本申请公开了利用高压水射流的钛合金材料梯度微纳结构的制备方法，涉及钛合金热处理技术和高压水射流领域。该方法步骤包括：(1)预先固溶处理：将钛合金加热至750～850℃之内保温1h，水冷至室温；(2)高压水射流冲击处理：将上述钛合金进行表面处理，然后进行高压水射流冲击；(3)后续时效处理：将上述钛合金加热至400～600℃保温6～12h，空冷至室温。本发明通过高压水射流冲击在钛合金表面施加梯度残余应力，结合热处理工艺，有效调控了钛合金表面微观组织的析出，从而使钛合金表面相应地形成梯度微纳结构，进而提高了表面硬度。