随着现代科学技术的发展,对超光滑表面的需求日益增加。射流抛光技术（Fluid Jet Polishing,FJP）是一种可用于加工复杂表面的先进表面加工技术,可获得纳米级粗糙度、无损伤、晶格完整的表面。FJP技术中仍存在诸多尚未解决的问题,从而限制了FJP加工能力的进一步提高。为解决这些问题,必须要深入了解FJP中材料去除机理。而现有研究主要集中在加工工艺参数优化、去除函数改善、加工路径设计等方面,较少涉及材料去除机理。研究表明,射流抛光中纳米颗粒与工件表面的碰撞是材料去除的主要原因。因此,研究射流过程中纳米颗粒与工件表面的碰撞规律及碰撞的材料去除特性是揭示FJP中材料去除机理的关键。针对上述研究目的,论文开展了以下几个方面的研究:首先,搭建了一套射流抛光实验装置,该装置由射流循环系统、运动控制装置、温控搅拌系统三部分组成,喷射速度可在20m/s～80m/s间设定,具有循环、搅拌和加热等功能。喷嘴与工作表面可实现四个自由度的相对运动,满足射流实验要求。射流抛光实验验证了该设备的速度稳定性和长时间加工能力。同时,采用流体动力学仿真软件建立了射流抛光过程中的多相流流场模型,并利用离散相（Discrete Phase Model,DPM）模型对射流中颗粒进行轨迹追踪,获得了颗粒在流场中的运动规律及颗粒与工件表面的碰撞特性。实验观测与仿真计算对比分析发现,射流抛光中材料去除形貌与颗粒在工件表面的碰撞密度分布相当吻合,说明颗粒-工件表面的碰撞是材料去除的主要原因。为了深入探索材料去除特性,进一步研究了射流速度、颗粒粒径、颗粒密度对颗粒-工件表面碰撞几率的影响,发现颗粒粒径为微米级别时,碰撞几率和颗粒粒径呈幂函数增长关系。进一步实验发现,抛光颗粒粒径大小对材料去除形貌有着显著影响,随颗粒粒径增大,材料去除形貌截面由“W”形变成“U”形。进一步分析单颗粒碰撞的材料去除特性发现,随着颗粒粒径增大,颗粒碰撞的材料去除模式由化学吸附去除转变为轰击去除。纳米颗粒碰撞工件表面时,去除方式为化学吸附去除,此时工件表面为原子级去除,可获得纳米级加工表面。当微米颗粒碰撞时,去除方式为轰击去除,此时单次碰撞可去除较多的表面原子,但是表面加工质量较差。此外,通过分析材料去除形貌与颗粒碰撞时碰撞速度分布的关系,发现颗粒碰撞时法向速度是材料去除的关键。对比实验观测和数值计算结果,发现实现材料去除时颗粒碰撞时法向速度需大于某一临界速度。进一步研究了斜入射时材料去除形貌及颗粒碰撞特性,证实了材料去除临界法向速度的存在。最后,本文搭建了射流抛光中工件表面电势测量装置,并提出通过测量射流抛光中电荷转移来研究射流抛光中的颗粒-工件表面碰撞规律及碰撞的微观材料去除特性。利用该装置,测量了定点抛光过程中工件表面电势变化,研究了颗粒浓度对射流过程中电荷转移的影响。该装置为研究FJP材料去除机理提供了一种新的实验手段。