脉冲高能量密度等离子体(PHEDP)由同轴枪放电产生，是一种集高温度、高能量密度、高定向速度等优点于一身的高度离化的等离子体。利用PHEDP进行材料表面改性是由本课题组最近十几年发展起来的一项新技术。该技术具有沉积温度低(可在室温下)，沉积效率高，能量利用率高等优点，并兼具表面溅射、离子注入、冲击波和强淬火等综合效应。可以制备高致密度的纳米晶或非晶硬质薄膜，提高基底材料的表面硬度、耐磨、耐蚀性能。所制备薄膜与基底之间存在很宽的混合过渡区，因此膜/基结合良好。　　 本文介绍了PHEDP技术的原理，及其在薄膜沉积及材料表面改性中的应用。利用Langmuir探针对脉冲高能量密度等离子体的特性进行了研究。采用不同材料的同轴枪电极、不同的工作气体，在不同的放电条件下，于室温合成了几种三元化合物薄膜。运用表面分析技术，系统研究了几种薄膜的结构、化学组成、表面微观形貌等特征。　　 利用PHEDP技术，分别使用金属钛及石墨电极，在3.5 kV的放电电压条件下，在G20硬质合金刀具表面合成了由纳米晶粒构成的TiCN薄膜。XRD衍射图谱的分析结果表明，在薄膜中形成了TiCN相，其化学式为TiC0.7N0.3。薄膜由直径为70～100nm的纳米晶粒紧密堆垛而成，晶粒的直径随脉冲放电次数的增加而趋于减小。AES深度分析表明，在薄膜与基底之间形成了很宽的过渡层，厚度约为200nm，如此宽的过渡层有助于增强膜/基之间的结合力。　　 氮化钽(TaN)具有高硬度，高化学稳定性等优异性能，在很多领域有着诱人的应用前景。TaN的熔点很高，通常利用物理气相沉积(PVD)及化学气相沉积(CVD)技术制备TaN薄膜。但这两种技术存在能耗高、膜/基结合强度差、沉积过程中基底需要加热到高温等缺点。本文利用PHEDP技术，使用金属钽及石墨电极，在不同放电电压下制备薄膜。分析结果表明，当放电电压达到或超过3.0 kV时，薄膜主要由TaN及富N的Ta-N相构成。薄膜最小晶粒直径小于10nm，且脉冲放电次数越少，晶粒尺寸越小。　　 在本文的第四部分，利用PHEDP技术，使用金属钽及钛电极，在不同基底材料，不同的N2气进气压力条件下，制备了纳米晶结构的Ta-Ti-N薄膜。薄膜主要由TaN、Ta3N5以及Ti2N等相结构组成，晶粒尺寸小于30nm，放电过程中N2气的进气压力对薄膜的组成成分有显著影响。　　 在本文的最后，介绍了PHEDP技术制备的薄膜在地铁盾构刀具等方面应用的初步结果。试用结果表明PHEDP硬质薄膜能够适应地铁施工用盾构刀具的服役条件，显著提高刀具的使用寿命。