本发明涉及一种粒子掺杂型复合梯度微弧氧化涂层及多级制备方法、应用。该制备方法利用微弧氧化技术，在含微粒子的电解液中，于金属表面制备一异质粒子掺杂的复合涂层，该涂层外表层粒子含量高于心部，复合粒子在微弧氧化涂层中呈现梯度分布的特征。该制备方法为实现目标涂层对微弧氧化工艺过程进行逐级分解，先后经历粒子预吸附、涂层快速生长、粒子主吸附、粒子捕获复合、涂层粗糙度精整、涂层自封孔一系列阶段过程，压茬进行，最终实现高致密度、低粗糙度、粒子梯度分布的高质量复合涂层制备。本发明根据目标涂层的功能需要，可复合高硬度粒子、自润滑粒子、导电粒子、生物活性粒子等，应用在金属材料表面处理领域。