本发明公开了一种制备纳米多层硬质涂层的装置和方法，通过至少两个蒸发坩埚，两个坩埚中分别放置不同的蒸发靶材，通过程序控制电子枪发射电子束在两个坩埚间跳跃实现不同涂层材料的周期性蒸发，形成金属蒸气；金属蒸气与空心阴极电子枪发射出的低压大电流电子束中的电子相互碰撞发生电离，产生高密度等离子体，与导入的反应气体发生反应并在基板负偏压的作用下形成涂层。所述的纳米多层硬质涂层为MeX/Me’X交替结构。本发明具有沉积速度快、涂层致密无液滴、可灵活控制调制周期和层厚比等优点。由于纳米多层硬质涂层本身的致硬效应，所制得的涂层具有很高的硬度和耐磨性，可用于刀具、模具、压气机叶片及叶轮等需要高质量硬质防护涂层的场合。