本发明公开了一种提高粉末冶金齿轮表面耐磨性能合金层及其制备方法，该合金层自上而下依次包括W‑Mo沉积层、W‑Mo‑Ti梯度陶瓷层和Ti强化层。其制备方法为：在粉末冶金齿轮表面离子注入Ti强化层；在Ti强化层表面用双辉等离子合金化法制备W‑Mo合金层。离子注入Ti会在齿轮表面形成注入层，钛离子与Fe生成的钛铁化合物在齿轮表面与对摩副之间起自润滑作用，有效降低了齿轮的摩擦系数和磨损率，提高了耐磨性能。经双辉等离子合金化制备的W‑Mo合金层包括W‑Mo沉积层和W‑Mo‑Ti扩散层，该扩散层成分由表及里呈梯度分布，与齿轮为冶金结合，提高了与齿轮的结合强度。