微弧氧化涂层生长过程中不可避免地产生微观缺陷和残余应力，关于微缺陷和残余应力对微弧氧化涂层铝合金疲劳性能的影响已有报道。然而，微弧氧化涂层与基体间界面附近的残余应力性质对铝合金疲劳性能的影响一直存在争议，且微观缺陷和残余应力对微弧氧化涂层材料疲劳性能的耦合作用机制尚不明确，这对基于微观缺陷和残余应力的协同设计，优化微弧氧化涂层铝合金的疲劳性能提出了挑战。针对这些问题，本文分析了微弧氧化涂层中影响基体疲劳性能的关键因素，并从涂层微观结构表征和应力仿真两个方面，阐明了微观缺陷与残余应力在疲劳失效中的耦合作用机制，建立了微观缺陷和残余应力对基体疲劳性能的损伤机制模型，提出了微弧氧化涂层铝合金的抗疲劳设计方法。研究表明（1）残余应力不利于微弧氧化涂层材料疲劳性能的提高。微观缺陷处的应力集中以及涂层与基体中的残余拉应力会导致疲劳裂纹过早萌生，而涂层中的残余压应力和基体中的残余拉应力对疲劳性能的影响存在竞争关系。（2）外部加载应力和残余应力性质影响疲劳裂纹萌生。在中间层未屈服区，涂层表面应力大于界面应力，基体中的残余压应力会导致中间层的屈服区比例降低，再加上涂层中存在的残余拉应力，疲劳裂纹很容易在涂层中萌生，而外部应力的增加以及基体中存在的残余拉应力导致中间层的未屈服区比例降低，考虑涂层中存在残余压应力，疲劳裂纹在涂层中的萌生周期延长。（3）残余应力松弛是导致微弧氧化涂层铝合金的高周疲劳寿命和低周疲劳寿命存在差异的主要因素。对于低周疲劳寿命，残余应力被释放，其对疲劳性能的影响减弱，微观缺陷的差异对基体的疲劳性能没有产生显著影响，而在低循环疲劳载荷作用下，残余应力与微观缺陷的耦合作用导致在不同工艺参数下制备的微弧氧化涂层试样的疲劳寿命存在显著差异。（4）抑制裂纹通过界面向基体中扩展是提高微弧氧化涂层铝合金疲劳性能的关键问题。裂纹萌生于界面和存在残余拉应力的涂层中严重损伤基体的疲劳性能。基体预处理诱导界面附近的涂层中产生残余压应力，在微弧氧化过程中控制工艺参数，避免局部产生较强的微弧放电有助于减少大尺寸微观缺陷的产生，涂层后处理可以对微观缺陷进行填充封闭，这对抑制微弧氧化涂层铝合金的疲劳裂纹萌生和扩展产生积极影响，有利于疲劳寿命的提高。研究成果为解决微弧氧化涂层铝合金疲劳性能差及疲劳寿命难控制问题提供了理论指导。

铝合金；微弧氧化；微观缺陷；残余应力；疲劳