TiAl合金因其低密度和良好的高温性能,成为最具应用前景的轻质高温结构材料。作为典型的新一代TiAl合金,高Nb-TiAl合金具有比普通TiAl合金更好的高温抗氧化性能和高温强度。然而,TiAl合金具有本征室温脆性,并且通过传统热加工方法成形复杂部件较困难,制约其实际应用。增材制造（Additive Manufacturing,AM）以逐层堆叠的方式实现部件的立体近成形,具有较高的制造效率,便于实现部件的自由设计,成为TiAl合金成形复杂部件的研究热点。同时由于AM制造过程具有微熔池的特点,使其具有较高的冷却速率,极大地细化合金组织,以提高TiAl合金的力学性能。其中,激光直接沉积（Direct Laser Deposition,DLD）的较大成形舱室,赋予大型部件或者基于大型部件的子零件独特的成形优势。此外,DLD仅需少量合金粉末就可成形样品,成为研发新型TiAl合金的一种有效策略。TiAl合金长时间服役于高温条件会产生组织退化,恶化力学性能。基于此,亟需利用DLD-AM技术开发高温组织稳定的新型TiAl合金,并分析增材打印沿热循环方向影响组织演变和力学性能的规律。首先,本文创新性地采用DLD预打印10层左右的TC4合金,再打印TiAl合金的方法制备Ti-48Al-8Nb（除特殊标注外,全为原子分数）合金,解决了目前激光打印TiAl过程中合金的易开裂问题。研究了功率变化影响合金成形性、组织和力学性能的基本规律。分析表明,激光打印Ti-48Al-8Nb合金的最佳功率为500 W,太低的激光功率因能量输入不足而形成凹陷缺陷,反之,过高的激光功率因熔化过多的预合金粉末而导致鼓包和液相下塌。功率的逐步增加诱导热流梯度增加,导致组织沿打印方向从等轴片层团转变为柱状片层团,且打印的γ-TiAl以{111}γ晶面沿打印方向生长。室温下,500 W激光功率AM制备的高Nb-TiAl合金的抗拉强度为880 MPa,其是同成分铸态合金的1.71倍,超过已报道的其它AM方法制备的TiAl合金,同时,呈现0.7%的良好延伸率。随后,基于对DLD制备的TiAl合金在拉伸过程中的变形机制的研究,结合密度泛函理论（Density Functional Theory,DFT）计算,通过合金化设计以实现室温力学性能的显著提升。结果表明,DLD打印的TiAl合金在拉伸变形过程中产生大量孪晶,γ孪晶分割γ-TiAl片层并诱导形成高密度纳米孪晶。此外,11种常见过渡金属元素强化γ-TiAl（111）//α2-Ti3A1（0001）界面和孪晶界面的计算结果表明,Mn元素呈现最优的界面强化效果。AM制造TiAl合金中引入0.5%的Mn元素,打印后进行6 h+650℃耦合2 h+850℃的两步去应力退火,最终得到室温强度为913 MPa且塑性为1.15%的高强高Nb-TiAl合金。其次,增加Ti-48Al-8Nb合金成分的Al元素含量至55%以期得到单相γ基TiAl合金,并通过实验结合DFT计算研究间隙元素（B,N,C）影响γ-TiAl和α2-Ti3Al相以及（111）γ//（0001）α2界面性质的基本规律。结果表明,与基体具有最强相互作用的N原子比B和C原子更易进入γ-TiAl及α2-Ti3Al相,并占据其八面体间隙,且三种间隙元素在TiAl合金中的固溶度顺序为B＜C＜N。N元素增加（111）γ//（0001）α2界面的分离能并强化界面;C元素几乎不影响界面强度;B元素在一定程度上削弱界面强度。同时,N元素对γ-TiAl相和α2-Ti3Al相韧性的增强效果明显优于B和C元素。此外,体系中的Nb元素可以改变TiAl合金中含Al八面体间隙的组成,最终增加间隙元素的固溶度及其与基体的结合强度。最终,以Si3N4作为元素源在Ti-55Al-7.5Nb合金中引入两种合金化元素,成功AM-DLD制备出一种新型的单相γ基Ti-55Al-7.5Nb/Ti2AlN-Ti5Si3复合材料（TiAl Metal-Matrix Composition,TiAl MMC）,并研究其显微组织、织构演变和力学性能。随着激光功率的增加,TiAl MMC的晶粒尺寸呈抛物线状增加。相比DLD打印的具有粗大柱状组织的Ti-55Al-7.5Nb纯合金,TiAl MMC呈现为等轴晶结构且具有良好的高温组织稳定性。形成的Ti5Si3和Ti2AlN析出相能够抑制TiAl MMC中晶粒的各向异性,并与γ-TiAl基体呈共格界面关系。此外,Ti2AlN和Ti5Si3析出相与γ-TiAl基体之间存在强烈的电子相互作用,导致较强的界面内聚力并有效抑制沿晶裂纹,最终,TiAlMMC呈现401±23 MPa的高温（900℃）抗拉强度。