本发明公开了一种钛合金网格状梯度表面改性层的制备方法，该方法的具体过程为：对钛合金依次进行表面预处理、高能喷丸、网格涂层预处理和离子渗氮处理，在钛合金表面形成网格状梯度表面改性层。本发明通过高能喷丸在钛合金表面形成细化层，降低了离子渗氮阻力，提高含N化合物的形核率，从而提高表面改性层厚度并增强其耐磨性，同时形成表层硬度的梯度过渡，提高了渗氮层与钛合金基体的结合力，并通过网格涂层预处理以形成网状表面渗氮层，提高了改性层的耐磨性，从而在钛合金表面获得具有网格状表面渗氮层以及纵向硬度梯度分布的特殊双重结构复合表面改性层，使得钛合金改性层具有硬度高、耐磨性好、不易脱落的性能，适用于钛合金结构件。