本发明公开了一种锆合金包壳表面超细针状晶/近等轴晶双层结构Cr涂层制备方法，属于核燃料包壳表面涂层技术领域。本发明采用高功率脉冲磁控溅射技术，通过对HiPIMS设备进行自主改造，在锆合金包壳管内通入氩气并且控制氩气在管内的流速以调控管壁温度，并综合调整偏压、靶基距、溅射功率等参数，调控获得纯Cr超细针状晶/近等轴晶双层结构涂层。本发明设计的锆合金包壳表面超细针状晶/近等轴晶双层结构Cr涂层抗高温氧化性能优异，针状晶的垂直晶界加快原子扩散速率，极大缩短氧化膜形成时间，可以在氧化初期极其快速生成均匀、致密的Cr2O3保护膜，显著延缓高温下氧气和水蒸气对基材的直接侵蚀。