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离子注入改性层具有不影响工件外形尺寸、不存在膜基结合问题等突出优点，使得离子注入表面改性技术成为一种重要的材料改性手段。等离子体浸没离子注入技术克服了传统束线离子注入视线性的限制，可以批量处理复杂形状的工件。然而，等离子体浸没离子注入工艺对鞘层的依赖性很强，而鞘层的形状又受诸多因素的影响，很难保证均匀注入所需的保形性条件。尤其是采用PIII工艺处理带有凹陷表面如凹槽或沉孔型工件时，动态鞘层不断扩展并发生交叉重叠，导致鞘层的保形性很差，凹槽或沉孔内壁特别是侧壁注入剂量很低。因此，迫切需要寻求一种可以控制等离子鞘层方法来提高鞘层的保形性，进而提高型腔内壁的注入剂量。本文在分析了现有离子注入技术不足的前提下，提出了一种束线/浸没复合加速离子注入新方法，试图用束线离子来定向调制等离子体鞘层，从而改善鞘层的保形性，提高型腔内壁离子注入剂量。首先，建立了束线/浸没复合加速离子注入系统，设计了基于PLC控制的陡脉冲前后沿离子注入高压电源，采用IGBT串联型半导体高压开关控制高压脉冲后沿，削弱了脉冲拖尾对离子注入过程的不利影响。将束线离子源脉冲化，成功引出脉冲束流离子，并通过匹配电路的设计实现了脉冲束线离子源与靶台负高压脉冲协同工作的过程。束线/浸没复合离子注入过程中，束线离子可以诱导高压自激辉光放电产生，并且束流离子能量越高、气压越高，高压自辉光放电越强。采用PIC/MCC模型，通过对平面靶台束线/浸没复合加速离子注入鞘层动力学数值模拟研究发现，靶台对束流离子有二次加速作用，可以提高离子的注入能量，并且靶台电压越高，离子注入能量增加越明显。注入过程中，为了减小碰撞效应，工作气压一般低于0.1Pa，工作气压越高，离子与中性气体碰撞效应越明显，离子的能量损失越大。增大靶台半径，对离子束具有散焦作用，可以扩大靶台上有效注区域面积，但剂量均匀性下降；为了保证注入均匀性，靶台半径应小于束流半径。通过对氮离子注入不锈钢样品的注入层深度分析，进一步验证了束线/浸没复合加速离子注入的能量增强效应。凹槽型工件束线/浸没复合加速离子注入数值模拟结果表明：束流离子对等离子鞘层的扩展具有抑制作用，可以用来定向调制局部等离子体鞘层，改善鞘层的保形性，从而提高凹槽侧壁离子的注入剂量。束流离子能量增大，可以增强束流对等离子体鞘层的抑制能力，进一步提高凹槽侧壁的注入剂量，适合处理更深的凹槽型工件。工作气压降低，离子的碰撞效应减弱，对鞘层的抑制作用增强，注入到凹槽侧壁离子的剂量和能量都增加，但注入角度增大。靶台偏压增大时，凹槽工件各面的注入剂量和能量都有所增加，但由于离子能量增大，与中性气体的碰撞几率变大，侧壁离子的注入角度分布范围也会增大。靶台高度增大会缩短束流离子飞行的距离，可以减少由碰撞效应造成的能量损失，增强束流离子抑制鞘层扩展的能力，有助于提高凹槽型工件侧壁的注入剂量。凹槽深度变深，即便被束流离子调制后的鞘层对飞入凹槽内的离子有偏转作用，也很难让其注入到凹槽底部侧壁上。氮离子注入处理后的凹槽型试样XPS分析结果表明，束线/浸没复合加速离子注入有效地提高了侧壁的注入剂量，但由于离子的注入角度较大，存在一定的溅射效应。采用束线/浸没复合加速离子注入沉积工艺在平面不锈钢样品上制备了含氮的DLC薄膜，分析束线氮离子的轰击作用对DLC膜层结构和性能的影响。Raman和XPS分析结果表明，氮离子的引入没有改变DLC薄膜整体非晶结构，DLC薄膜中的N没有生成超硬C3N4相，主要以C=N键和C≡N键形式存在。并且随着氮元素含量的增大，DLC薄膜中的SP3键含量降低，膜层的硬度下降。但DLC薄膜中掺杂少量的N，膜层硬度下降不明显，但可以减小DLC薄膜的内应力。此外，采用束线/浸没复合加速离子注入沉积工艺在凹槽型工件表面注入沉积了DLC薄膜，对凹槽各面被处理试样的摩擦特性和耐腐蚀性能做了对比分析，结果表面，由于束流离子对鞘层的调制作用及其诱导下的高压自辉光效应，改善了注入过程鞘层的保形性，使得凹槽型工件各面改性层的均匀性提高，并且靶台电压越高，靶台距离越近、束流能量越高改性层的均匀性越好。