本发明公开了一种纳米TiC修饰石墨烯增强钛基复合材料及其制备方法和应用，该复合材料主要是由钛或钛合金作为钛基体，表面修饰了纳米TiC的石墨烯作为增强相，并且匀分布在钛基体颗粒周围形成网络状结构。本发明采用三维机械混合的方法先在钛基体颗粒表面包覆一层纳米TiC，然后包裹一层石墨烯，得到芯部为钛颗粒，中间层为纳米TiC，表层为石墨烯的核‑壳结构。该方法克服了传统湿法球磨中难以实现石墨烯均匀包覆到钛颗粒表面的问题。纳米TiC的存在一定程度上减少了在制备过程中石墨烯与钛基体的界面反应，经烧结成型得到纳米TiC修饰石墨烯增强的钛基复合材料。该复合材料的强度高，塑性强，成型加工性能良好，可以应用在航空航天及船舶舰艇制造工业。