本发明属于材料表面处理技术领域，具体涉及一种难熔金属钨表面纳米化方法。本发明采用机械抛光结合真空热处理的方法，在基体为粗晶的钨表面形成细小的纳米晶层，工艺简单，耗时短耗能低，重复性可靠，可实现批量处理。粗晶钨在金相抛光过程中近表层会引入高密度位错，这些位错是热力学亚稳定状态，在后续的真空热处理过程中发生回复形成稳定的纳米晶，晶粒尺寸200～400nm，表面纳米层的厚度为200～400nm。且纳米晶层与基体组织之间不存在明显的界面，不易剥离和分离，有望进一步高升钨材料的抗辐照性能。