近年来随着电弧增材制造技术在航空航天领域的应用逐渐得到认可,在Al-Zn-Mg-Cu系超高强铝合金结构制造中用整体电弧增材代替传统锻造后化学铣的工程需求日益增长。电弧增材制造可利用阴极清理去除氧化膜,降低孔隙缺陷敏感性;热源能量分散,沉积金属冷却速度较慢,可缓解热裂纹敏感性,与以高能束为热源的增材制造方法相比对此类铝合金具有独特的适应性,应用前景广阔。然而Al-Zn-Mg-Cu系合金的合金化程度高,组织组成与相组成复杂,其增材制造状态的组织与性能特征,组织演变规律和组织调控方法等科学问题仍亟待解决。在此背景下,本文针对GTA增材制造Al-Zn-Mg-Cu合金的组织性能特征及其调控开展了系统性研究工作,揭示了沉积态合金的组织与力学性能特征,阐明了合金在电弧增材制造过程中的组织形成机理与组织演变规律,提出了有效的组织性能调控方法,制备了性能优异的Al-Zn-Mg-Cu合金。首先结合典型工艺制备的单道多层Al-Zn-Mg-Cu合金试样对组织与力学性能特征进行了研究,发现其顶部组织由＜011＞取向的孪生枝晶和＜001＞取向的普通枝晶组合而成,中部为孪生枝晶与普通枝晶交替出现的周期性组织。在增材制造自身热循环作用下,η（Mg（Zn,Cu,Al）2）相可自发从基体中析出。沉积态材料平均屈服强度、断后伸长率分别为148MPa、3.3%。竖直方向的平均屈服强度比水平方向高16.8%,断后伸长率的差异较小。通过试验与数值模拟结合的方法对孪生枝晶生长和增材热循环驱动的相析出这两大组织特征进行了深入研究。孪生枝晶生长机理与演变规律方面,发现合金中低层错能Zn、Mg和Cu元素诱发了形核。增材过程中熔池尾部高温度梯度和结晶速度满足了孪生枝晶持续生长的凝固条件。层错促进了孪生枝晶的纵向延长。孪生枝晶与普通枝晶同时存在竞争与联生关系,增材制造过程中孪生枝晶的形态变化对重熔深度敏感。相析出机理方面,增材制造热循环可以η相溶解温度为界分为第I类热循环和第II类热循环。第I类热循环峰值温度高于η相溶解温度,使析出相处于形核-溶解的周期性变化。第II类热循环峰值温度低于η相溶解温度,促进η相析出与长大。增材层间温度控制和增材热源的加热对相析出进程都有促进作用,层间温度越高则其作用占比越大。经力学性能测试发现孪生枝晶与普通枝晶变形不协调,增材热循环作用下的相析出使得合金微区力学性能对热过程敏感,为了提高力学性能。孪生枝晶以及不均匀的析出相必须予以消除。为了消除孔隙缺陷、孪生枝晶并细化晶粒,从工艺和冶金两个方面提出了组织调控方法。提出了低频脉冲变极性GTA增材工艺,通过熔池振荡促进了气泡排出,减少了孔隙;通过加速溶质扩散提高成分过冷,并引入重熔为Al3Zr析出创造条件,实现了晶粒细化。提出了在焊丝中添加Ti C颗粒的原位合金化方法,通过降低结晶所需的临界过冷度,显著细化了晶粒,抑制了孔隙缺陷,并降低了对工艺调控的要求。为了消除粗大的第二相和不均匀的析出相,对热处理工艺进行了探索,发现沉积态Al-Zn-Mg-Cu合金在单级固溶过程中第二相溶解效果与固溶孔洞形成之间存在矛盾。在450℃以上固溶时由于Mg元素和Zn元素扩散速度较快,第二相与铝基体的界面上元素扩散不平衡导致了固溶孔洞的产生。提出了一种能够平衡第二相溶解效果和固溶孔洞形成的分级固溶工艺,成功实现了合金元素的有序扩散,降低了第二相/基体界面元素扩散的不平衡程度,在第二相溶解效果不变的前提下减少了54.8%的固溶孔洞。经430℃/4h+450℃/4h分级固溶+120℃/24h单级时效,GTA增材制造的Al-Zn-Mg-Cu合金基体中析出了细小弥散且与基体共格的η’相。热处理后低频脉冲调控的Al8.1Zn2.1Mg2.3Cu合金平均硬度达到193HV0.2,平均屈服强度475MPa,断后伸长率6.5%,添加Ti C颗粒的Ti C/Al5.8Zn2.6Mg1.6Cu合金平均硬度达到187HV0.2,平均屈服强度496MPa,断后伸长率5.6%,综合力学性能相比沉积态均得到显著提高。