本发明公开了一种碳钢表面形成钽/钽‑铁梯度层的材料及其制备方法，利用双辉光等离子表面冶金热处理方法，步骤为：(1)靶材、金属基材表面清理，排除空气、通入保护气；(2)预轰击处理；(3)梯度加热、恒温扩散、快速沉积；(4)退火和冷却。本发明工艺简单易行、钽层厚度可控性好、成本低、无任何污染。通过对阴极电压、电流、靶材与基材间距、反应时间的把控调节，从而使钽与铁通过相互扩散实现碳钢表面钽‑铁梯度合金化，这种自扩散增强了表面涂层与基体的结合，此处在碳钢表面获得的钽/钽‑铁梯度层无需后续的高温扩散退火即可满足一般情形下的性能使用需求。对使用低成本材料取代高成本钽材料，减少能源消耗有重大意义。