2219铝合金具有低密度、高热稳定性和耐腐蚀等优点,在航天飞行器结构减重及汽车轻量化等领域得到广泛应用。电弧增材制造（Wire and arc additive manufacturing,WAAM）作为一种适合实现Al-Cu合金大型结构件快速制造的技术,被广泛应用于复杂结构件的快速制备领域。在2219铝合金WAAM过程中,高孔隙率、柱状晶和晶界偏析的形成导致沉积试样强度和韧性下降。本文从均匀化组织和抑制偏析的角度出发,提出借助低频振动改善熔池流动促进TiC颗粒添加的2219铝合金WAAM方法,以不同尺度TiC颗粒作用下的微观组织为研究对象,以提高性能为目标,深入研究了单一尺度和微-纳双尺度颗粒添加下的微观组织特征,并在此基础上开展了颗粒分布动力学、双尺度颗粒联合诱导θ’’相析出机制和强韧化机理的研究。首先,针对沉积层表面涂覆TiC颗粒后熔滴过渡困难及熔池流动性差的问题,借助焊丝振动对熔池产生搅拌作用来改善熔池流动,消除了颗粒上浮现象,促进了颗粒在熔池中的弥散分布,实现了熔滴由大体积滴状过渡向连续液桥过渡的转变。对不同工艺参数和振源位置下沉积表面成形进行优化,以沉积试样孔隙率和晶粒细化程度为依据,确定适合TiC颗粒添加的增材工艺参数范围。结果表明,颗粒添加条件下焊接电流对沉积试样孔隙率和晶粒细化程度影响更加明显。焊接电流为110 A,沉积速度为200 mm/min,送丝速度为2.0 m/min,颗粒添加量为1.5wt.%时气孔缺陷被消除,晶粒得到明显细化。研究了TiC颗粒对沉积层微观组织和力学性能的影响。分别针对纳米、亚微米和微米颗粒在不同含量下对晶界偏析、第二相析出形态和强度的影响进行了深入剖析。发现了纳米TiC颗粒具有强的抑制晶界偏析效应,并且能够促进亚微米尺度晶胞产生,沉积试样韧性得到大幅度提升。微米TiC颗粒具有更强的细晶效果,晶粒内部弥散析出多尺度θ’相和θ’’相,沉积试样强度达到400 MPa。结合微米颗粒的细晶效果和纳米颗粒促进亚微米晶胞形核效应,提出采用微-纳双尺度TiC颗粒添加解决沉积试样组织不均匀和强度-韧性低的问题。实验结果表明,双尺度TiC颗粒能够起到均匀化组织、抑制偏析、促进多尺度析出相弥散分布的效果。沉积试样的最大极限拉伸强度超过407.3 MPa,延伸率高达24.2%。分析了凝固过程中不同尺度TiC颗粒在固-液界面前沿的受力特征,建立了微、纳尺度TiC颗粒熔池迁移动力学模型,通过热循环曲线中得到的凝固时间结合平均晶粒尺寸获得了不同尺度颗粒添加后的固-液界面推移速度。分析结果表明,颗粒半径大于3.9μm及小于0.8μm时,颗粒更容易弥散分布在晶粒内部从而作为有效的形核质点。对比不同尺度TiC颗粒在沉积试样中的分布特征,对动力学模型的准确性和颗粒分布规律的正确性进行了验证。为了揭示微-纳双尺度颗粒的联合作用效果,进一步研究了与颗粒尺度相关的凝固热力学和晶粒细化机制。结果表明,微米尺度颗粒能够大幅度降低体系自由能,促进晶核在颗粒表面形核,使得晶粒得到细化。结合前述结论揭示了微-纳双尺度颗粒添加的熔池结晶过程。微米TiC颗粒周边低的形核自由能使得晶核在微米颗粒表面形核的同时在纳米颗粒表面形核,促使纳米多晶产生,低体系自由能和界面位错的产生为纳米θ’’相的形核提供热力学-动力学保障。低的形核过冷结合多位点形核共同抑制晶界偏析,晶界θ相由自由结晶过程转变为在固相Al界面析出,晶界结构得到改善。最后,对单一尺度颗粒和双尺度颗粒添加沉积试样的强化机制进行分析。结果表明,晶粒细化对强度增量的贡献较小,强度增量的贡献的主要来源于纳米第二相的析出和纳米尺度颗粒弥散分布。结合微观组织特征对双尺度颗粒添加试样韧性改善机制进行分析,晶界厚度降低和结构转变改善了晶界韧性,析出相与基体、颗粒与基体良好的界面匹配度为载荷传递提供可靠路径,联合纳米多晶的形成共同促使沉积试样韧性得到提升。