一种双相纳米颗粒增强型钛合金防护涂层及制备方法，其特征是将纳米La2O3粉、WC粉和微米NiCoCrAlY粉按一定比例制备成双相纳米颗粒增强的金属基微纳米复合粉体，采用激光熔覆的方式将复合粉体熔覆在钛合金表面，对熔覆后的钛合金涂层进行磨削淬火，将磨削淬火后的钛合金及其涂层放入液氮中进行深冷处理，最后将深冷处理后的钛合金涂层进行两次低温回火。本发明的钛合金防护涂层具有高硬度、高强度、耐磨、耐热腐蚀和耐热震等优异的性能。