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钛合金因其具有高比强度、抗疲劳和生物相容性等优异性能,在航空航天、核能和生物医学领域得到广泛应用。镍基高温合金具有良好的高温抗氧化性以及力学性能（拉伸、疲劳、断裂强度等）,已成为航空航天工业中理想的合金材料。在航空航天工业中,如将这两类优良的材料制造成一体化的双金属结构,充分利用各自优异性能,能够有效地降低结构重量和提高钛合金在高温环境中的抗氧化性能。这将有助于提高航空航天飞行器的推重比和高温抗氧化性能,从而有利于促进航空航天工业的快速发展。由于钛合金和镍基高温合金两者主要元素Ti与Ni的化学及物理性质差异较大,两者直接结合将形成Ti-Ni金属间化合物,严重恶化了钛合金/镍基高温合金双金属结构的力学性能,已成为阻碍其广泛应用的关键科学技术问题。因此,本文开展“激光增材制造TA15/IN718双金属结构过渡区组织与性能研究”具有重要的理论意义和实用价值。本文首先研究了不同激光输出功率和预热工艺对激光增材制造（Laser additive manufacturing,LAM）TA15钛合金和Inconel718（IN718）镍基高温合金双金属结构微观组织和裂纹敏感性的影响。研究结果表明随着激光输出功率的增加,裂纹敏感性逐渐减小;在相同激光输出功率参数条件下预热工艺有助于减小裂纹敏感性,但试验样件均有微观裂纹存在。TA15/IN718双金属结构界面区微观裂纹主要以穿晶形式开裂,具有冷裂纹特征。冷裂纹形成的主要因素是TA15与IN718直接结合产生大量的Ti-Ni金属间化合物（TiNi、Ti2Ni）。线性梯度结构作为过渡层有助于减小异种金属直接结合的线膨胀系数差异,能够降低制造时产生的内应力,从而有利于抑制裂纹的形成。线性梯度结构过渡从TA15侧到IN718侧依次设计为100%TA15→80%TA15+20%IN718→60%TA15+40%IN718→40%TA15+60%IN718→20%TA15+80%IN718→100%IN718。线性梯度结构过渡对TA15/IN718双金属结构组织与性能的影响表明,线性梯度结构有利于促进过渡区组织结构的连续过渡。室温下TA15/IN718双金属结构梯度区产生宏观和微观裂纹;预热（500℃）条件下未产生宏观和微观裂纹。预热（500℃）条件下的双金属结构抗拉强度为207MPa。由于在线性梯度结构区形成较多的Ti-Ni金属间化合物,所以获得了较低的抗拉强度。为抑制TA15/IN718双金属结构过渡区Ti-Ni金属间化合物的形成,在TA15与IN718之间插入过渡层（Cu或Nb）。研究结果表明,采用Cu过渡层LAM TA15/IN718双金属结构有效地抑制了Ti-Ni金属间化合物的形成,同时在很大程度上控制了过渡区裂纹的形成。但TA15与Cu之间易形成较多Ti-Cu金属间化合物（Cu2Ti、Cu3Ti）,提高了沉积层裂纹敏感性,降低了TA15/Cu界面的结合性能。采用Nb过渡层LAM TA15/IN718双金属结构,虽然很大程度上抑制了Ti-Ni金属间化合物的形成,但是Nb与IN718之间易形成较多Nb-Ni等金属间化合物（NbNi3、NbFe2、NbCr2）,提高了沉积层裂纹敏感性,降低了Nb/IN718界面的结合性能。上述研究结果表明在TA15与IN718之间插入单一的Cu或Nb过渡层不能完全抑制金属间化合物的形成,但TA15与Nb以及Cu与IN718之间都不形成金属间化合物,根据Nb-Cu二元相图可知Nb与Cu之间不形成金属间化合物,因此推测Nb/Cu复合层（TA15-Nb-Cu-IN718）作为TA15/IN718双金属结构的中间过渡层能够有效阻止Ti-Ni等金属间化合物形成。研究结果表明,采用Nb/Cu复合过渡层LAM TA15/IN718双金属结构有效地阻止了Ti-Ni等金属间化合物的形成,制备出无气孔及裂纹等缺陷的双金属结构。微观组织分析结果表明TA15/Nb、Nb/Cu和Cu/IN718界面区均形成良好的冶金结合。采用Nb/Cu复合过渡层制备的TA15/IN718双金属结构抗拉强度为283Mpa。采用LAM技术,通过Nb/Cu复合过渡层,成功连接了TA15/IN718板材的双金属结构,微观组织分析结果表明每个界面区均形成良好的冶金结合,双金属结构的抗拉强度达到了434Mpa。