核能源是一种高效的清洁能源,发展和使用核能源是新时代能源主题之一。与之而来的核安全问题越来越受到社会各界的关注。作为核主要材料之一的Zr合金,在高温高压水蒸气等恶劣环境下容易破坏失效,沉积Cr涂层是目前最有潜力的一种提高Zr基材抗高温氧化性能的方式。目前研究制备的Cr涂层较厚及Cr晶体粗大,损害了热中子经济及增加了缺陷,制备等轴致密的Cr涂层成为目前的研究重点。多层膜结构是一种有效提高涂层结构和性能的途径。本研究通过高功率脉冲磁控溅射（Hi PIMS）和直流磁控溅射（DCMS）的交替沉积及离子源循环轰击辅助磁控溅射两种技术在Zr-4合金基材表面成功制备不同结构的Cr多层涂层,通过改变不同周期及离子源的轰击次数调节各子层厚度,研究不同子层厚度对多层结构的Cr涂层显微结构、力学性能及耐腐蚀性能的影响,同时对各Cr层的抗高温氧化性能及氧化动力学进行表征和分析,主要研究成果如下:（1）制备的所有Cr涂层具有（110）的择优取向。随着交替沉积周期的增加,Cr涂层表面结构更光滑平整,晶体团簇更小,致密度增加。周期T=8的Cr层具有最小的表面粗糙度25 nm和最小的晶粒尺寸30.9 nm,对应最高的维氏硬度278HV。交替沉积涂层均具有较好的结合性能,且随着周期数增加而提高,最高为47.5 N。随着周期数增加,涂层表面接触角增加,在一定程度上损害了池沸腾临界热流密度（CHF）。涂层耐腐蚀性能也随着交替沉积周期数增加而增加,T=8具有最小的腐蚀电流密度4.741μA·cm-2和最大的极化电阻67997Ω。（2）离子源循环轰击有益于提高涂层的结构和性能,随着轰击次数的增加,涂层更加致密。离子源轰击刻蚀了子层表面不稳定结构和物质,引入了更多的界面,有效提高Cr涂层的耐腐蚀性能,n=7的Cr涂层具有最小的腐蚀电流密度1.142μA·cm-2和最大的极化电阻17891Ω,但对涂层硬度提高不明显。Cr涂层均具有较好的结合性能,且随着轰击次数增加而增加,轰击次数n=7的Cr涂层结合力最大为45.4 N,此时粗糙度也最小,涂层最光滑。（3）沉积Cr涂层对于基材有较好的保护高温氧化效果,且随着子层厚度减小（交替沉积周期增加和轰击次数增加）而增强。相同氧化时间氧化层厚度随着子层厚度减小而减小。最大沉积周期数T=8及最大轰击次数n=7的Cr涂层具有最小的氧化层厚度,最佳的抗高温氧化性能。氧化动力学结果显示涂层的氧化动力学比较契合氧化层厚度的平方与氧化时间成正比的规律,表明涂层处于氧化初期,具有较好的保护效果。周期数T=8及轰击次数n=7的Cr涂层氧化动力学曲线拟合抛物线速率常数kp也最小,分别为15.12μm~2·h-1和8.61μm~2·h-1。设计多层膜结构可以打断柱状晶生长,减小柱状间隙,减小涂层晶粒尺寸及提高致密性,提高抗高温氧化性能。对于进一步设计Cr涂层结构和提高Cr涂层抗高温氧化性能提供了新的思路,具有一定的指导意义。