同质功能梯度构件通过同种材料不同组织形态的空间布局实现其梯度性能,在航空航天、国防军工及生物医疗等领域具有重要应用前景。激光增材制造由于其“分层制造、逐层叠加”的加工方式,极适合制造空间结构复杂、组织成分空间布局的功能零件。然而,由于激光增材制造物理过程复杂、影响因素众多,要获得受控的梯度组织及性能尚存在极大的挑战。目前,尚存在冶金缺陷多、局部凝固组织可控性差等问题,严重制约了此类功能梯度构件的广泛应用。针对上述问题,本文以Inconel 718粉末为成形材料,采用连续与脉冲激光增材制造技术进行梯度组织的制备及工艺研究。主要研究了连续激光模式与脉冲激光模式下工艺参数,如激光功率、扫描速度、送粉速率、脉冲频率、占空比等对熔覆形貌、显微组织及硬度的影响规律及机理,建立了工艺-组织-性能之间的联系,并探索了梯度组织功能部件的制造方法,旨在为梯度组织功能部件的制造提供工艺指导与实验支撑。具体研究内容及结果如下:(1)采用正交试验和单因素试验分别研究了连续激光模式下功率、扫描速度、送粉速率和脉冲激光模式下,功率、扫描速度、送粉速率、脉冲频率、占空比等参数对宏观形貌、显微组织和力学性能的影响。研究表明在两种激光模式下,扫描速度和激光功率是影响熔覆宏观形貌的主要因素,抬升量对熔覆层宏观形貌的影响相对较小,这主要与熔池的形貌及单位时间进入熔池中的粉末质量有关;在脉冲激光模式下,脉冲频率显著影响组织形貌,这主要与熔池的热过程有关。(2)采用高速相机对脉冲激光增材制造过程进行实时拍摄,并分析了脉冲激光功率、扫描速度、脉冲频率、占空比等参数对熔池搭接率的影响。研究结果表明,脉冲频率和扫描速度对熔池搭接率的影响程度最大,而激光功率对熔池搭接率的影响程度较小;这是因为扫描速度和脉冲频率极大地影响着熔池的移动距离及熔池的周期性重熔,而激光功率影响着单个熔池的形貌大小,因此对熔池搭接率的影响程度较小。为使熔覆层连续、表面平整、具有良好的熔覆形貌,需要通过脉冲工艺参数使得熔池搭接率在60%～85%之间。(3)采用两种激光加工模式制备了具有不同组织形貌试样,并探索了梯度组织的制备方法。结果表明试样的组织形貌强烈依赖于激光加工模式及相应工艺参数,采用连续-脉冲激光模式可以使试样不同位置获得不同的组织形貌,实现组织的梯度变化;通过块体梯度组织构件与圆环梯度组织构件的成形实验可知:采用不同的激光模式,通过调整工艺参数可实现梯度组织构件的直接制造。