冷金属过渡电弧增材（CMT-AM）是以电弧作为热源,焊丝作为填充材料,熔滴以冷金属过渡方式在基板上逐层累积三维成形技术。本课题以316L不锈钢和自制高氮钢焊丝作为研究材料,仿贝壳珍珠母结构,制备高强高韧的异材层状结构件。首先研究保护气成分对高氮钢电弧增材的影响,然后分别研究工艺参数对单一材料单道单层、多道单层和多道多层成形和组织性能的影响,最后研究增材比例和路径层状结构件力学性能的影响。首先不同比例的Ar/N₂和Ar/O₂混合气,研究保护气成分对高氮钢电弧增材的影响,得到最佳保护气成分为N₂比例不超过20%,O₂比例为2%最佳。其次研究送丝速度和电弧运动速度对316L大宽高比成形单道宏观尺寸的影响规律,得到最佳的316L大宽高比成形工艺参数,研究搭接率对单层表面平整度的影响,得到搭接率为42.5%时,表面平整度约260um,结构件抗拉强度约740MPa,冲击韧性最大为155.82J/cm²,冲击断口韧窝底部无夹杂物或第二相粒子。再进一步研究送丝速度和电弧运动速度对HNS大宽高比成形单道宏观尺寸的影响规律,HNS作为本课题的主体材料,故选取两组较优工艺参数进行平行实验,进行性能对比得到最佳工艺参数,最佳工艺参数下搭接率为45%时,表面平整度约130um,结构件最大抗拉强度达到1194.67MPa,最大冲击韧性达到32.43J/cm²;旋转90度增材路径下结构件力学性能得到进一步提升,HNS增材结构件最大抗拉强度达到1196.37MPa,最大冲击韧性达到63.99J/cm²。拉伸断口韧窝底部存在有夹杂物或第二相粒子,冲击断口呈现解理断裂区域和韧窝断裂区域。最后仿贝壳珍珠母结构设计316L/HNS异材层状结构件,通过理论计算层状结构件抗弯强度达到纯HNS的95%以上时HNS与316L的最佳比例值,并进行试验验证,进行力学性能检测。当HNS:316L=3:1时,异材结构件抗弯强度达到纯HNS的95.08%,冲击韧性为102.67J/cm²,提升幅度高达316.59%,进一步研究增材路径对层状结构件力学性能的影响,同心圆路径下结构件力学性能得到进一步提升,冲击断口以316L/HNS熔合线为分界线,HNS区域为典型的韧窝断裂和小部分解理断裂,316L不锈钢区域为抛物线状韧窝。