本发明涉及的技术领域，更具体地，涉及一种钛合金等离子体电解氧化复合涂层的制备方法，首先对钛合金进行预处理，除去钛合金表面的氧化物，并对钛合金进行清洗和干燥，避免影响后续钛合金与PEO涂层的粘结，通过对钛合金进行等离子体电解氧化处理，得到附有PEO涂层的钛合金，提高钛合金的表面性能，将钛合金放置于Al与F的摩尔比为1:3～1:4的混合溶液中并对混合溶液进行加热搅拌，利用生成的AlF3填充PEO涂层的微孔，再对附有填充有AlF3的PEO涂层的钛合金进行加热，使AlF3分解，得到钛合金等离子体电解氧化复合涂层，当钛合金置于海水环境时，减小了与溶液接触的表面积，提高了钛合金复合涂层的耐蚀性。