本发明公开了一种金属铀表面钝化改性层及其制备方法，目的在于开发一种工艺简便、杂质可控性强的氮掺杂钝化技术，以解决金属铀材料表面腐蚀的问题，该钝化改性层的基体为铀，所述钝化改性层的主要成分为UN₂。本发明在控制真空室内杂质状态的前提下，在金属铀的表面通过氮离子束轰击引入氮元素，并结合辅助加热使氮元素向金属铀内部扩散，从而在金属铀的表面形成UN₂钝化改性层，显著增强金属铀表面的耐腐蚀能力。本发明针对金属纯铀的表面钝化、改性，提供了一种解决铀表面腐蚀问题的全新途径，本发明的UN₂钝化改性层内部结构致密，与金属基体结合紧密，钝化改性层中基本不含有氧化物夹杂或缺陷，提高了钝化改性层的防腐蚀能力。