一种钛合金表面强化方法，属于金属表面热处理改性技术领域，其特征是先将钛合金表面先进行喷砂清洗，然后进行化学机械研磨、抛光，同时将固体碳化硼（B4C），碳化硅（SiC）颗粒分别制成粉末后按一定比例与稀土（CeO2）粉末进行混合制成粉末试剂，将此粉末试剂与处理后的钛合金材料放入到刚玉坩埚内压实并密封后烘干，然后将坩埚放入到高温炉内进行加热的一种表面化学热处理工艺方法，其中，B4C作为供硼剂，SiC作为填充剂，稀土（CeO2）作为活化剂。通过此种表面化学热处理改性方法，使钛合金TC21表面形成钛基复合层，从而使钛合金表面硬度显著提高，表面性能得到强化。且使用后的固体粉末渗剂可回收利用。