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随着近年来更高能量发射药应用于火炮性能的提高，传统的电镀铬已经不能满足实际需要。为了提高火炮身管（以下简称身管）内膛的性能，需要开发其它的涂层制备技术和涂层材料。本论文在综合分析国内外身管延寿技术的基础上，从涂层的制备工艺和身管内膛处理方案出发，首次分别采用三种表面处理技术，在PCrNi3MoVA钢基材上制备了五种涂层，并用显微硬度、摩擦磨损试验、高温氧化、SEM/EDX、XRD等研究方法与手段，对这五种涂层与PCrNi3MoVA钢的各项性能进行了比较，对火炮身管内膛改性进行了较系统研究，取得了如下主要结果: 五种涂层的硬度均比基体有明显提高，硬度提高的顺序为:电弧离子镀Ti0.7Al0.3N涂层、电火花沉积Cr涂层、电火花沉积NiCrAlY涂层、溅射NiCrAlY涂层、电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层。 在室温稳定摩擦磨损中，涂层的摩擦系数均比基体有一定减小，具有一定的减摩效果。摩擦系数减小的顺序为:电火花沉积Cr涂层、电火花沉积NiCrAlY涂层、电弧离子镀Ti0.7Al0.3N涂层、溅射NiCrAlY涂层、电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层。此外，PCrNi3MoVA钢的磨损机制是典型的磨料磨损和塑性流动，而电火花沉积Cr、NiCrAlY涂层的磨损机制主要是微切削磨料磨损，其它三种涂层的磨损机制则为粘着磨损。 PCrNi3MoVA钢表面在750℃下保持3小时后氧化严重，而Ti0.7Al0.3N涂层在850℃下保持3小时后表现出优良的抗氧化性能，其原因是Ti0.7Al0.3N涂层表面生成致密的Al2O3和TiO2的混合氧化膜，能够阻止氧进一步向涂层内部扩散。 溅射NiCrAlY涂层、电火花沉积Cr涂层、电火花沉积NiCrAlY、电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf等四种涂层均提高了基体850℃下的抗氧化能力。溅射NiCrAlY涂层表面主要生成了与基体粘附性好的Al2O3氧化膜，在柱状晶间隙较大处生成了NiCr2O4氧化膜与Fe2O3氧化膜;电火花沉积Cr涂层表面生成了连续致密的Cr2O3氧化膜;电火花沉积NiCrAlY涂层表面生成了θ-Al2O3、α-Al2O3、NiCr2O4氧化物膜;电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层表面生成了θ-Al2O3、α-Al2O3氧化膜。 电火花沉积NiCrAlY涂层与电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层在950℃、1050℃下保持100小时后的氧化动力学研究表明，两种涂层都极大提高了基体的高温抗氧化性能。在950℃下，电火花沉积NiCrAlY涂层表面生成了θ-Al2O3、α-Al2O3、 Cr2O3、NiCr2O4氧化膜，而电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层表面氧化膜主要由θ-Al2O3、α-Al2O3组成;在1050℃下，电火花沉积NiCrAlY涂层表面生成了α-Al2O3、NiO、NiCr2O4氧化膜，而电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层表面氧化膜由α-Al2O3组成。五种涂层的高温抗氧化性从强到弱依次为:电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层、电火花沉积NiCrAlY涂层、电火花沉积Cr涂层、溅射NiCrAlY涂层、电弧离子镀Ti0.7Al0.3N涂层。 电火花沉积NiCrAlY涂层在850℃下保持100小时后没有出现明显的涂层元素与基体元素的扩散行为;溅射NiCrAlY涂层在850℃下保持100小时后，涂层的Ni元素与基体的Fe元素发生了明显的互扩散，而Cr元素在界面富集;电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层在850℃、950℃、1050℃下保持100小时后，涂层元素Co在三个温度下都与基体元素Fe发生了明显的互扩散，在1050℃氧化温度下，涂层元素Ni与基体元素Fe也发生了显著的互扩散，而涂层元素Cr仍大部分在涂层内部富集，只有少部分向基体扩散。溅射NiCrAlY涂层与电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层中的Al元素主要集中在表面和界面，在表面出于Al元素与氧发生反应而生成Al2O3，在界面处由于缺陷的存在Al元素与氧发生反应生成Al2O3。电弧离子镀涂层和溅射涂层经长时间氧化后基体元素与涂层元素产生互扩散，可进一步提高涂层和基体的结合力。扩散并未降低涂层的抗氧化作用，经长时间高温氧化后，起主要保护作用的Al元素并没有扩散到基体中，而是在表面和界面生成了Al2O3，起到了很好的保护作用。 PCrNi3MoVA钢与五种涂层在NaCl溶液中的极化曲线表明，PCrNi3MoVA钢表面发生活性溶解行为，五种涂层均提高基体的抗腐蚀能力，其耐腐蚀性能力从强到弱的顺序为:电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层、电弧离子镀Ti0.7Al0.3N涂层、电火花沉积NiCrAlY涂层、溅射NiCrAlY涂层、电火花沉积Cr涂层。 研究结果表明五种涂层均能提高身管内膛的性能，具有高硬度、低摩擦系数、优良的高温抗氧化性和耐腐蚀性。五种涂层体系的综合评价表明，对于诸如坦克炮等低速射火炮，内膛表面温度低于其熔点，膛表逐渐变得对火药气体及其压力的冲刷敏感，应优先选择电弧离子镀Ti0.7Al0.3N涂层与电火花沉积Cr涂层;对于速射炮、大口径高能发射药火炮，内膛表面温度高于其熔点，烧蚀机理是表面熔化冲刷加严重烧蚀，应优先选择电弧离子镀NiCoCrAlYSiHf涂层与电火花沉积NiCrAlY涂层。五种涂层中的NiCoCrAlYSiHf涂层、电火花沉积NiCrAlY、电弧离子镀Ti0.7Al0.3N涂层都适合涂覆在海洋环境中服役的火炮身管。随着消除电弧离子镀涂层熔滴和提高电火花涂层表面质量技术的发展，电弧离子镀和电火花沉积技术在身管内膛改性上将有更广阔的应用前景。