本文自主设计实验进行了离子注入技术在宝石表面改色的探索与应用，并将实验所得样品进行了宝石学检测及注入离子存在形式的分析。同时结合宝石表面改色的其它工艺，对比分析了其各自特点并归纳总结出了一套鉴定方法。应用离子注入技术控制加速电压、束流强度、注入剂量等注入条件和升温速率、上限温度、恒温时间等退火条件，可实现对宝石表面选定区域改色。退火条件对样品改色效果影响较大。本实验中改色效果较好的有绿柱石、翡翠、大理石等样品。改色效果不佳的样品经分析得知是由于注入含量偏低或退火氧化环境不强所致。本文离子注入改色样品经分析有如下特征：1、显微观察可知，注入样品不似镀膜样品为金属光泽，注入层并未掩盖样品本身结构特征，且整体颜色分布较为均匀；2、经注入改色样品的折射率、密度、硬度均与未处理样品相同，但无发光性；3、注入样品红外谱图谱峰向低频方向偏移或低频一侧的峰加强，经SEM观察可见表面不平整似有很多矿物颗粒；4、由XPS分析可得出：以高速进入样品基底的粒子大多为金属Cr，进入后挤在晶格中产生畸变，在进入的过程中粒子部分被氧化。退火处理使Cr被氧化并继续深入样品内部，使浓度最高点向内部偏移。在不同基底中，Cr浓度最高处均为+3价，说明Cr离子已进入样品晶格内部。颜色产生是由于Cr3+离子进入样品晶格中，替代了Al3+离子所致。但由于Cr3+离子注入剂量较低，所以样品呈现出极淡的颜色甚至部分样品表现为无色。其它宝石表面改色处理方法（涂覆、镀膜、扩散）与离子注入方法对比分析有以下差异：1、涂覆方法较为简易，放大观察局部可见气泡及膜层脱落等特征，已逐渐淡出人们视线；2、镀膜方法经历三代改进，目前已发展相对成熟，样品颜色鲜艳多样，表面会有金属反光；3、扩散方法所得样品颜色多富集于开放裂隙和表面凹坑处；4、离子注入方法可实现指定区域改色，但目前所得颜色较淡且透明度差，尚属研究阶段还未大量进入市场，但其作为一种新型表面处理方法有着广阔的宝石市场前景。