为了满足HIPIB辐照材料表面改性需求，开展了磁绝缘离子二极管阳极特性的系统研究，确定了优化的辐照工艺参数。通过HIPIB辐照不同材料的力学效应研究，揭示了辐照表面反冲应力波的形成和传播机制，以及HIPIB辐照材料表面强化机制，为彻底弄清HIPIB与材料表面的相互作用提供了实验依据。通过对TEMP-6型和ETIGO-2型两种HIPIB装置阳极聚乙烯膜的寿命研究发现，TEMP-6型装置的绝缘磁场为“闭环”结构，二极管间隙放电稳定，在420 kV放电电压下阳极聚乙烯膜可使用500-700次。ETIGO-2型装置的绝缘磁场为“开环”结构，二极管间隙放电不稳定，在1100 kV放电电压下阳极聚乙烯膜仅可使用2-4次。外磁绝缘离子二极管阳极等离子体的形成基于阳极聚乙烯膜的表面脉冲击穿放电过程，聚乙烯膜表面发生电子崩，并形成导电通道，载能电子和离子的多次轰击导致聚乙烯膜表面粗糙化，聚乙烯分子链断裂形成低分子量物质，引起HIPIB束流密度降低，稳定性变差。通过改变阳极聚合物材料种类，优化二极管结构及放电回路的阻抗匹配，聚合物阳极的稳定放电次数可提高到1000次以上。采用束流密度30-1500A／cm²，辐照次数1次的HIPIB辐照纯金属Ti和Al，被辐照表面的粗糙度R_a随束流密度增加而增大，200A／cm²辐照条件下，两种金属的R_a分别从原始的0.181μm和0.164μm增加到0.693μm和0.372μm。通过辐照和沉积实验证明了表面微凸被优先加热而发生选择性烧蚀，产生液滴喷射现象，导致形成具有烧蚀坑和波纹状扰动的烧蚀表面形貌。随束流密度增加液滴喷射现象加剧，造成被辐照表面显著的粗糙化。采用10MHz的压电陶瓷—锆钛酸铅（PZT）压电晶体传感器，对束流密度30-400A／cm²的HIPIB在纯金属Al，Ti，Cu，以及耐热钢基体上等离子体喷涂的ZrO₂热障涂层（TBC）等材料中诱导的应力波进行了实时动态测量，随束流密度从100 A／cm²增加到400 A／cm²，金属Al中的应力波强度从2 MPa增加到约80 MPa。350 A／cm²、1-10次辐照条件下，金属Al、Ti和TBC中的应力波强度分别为70-90 MPa、27-40 MPa和15-20MPa。应力波的HIPIB诱导机制包括热弹性机制和反冲机制，分别形成热弹性波和反冲应力波。形成的应力波波形具有双峰结构，其中仅反冲应力波的强度随束流密度的增加显著增大。相同辐照条件下，低熔点材料因烧蚀剧烈而形成较强应力波，高熔点材料则应力波强度减弱，TBC的组织结构和界面特性造成应力波衰减和宽化。采用束流密度100-350 A／cm²，辐照次数1-10次的HIPIB辐照纯金属Cu，随束流密度和辐照次数增加，被辐照表面的粗糙度R_a先减小后增大，100 A／cm²、1次辐照条件下R_a从原始的0.12μm减小到0.09μm，350a／cm²、10次辐照条件下达到最大，约0.51μm。被辐照表面的显微硬度则呈现递增趋势，350A／cm²、10次辐照条件下表面显微硬度增加幅度最大，约70％。辐照形成的硬化层深度在100A／cm²、10次条件下约为100μm，350A／cm²、10次条件下增大到300μm。HIPIB辐照金属Cu造成表面位错、孪晶等缺陷增加和晶粒细化的强烈冲击硬化效应，归结为表面应力及反冲应力波的形变强化作用机制。HIPIB辐照金属Cu的球-盘式摩擦磨损实验表明，磨合阶段持续时间受被辐照表面粗糙度和硬度的影响，稳定磨损阶段的摩擦系数则受硬化层硬度和深度的影响。350A／cm²、10次辐照条件下，金属Cu表面的摩擦系数从原始试样的0.9减小到0.45，磨痕深度则从20μm减小到0.8μm，耐磨性显著提高。采用束流密度100-350A／cm²，辐照次数1-10次的HIPIB辐照Al-Cu合金，随束流密度和辐照次数增加被辐照表面粗糙化，350A／cm²、10次辐照条件下R_a达到最大，约0.5μm。Al-Cu合金表面形成界面平直的熔融层，厚5-6.5μm，熔融层硬度随束流密度增加而增大，随辐照次数的变化不显著，350A／cm²、1次辐照条件下熔融层硬度增加幅度最大，约50％。辐照形成的硬化层深度在100A／cm²、10次条件下约为50μm，350A／cm²、10次条件下增大到150μm。HIPIB辐照Al-Cu合金造成熔融层中Cu原子过饱和固溶于Al基体，以及位错等缺陷增加的冲击硬化效应，归结为固溶强化和反冲应力波形变强化的综合作用机制。HIPIB辐照Al-Cu合金的球一盘式摩擦磨损实验表明，Al-Cu合金耐磨性主要取决于硬化层的硬度和深度。200A／cm²、10次条件下，Al-Cu表面的磨痕深度从原始试样的10μm减小到4μm，耐磨性改善。