近年来,随着航天发射活动的日益频繁,空间环境变得日益严峻,空间碎片的防护成为航天器设计时必须考虑的因素。铝合金以其优异的性能成为空间碎片防护屏的主选材料之一,被广泛应用于空间碎片被动防护的各种防护构型中。本研究采用微弧氧化法在6061铝合金表面原位构筑陶瓷膜层,通过对陶瓷膜层的厚度和显微硬度进行优化设计,以提高6061铝合金抵御空间碎片撞击的能力,为6061铝合金在空间碎片被动防护构型中的应用提供了理论依据。　　以Na2SiO3-KOH-NaF为电解液体系,采用微弧氧化法在6061铝合金表面原位构筑陶瓷膜层,通过正交实验法对电解液系中各组分的浓度进行了优化。实验表明:NaF对陶瓷膜层的厚度影响最大,KOH和Na2SiO3次之,确定了各组分的最佳浓度。在20g/LNa2SiO3、1g/LKOH和2g/LNaF的电解液体系中,构筑出厚度为58.3μm,显微硬度为984.6Hv0.1的陶瓷膜层,并对该陶瓷膜层进行了冷热循环、耐磨和耐腐蚀测试。结果表明:陶瓷膜层在500~20℃进行冷热循环30次,未发现裂纹、气泡和脱落,陶瓷膜层的体积磨损率比6061铝合金的体积磨损率降低了56.57％,腐蚀电位提高了0.056V,腐蚀电流密度降低了95.96%,陶瓷膜层表现出良好的抗热震、耐磨和耐腐蚀性能。　　利用SEM、XRD、EDS、涡流测厚仪和显微硬度计等测试手段,分析占空比、频率、电流密度和氧化时间等电源参数对陶瓷膜层微观形貌、相组成、元素组成、厚度和显微硬度的影响规律,并探讨了陶瓷膜层微观结构和宏观性能的内在关系。结果表明:陶瓷膜层表面分布较多微孔,具有内部致密和外部疏松的双层结构,主要由莫来石、γ-Al2O3和α-Al2O3相组成。其中,电流密度和氧化时间对陶瓷膜层的微孔分布和相组成影响较为显著,频率和占空比次之。陶瓷膜层的厚度受到占空比、频率、电流密度和氧化时间等因素的共同制约,陶瓷膜层的显微硬度则主要取决于其相组成及孔隙率。在占空比为45%、频率为50Hz、电流密度为8A/dm2、氧化时间为90min时,构筑的陶瓷膜层厚度为107.0μm,显微硬度为1555.7Hv0.1。　　为了进一步提高陶瓷膜层厚度和显微硬度,向电解液体系中加入纳米粒子,构筑纳米粒子原位掺杂陶瓷膜层。研究了纳米粒子(SiC、ZrO2和α-Al2O3)、分散剂(PEG1000和SDBS)以及超声处理对陶瓷膜层微观结构、厚度和显微硬度的影响规律。研究表明:纳米粒子在6061铝合金微弧氧化过程中均进入到陶瓷膜层中,并且对陶瓷膜层的厚度和显微硬度均有较大影响。其中,纳米粒子对陶瓷膜层厚度的影响由大到小依次为:SiC>ZrO2>α-Al2O3,对显微硬度的影响由大到小依次为:α-Al2O3>ZrO2>SiC。采用最小二乘法建立了工艺参数与陶瓷膜层厚度和显微硬度的数学模型,在该理论模型的指导下,设计并构筑出高显微硬度和厚度的陶瓷膜层,并探讨了陶瓷膜层的生长机制。在纳米α-Al2O3粒子掺杂浓度为1g/L,PEG1000为10mg/L、SDBS为15mg/L、超声时间为15min时,构筑的陶瓷膜层厚度为175.6μm,显微硬度为1977.2Hv0.1。　　以2017铝合金作为高速撞击弹丸,研究了金属-陶瓷复合材料在不同撞击速度时(0.50~4.51km/s)的抗撞击性能。金属-陶瓷复合材料的抗撞击性能均高于6061铝合金的抗撞击性能,金属-陶瓷复合材料的抗撞击性能由陶瓷膜层的厚度和显微硬度共同决定,其中,陶瓷膜层的显微硬度对抗撞击性能的影响更为明显。采用SPH数值算法通过AUTODYN-2D/3D软件对撞击过程进行了数值模拟,通过临界载荷评价法和冲击波理论对金属-陶瓷复合材料的抗撞击机制进行了探讨。结果表明:金属-陶瓷复合材料的抗撞击性能与其拉伸强度的平方成正比,与其弹性模量成反比,陶瓷膜层可降低稀疏波的传播速度,使冲击波更好的扫过整个弹丸,有利于弹丸的破碎,进而降低其对后板的损伤。