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本发明公开了一种多层双相跨尺度结构纯钛及其制备方法,多层双相跨尺度结构由纳米晶α钛?细晶α钛?粗晶β钛构成。多层双相跨尺度结构纯钛的制备方法,包括以下步骤:步骤1:在室温下对钛板材进行多道次轧制得到纳米晶α纯钛;步骤2:对步骤1得到的纳米晶α纯钛回复性退火;步骤3:对步骤2得到的纳米晶α纯钛用高能电子束在真空环境下刻蚀热处理,得到多层双相纳米晶α钛?细晶α钛?粗晶β钛跨尺度结构。本发明解决了由纳米晶纯钛得到跨尺度不均匀结构纯钛的难题,得到的多层双相跨尺度结构纯钛可用作生物植入体承重结构材料,制备流程简单、高效,可规模化生产。除此之外,通过本发明制备方法还可以用于纳米晶材料表面改性等领域。