Изобретение относится к области металлургии и машиностроения, а именно к комбинированным способам упрочнения металлов, и может быть использовано при изготовлении деталей, работающих в условиях изнашивания и знакопеременных нагрузок. Способ поверхностного легирования деталей из стали 40Х включает нанесение на поверхность деталей состава, содержащего легирующие элементы, предварительное поверхностное легирование и термодиффузионное насыщение поверхности деталей легирующими элементами путем нагрева при температуре 650-750°С с выдержкой в течение 3-4 часов и с последующим охлаждением. В качестве наносимого на поверхность деталей состава используют нанодисперсную суспензию, содержащую золь с медными наночастицами и введенными в него легирующими элементами, при этом после нанесения нанодисперсной суспензии детали просушивают. Предварительное поверхностное легирование осуществляют с использованием микродугового нагрева, а последующее термодиффузионное насыщение осуществляют в реакторе в плазме тлеющего разряда с выдержкой в среде диссоциированного аммиака и воздуха при пониженном давлении. В частных случаях осуществления изобретения введение легирующих элементов в золь, содержащий медные наночастицы, осуществляют путем распыления проволоки хромели с использованием микродугового разряда. Суспензию на поверхность деталей наносят методом окунания. Обеспечивается увеличение глубины легированного слоя и повышение прочностных характеристик деталей за счет повышения скорости диффузии легирующих элементов при одновременном упрощении процесса металлизации поверхности деталей. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 5пр.