答案：C

根据同底数幂的乘法，合并同类项，幂的乘方与积的乘方运算法则逐一计算作出判断：

A、a³a²=a³⁺²=a⁵，故此选项错误；

B、a²和a⁴不是同类项，不能合并，故此选项错误；

C、（a³）²=a⁶，故此选项正确；

D、（3a）²=9a²，故此选项错误；

故选C。