本发明为一种在硬质合金表面制备梯度硬质复合涂层的方法，使用双层辉光等离子体表面合金化设备，以氩气作为等离子体激发气体，首先使用难熔金属丝和石墨板制作的复合靶材作为源极，在硬质合金表面制备难熔金属及其碳化物复合渗层；然后通入四甲基硅烷和氢气的混合气体，通过不断增加四甲基硅烷的流量，制备包含难熔金属碳化物和碳化硅的梯度复合涂层；最后再通入甲烷，逐渐增加甲烷流量并同时降低四甲基硅烷的流量，制备碳化硅、金刚石梯度复合涂层。本发明制备的涂层与基体间呈冶金结合，从基体到涂层热膨胀系数呈梯度分布，具有应力小、结合强度高的特点。同时整个涂层在一种装置中连续制备完成，工艺简单、成本低。