本发明公开了一种新型中碳钢表面碳氮共渗改性层及其制备方法，属于钢铁表面处理技术领域。本发明解决了现有阳极液相等离子体渗透电解初期，电流过大易过载，不利于反应时工件温度控制的问题。本发明将尿素溶解在去离子水形成碳氮源溶液，再取氯化铵颗粒加入到去离子水中形成导电盐溶液。将碳氮源溶液与导电盐溶液混合形成复合电解液，然后将中碳钢金属试样在复合电解液中进行电解，在其表面快速生成碳氮共渗改性层。本发明将金属试样作为阳极，利用阳极液相等离子体渗透技术，提高碳氮元素的渗透效率。通过高电压诱发等离子体辉光放电，促使活性碳氮原子轰击金属表面，最终制备出性能优异的表面碳氮共渗改性层。