强流脉冲离子束(HIPIB：highintensitypulsedionbeams)表面改性技术是上世纪80年代在惯性约束核聚变研究基础上发展起来的高能束流表面改性技术。HIPIB辐照金属材料可在瞬间实现材料表面的高能量密度沉积，材料表面升温速率高达108-1011K/s、冷却速度达到108-109K/s，形成表面熔化、气化和烧蚀，在材料表面还产生热应力与冲击波，使材料表层各种缺陷和密度显著增高、非晶和非平衡相等出现，导致材料表面相结构、显微结构、表层硬度、耐磨性和耐蚀性等变化。 同常规离子注入相比，HIPIB影响深度为离子注入的3～4个数量级；同激光电子束等高能束流相比，HIPIB具有能量转换效率高(15％～40％)，作用面积大(102～103cm2)等特点，因此HIPIB技术具有良好的应用前景。 本文针对沈阳理工大学引进的俄罗斯碳离子加速器进行双脉冲形成线的设计和实验验证，研究了水介质、气体开关，三同轴筒体结构尺寸等参数对脉冲形成线的影响，并且通过气体开关压力的控制，研究了双脉冲时延的变化规律。分析了双脉冲形成线的波传输过程，确定了波的传播是在主开关过电压导通下，沿外线传播至负载系统得到负脉冲，同时通过电感线圈的换向作用加载于内线，荐于负载系统得到正脉冲的波传播过程。完成了20、50、80纳秒脉冲波形的双脉冲形成线的结构和尺寸设计，设计结果与验证实验相符合。 本文设计的双脉冲形成线为三筒同轴Blumlein水介质传输线，具体参数如下：脉冲电压为450kV、脉宽为50ns、传输线长84cm、内筒外径9.0cm、中筒外径13.6cm、外筒内径20.5cm；脉宽80ns时，传输线长134cm、内筒外径7.4cm、中筒外径12.4cm、外筒内径20.5cm；脉宽20ns时，传输线长33.5cm、内筒外径9.7cm、中筒外径14.1cm、外筒内径20.5cm。各参数与实测值误差较小，设计长度约为相同脉宽下油介质传输线长度的18％。 在双脉冲形成线设计和验证的基础上，进行了针对硬质合金刀具材料的HIPIB辐照试验，研究了束流密度对材料表面形貌、化学成分、相结构以及显微硬度的影响。研究结果表明：HIPIB处理可以提高刀具的显微硬度，在束流密度100A/cm2～150A/cm2时，同未辐照刀具相比，显微硬度提高1.25倍；HIPIB处理可以获得表面完全熔化的快速凝固组织，显微硬度的增加与凝固组织的化学元素重新分布、扩散的不均匀性以及晶界的修复有关。