一种包壳管用抗疲劳梯度纳米Cr涂层及其制备方法，步骤1：在抛光后的锆合金表面制备金属Cr涂层，步骤2：利用棒状材料对步骤1的锆合金包壳管进行支撑；步骤3：对锆合金表面Cr涂层进行表面超声滚压处理；控制步骤3中滚压深度，将变形发生在Cr涂层表面内，并对试样和滚压头接触位置进行冷却；步骤3中开启机床使包壳管旋转，超声滚压压头给进速度为5～15mm/min；最终超声滚压遍数由涂层表面粗糙度决定。本发明采用表面塑性加工工艺对涂层进行纳米化处理，获得晶粒尺寸呈梯度分布的表面涂层，消除现有制备工艺过程中带来的柱状晶、气孔等微观缺陷，显著改善原始涂层‑基体材料的疲劳性能。