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近年来,随着3D打印/增材制造技术的快速发展和4D打印概念的萌生,作为典型金属智能材料的NiTi形状记忆合金（shape memory alloys,SMAs）再次成为研究关注的热点。NiTi SMAs由于其独特的热弹性马氏体可逆相变而呈现出传统合金材料所不具备的形状记忆效应和超弹性,在加卸载过程中能形成与橡胶类似的迟滞耗能环,表现出高吸能特性,因此成为航天领域空间探测器发展新型减振/抗冲击吸能构件的优选材料。另一方面,基于第二相添加或激光原位合成正成为目前发展激光增材制造金属基复合材料、提升金属构件力学性能和增强金属构件工业应用的重要方式。本文基于异质增强和原位增强两种思路,分别开展了NiTi基形状记忆复合材料选区激光熔化（selective laser melting,SLM）成形工艺优化与性能调控基础研究,旨在为航天领域新型减振/抗冲击吸能构件SLM成形材料-结构-工艺-性能一体化制备奠定重要的理论基础和科学依据。基于异质增强传统思路,利用机械球磨法制备了Ti-Ni-Ti C多组分复合粉体,并采用SLM工艺成形制备了微米Ti C异质颗粒增强原位NiTi基形状记忆复合材料。系统研究了激光工艺参数对SLM成形原位Ti C/NiTi基复合材料成形致密化、物相组成、增强结构显微组织及力学性能的影响规律,发现了冶金缺陷对激光扫描速度较为敏感,试样内部冶金缺陷随着扫描速度增加逐渐由圆形气孔主导转变为层间或道间孔洞主导;揭示了Ti C颗粒的非平衡熔化行为,主要归结为碳原子扩散所引起的Ti Cx过渡层形成以及增强颗粒边缘小尺寸效应引起的高饱和蒸气压;探明了非计量比Ti Cx枝晶相的原位形成与生长机理,建立了碳原子活度与C/Ti=x和温度之间的定量关系。Ti Cx枝晶相的形成进一步促进了透镜状Ni4Ti3非平衡相的析出,基于热力学分析揭示了Ni4Ti3非平衡相的原位形成机理;发现Ni4Ti3析出相存在着三种不同类型变体,并呈现出显著的择优生长倾向,分析表明其生长行为可通过SLM成形应力场实现可控调节。研究了激光能量密度对Ni4Ti3析出相形态及分布的影响规律,发现随着激光能量密度增加,Ni4Ti3相几何尺寸逐渐粗化且析出密度连续降低,作为结果基体材料硬度减小但室温超弹性回复性能得到提升,最大可回复应变占比达到49.3%。表征了SLM成形Ti C/NiTi基原位复合材料的相转变特征温度,分别为As=51.82℃、Af=94.02℃、Ms=55.87℃和Mf=18.93℃,与SLM成形的近等原子比NiTi合金相类似。基于原位反应增强思路,通过优化成形腔体内氧浓度实现了原位纳米氧化物弥散强化（oxide dispersion strengthening,ODS）NiTi基复合材料SLM成形,开展了SLM成形工艺参数对原位纳米ODS/NiTi基复合材料显微组织和力学性能的影响机制研究。研究发现成形凝固组织呈现出独特的双相组织分布,即熔池内部为粗化的柱状B2相,而熔池边界为细小的等轴B19’相,双相组织的形成与激光扫描熔道内不均匀的热应力分布直接相关。研究了激光工艺参数对Ti4Ni2Ox纳米氧化颗粒非平衡析出形态及复合材料力学性能的影响规律,发现低功率与高扫描速度的参数组合有助于均匀分布的细小氧化颗粒在基体中形成;当激光功率为250 W、扫描速度为1200 mm/s时,成形试样显示出最高的抗压强度与延伸率,分别达到3117.39 MPa和39.20%,同时室温超弹性回复率也最高,显示为51.35%。研究表明氧化颗粒对基体力学性能的提升贡献主要表现在来自有序间隙氧原子结构的硬化效应以及析出相引发的模量硬化效应。受黄道蟹蟹钳外骨骼螺旋层状结构启迪,开展了原位纳米ODS/NiTi基复合材料显微结构与力学性能的仿生改性研究,通过调控层间旋转角,发现在相对较小的层间旋转角范围内（6-36°）,试样能够同时展现出高压缩强度（2629-3094 MPa）与高断裂塑性（32.48-39.85%）,这能够归因于螺旋层状组织的压致扭转行为以及双相组织间的弹性错配;进一步调控铺粉层厚和扫描间距,实现了SLM成形试样优异超弹性性能的获得。热处理一直以来是传统NiTi合金实现相变行为和超弹性调控的重要手段,SLM非平衡工艺特性使得NiTi合金的热处理调控机制变得复杂。基于此,本文开展了时效处理工艺对SLM成形原位纳米ODS/NiTi基复合材料组织及性能的影响机制研究,发现随着时效时间增长,材料的相变行为由单一相变逐渐转变为多阶段相变,相转变特征温度则先是经历迅速上升和迅速下降两个阶段,而后呈现缓慢增加趋势;对于超弹性行为,SLM态材料呈现出最优异的超弹性性能,残余应变基本可以忽略,随着时效时间增加,残余应变开始增加,同时应力诱导马氏体相变的临界应力也呈现下降趋势,但在10 h时效后超弹性的逐步恶化趋势得到显著抑制,同时临界应力也发生显著提升。研究表明该转变一方面与析出颗粒的模量硬化所导致的屈服应力提升有关,另一方面则与基体氧化导致的Ni含量增加有关。此外,时效温度对SLM成形原位纳米颗粒增强NiTi基复合材料的超弹性回复行为影响并不显著。面向航天领域新型减振/抗冲击吸能结构构件,基于仿生概念,本文选取了黄道蟹蟹钳与兰科攀援植物卷须作为研究对象并开展了对应的仿生结构设计、选区激光熔化成形与功能验证研究。针对NiTi基仿生蟹钳多孔结构,研究发现设计引入的孔道结构由于在压缩变形过程中发生弹性屈曲而可显著增强SLM成形试样的韧性;针对NiTi基仿生卷须CTC结构,研究发现随着轴向载荷逐渐增加,CTC结构发生明显的压致扭转现象,其能量吸收机制表现为马氏体相变、孪晶/位错生成以及扭曲杆件间的摩擦作用。CTC仿生结构的循环压缩力学行为被评估,研究显示在6次循环压缩之后,可回复应变占比以及可回复扭转角占比均可稳定在1左右,显示出良好的可回复性能和稳定性。