钛、镍、钼等金属材料及其合金在航空、航天、国防等领域有广泛应用,但这些材料的高塑性、高硬度及低导热率导致加工时切削力大、切削温度高,所得表面质量难以满足服役条件的较高要求。大气压冷等离子体辅助切削可有效改善材料的切削加工性能,提高已加工表面质量。但现有研究发现冷等离子体对不同材料的影响方式和程度均有所不同,难以明确差异产生原因及适合冷等离子体辅助加工的材料类型。论文针对这一问题,选取钛、镍、钼三种纯金属材料为研究对象,开展亲水性改性试验、拉伸试验、纳米压痕试验,揭示了冷等离子体射流对材料特性的作用机理及影响规律;在不同冷却润滑环境下对三种材料分别进行微铣削试验,验证了冷等离子体射流辅助切削作用机理,实现了纯钛、纯镍、纯钼的高质量加工。论文的主要工作如下:为提高冷等离子体射流的改性效率,在氮气中混入水作为工作气体,研制了改性效率高、长度超过10 mm的混水冷等离子体射流。当工作气体中湿润氮气比例为1%时,所得混水冷等离子体射流可在20 s内将各种纯金属表面的接触角降至10°左右,改性效率相比纯氮冷等离子体射流明显提升,可快速提高金属材料表面亲水性。为研究冷等离子体射流对材料力学性能的影响机理与规律,分别在空气、气体射流、冷等离子体射流气氛下对纯钛、纯镍、纯钼进行了拉伸试验及纳米压痕试验,并观测了冷等离子体射流处理前后三种金属材料微观组织的变化。结果表明,冷等离子体射流可在纯钛材料表面形成深度约2?m的变质层;在冷等离子体射流作用下,纯钛的拉伸强度、断后伸长率显著降低,压入硬度明显提高。而对于纯镍、纯钼等材料,冷等离子体射流对材料微观组织结构、力学特性无明显影响。为验证冷等离子体射流辅助切削作用机理,同时实现纯钛、纯镍、纯钼高质量加工,在不同冷却润滑环境下对纯钛、纯镍、纯钼等材料开展微铣削试验。试验结果表明,对于纯钛,冷等离子体射流通过降低材料塑性及断裂韧性,可显著提高表面质量、降低切削力,与干式微铣削相比,射流辅助微铣削所得表面粗糙度Ra可降低约23%,表面刀痕明显减轻;随着切深增加,单独引入冷等离子体射流的作用效果不再明显,但射流的亲水性改性作用可促进冷却介质浸润切削区域,提高表面质量。对于纯镍、纯钼,单独引入冷等离子体射流对微铣削过程无明显作用效果。但冷等离子体射流仍可促进MQL冷却介质浸润切削区域,两者复合作用下能显著改善纯镍、纯钼的切削加工性能,Ra分别降低18%和82%,有效减缓刀具磨损。