件合适，则可以实现柱状晶外延生长，得到无缺陷的单晶修复组织，否则修复过程中会出现杂晶。同时，杂晶引入的晶界会促进凝固裂纹形成，最终导致修复失败，因此研究杂晶与凝固裂纹形成机制是发展激光单晶修复技术的关键。　　激光熔池内的杂晶形成主要受枝晶生长速度和枝晶生长方向上的温度梯度分量影响，改变单晶基体取向会改变外延柱状枝晶生长方向，进而改变上述两个变量，最终影响杂晶形成能力。已有的研究通常在某一晶面内改变激光扫描方向或者在不同晶面内沿着某一固定晶向进行修复，对取向的改变方式研究不够系统，难以全面地阐明基体晶向对杂晶形成的作用机制；合金成分和晶界是影响凝固裂纹的两个主要因素，其中合金成分会改变液膜的形态，但相关共晶形成与枝晶碰撞凝并过程对枝晶间液膜形态的影响缺乏深入研究；对于晶界作用机制，通常只考虑晶界能效应，对晶界偏析的影响研究较少。这些都是亟待解决的问题。　　针对上述问题，本文提出绕不同晶向旋转改变基体取向的方式，结合热传计算、几何模型和柱状晶-等轴晶转变（CET）模型，理论分析杂晶形成随旋转轴及旋转角度的变化关系；以国产DD6镍基单晶高温合金为研究对象，进行单晶激光熔凝实验，定量测量不同取向的杂晶分数，与理论结果进行进行对比；将基体取向效应扩展到激光粉末沉积过程中，探讨其潜在的应用途径。对于凝固裂纹，采用单相场模拟不同溶质浓度合金定向凝固过程，重点考虑枝晶碰撞和共晶形成过程对液膜形态的影响，揭示液膜形态随溶质浓度的变化规律，同时结合凝固裂纹模型，预测最容易出现凝固裂纹的合金成分；针对晶界，采用多相场模型模拟双晶定向凝固过程，定量获取晶界偏析随分叉/汇聚生长方式以及晶界角度的变化关系并分析其对晶粒碰撞及凝固裂纹的作用机制。　　本文的主要成果如下：　　1)计算表明，杂晶容易出现在不同择优方向生长的晶区交界及交点处，基于[010]晶向旋转基体取向对CET有显著影响。其机理在于枝晶在晶区的交点处偏离热流方向最大，导致该位置温度梯度分量最小，同时相比于枝晶生长速度，温度梯度分量对杂晶形成的影响更大，这导致晶区的交点最容易形成杂晶。对于绕[100]和[001]旋转，熔池内的交点总是一个往熔池中心、另一个朝熔池边界移动，因此熔池一侧杂晶形成能力增大，另一侧减小，两侧的变化相互抵消，熔池整体的杂晶形成能力基本不变；当基体绕[010]轴旋转时，熔池内的两个晶区交点同时向熔池顶部或者底部运动，两侧的杂晶形成能力总是同时增大或减小，不会相互抵消，这会旋转显著地改变熔池整体的杂晶形成能力，当旋转角度为±45?时，熔池内不存在晶区的交点，整体杂晶形成能力最弱。　　2)激光熔凝实验验证了理论分析的结果，即绕[010]轴旋转可以显著地改变激光熔池内的杂晶形成能力。将绕[010]旋转取向的方式扩展到激光粉末沉积过程中，发现[001]和[100]晶区的边界是杂晶形成的敏感区，同时该边界在熔池内的高度随旋转角度发生明显变化。旋转±45?后熔池内没有[001]/[100]晶区的交线，采用该取向进行修复不仅可以有效地抑制杂晶的形成，还可以使用较大的提升层高，提高修复效率。　　3)初生枝晶相的碰撞凝并行为和共晶相形成过程共同影响枝晶间的液膜形态，当枝晶碰撞温度高于共晶转变温度时，枝晶臂先发生碰撞，然后共晶在不连续的液滴中形成，此时的共晶形成对于凝固裂纹没有影响；当共晶在枝晶间液膜内形成时，则可以阻止两侧的枝晶继续靠近，这可以使得液膜底部变宽，有利于液相的补偿进而降低凝固裂纹的敏感性，结合相场模拟和凝固裂纹模型预测的最易发生凝固裂纹的成分与实验数据吻合良好。　　4)晶界偏析显著地依赖于分叉/汇聚生长方式以及晶界角度。相比汇聚生长，相同角度的分叉生长会导致形成较大的晶界偏析；对于汇聚生长，晶界偏析随着晶界角度的增大而增加，而分叉生长的情况则刚好相反。对于大角度的晶界，假设晶界能不变，较多的溶质偏析可以使得晶粒间的液相更加稳定，可以使得晶界液膜延伸到更低的温度，促进凝固裂纹的形成。因此相对于相同角度的分叉生长，汇聚生长由于凝固过程中形成晶界偏析较少，可以降低凝固裂纹敏感性。