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金属丝材电弧增材制造（WAAM）是一种以电弧作为热源熔化金属丝材,按照设定路径在金属基板上逐层熔覆堆积成形的技术。与以激光和电子束为热源的金属增材制造技术相比,WAAM技术具有设备成本低、材料利用率高、沉积速率高、成形零件尺寸不受限制等优点。但电弧增材制造技术也存在明显的尚难以解决的问题:（1）对成形零件尺寸精度和表面粗糙度的控制（旨在控制成形质量,简称“控形”）;（2）对成形零件内部焊接缺陷（气孔和裂纹）、枝晶偏析,组织粗大等问题的控制（旨在控制性能,又称“控性”）。本研究利用自行设计并搭建的CMT电弧增材制造实验平台成形Al-Si合金直壁墙,系统研究了电流模式、热输入、强制冷却及层间搅拌摩擦加工（FSP）对WAAM成形Al-Si合金的成形质量、微观组织和力学性能的影响规律。为“控形”和“控性”新技术在铝合金WAAM中的实际应用提供理论和实验数据支持。首先,利用CMT（Cold Metal Transfer,CMT）电弧增材制造实验平台在5种电流模式（普通 MIG、CMT、CMT-P、CMT-ADV、CMT-PADV）制备 Al-5Si 合金直壁墙,通过比较不同电流模式下WAAM试样的气孔率和二次枝晶臂间距大小,确定了本研究条件下CMT-PADV模式为WAAM成形Al-Si合金优选电流模式。接下来,采用CMT-PADV电流模式并选用不同的焊接速度制备了 4种不同热输入条件下成形的Al-5Si合金直壁墙（长270mm×宽7-10mm×高66mm）,系统研究了热输入对Al-5Si合金直壁墙成形质量、微观组织和力学性能的影响规律。结果表明,热输入由380J/mm减小到140J/mm,成形直壁墙的有效宽度减小、有效宽度系数增加;气孔率随热输入增加呈现先增加后减小趋势,当热输入为220J/mm时,气孔率最高（0.15%）;成形直壁墙的二次枝晶臂间距随热输入降低而减小,当热输入为140J/mm时,二次枝晶臂间距最小（8.3μm）;本实验条件下,焊接速度对共晶Si形貌和尺寸的影响不明显,但是层内和层间共晶Si形貌特征差异明显。层内共晶Si形状为短棒状连续分布在α-Al枝晶间隙,其平均尺寸为0.7μm,长宽比约为2;层间共晶Si形貌为粗大颗粒状,尺寸1.1μm,断续分布在α-Al枝晶间隙。随热输入减小,直壁墙沿焊接方向和增材方向抗拉强度逐渐增加,热输入为140J/mm时焊接方向抗拉强度最大,其抗拉强度、屈服强度和延伸率为169MPa、75MPa和30.8%,热输入为140J/mm时增材方向抗拉强度、屈服强度和延伸率为171MPa、89MPa和27.3%;裂纹起源于共晶Si与Al基体界面,断口中有大量的韧窝,该断裂属于韧性断裂,热输入为140J/mm时直壁墙的成形质量和力学性能最优。采用电弧摆动+强制水冷工艺制备了 Al-12Si合金直壁墙（长320mm×宽10-12mm×高52mm）,研究了不同冷却条件对WAAM Al-12Si合金组织和力学性能的影响规律。研究表明,施加强制水冷后气孔率增加,二次枝晶臂间距减小,共晶Si尺寸减小。施加强制水冷后,成形直壁墙的气孔率由0.17%（空冷）增加到0.21%;层内二次枝晶臂间距由4.1μm（空冷）减小到3.4μm,层间的二次枝晶臂间距变化不明显;层内Si相平均尺寸由0.7μm（空冷）减小到0.4μm,长宽比由2.5（空冷）降低到2;层间Si相平均尺寸由1.4μm减小到1.1μm,长宽比为2;强制水冷对层内和层间Si相的形貌影响不明显,层内Si相的空间形貌为珊瑚状,层间Si相的空间形貌为近八面体颗粒状。强制水冷工艺提高了 Al-12Si合金直壁墙的屈服强度,降低其延伸率,对其抗拉强度的影响不明显。与空冷工艺制备的直壁墙相比,强制水冷工艺制备的直壁墙的屈服强度沿焊接方向提高了约45MPa,沿增材方向提高了约23MPa;与空冷工艺制备的直壁墙相比,强制水冷工艺制备的直壁墙的断裂延伸率沿焊接方向降低约5%,沿增材方向降低约30%;裂纹起源于层间α-Al与Si界面,拉伸断口中观察到大量韧窝,判断其属于韧性断裂。应用冷却条件A的Al-12Si直壁墙（H=30mm）具有最优的综合力学性能。为了进一步控制WAAM凝固组织特征,在利用WAAM方法成形Al-12Si合金直壁墙过程中施加层间FSP改性工艺。结果表明,WAAM+层间FSP改性工艺成形的直壁墙内部的焊接缺陷和枝晶组织特征被消除,组织得到明显细化。值得一提的是,原始WAAM的层内Si相在FSP作用下破碎成颗粒状,弥散分布在基体上,其Si相平均尺寸为0.6μm,长宽比为1.4;WAAM的层间粗颗粒状Si相的空间形貌和尺寸变化在FSP的作用下不明显,呈现出沿着搅拌区金属流动方向连续分布的特征。与WAAM工艺成形直壁墙相比,WAAM+层间FSP改性工艺成形直壁墙在屈服强度下降不大的情况下,断裂延伸率提高了 46%,抗拉强度明显下降了 18%。原始沉积层的层内Si相在FSP作用下发生破碎和细化是导致上述实验现象的根本原因。