飞机和船舶表面涂层在服役期间受紫外、盐雾、臭氧和湿热冲击等环境因素的影响而发生老化失效,不同环境因子引起的老化机制各不相同。因此,为了提高涂层防护性能,必须弄清涂层在服役环境下的老化机理,从而提出有针对性的涂层改性方法,以提升涂层的耐久性。此外,对服役涂层的老化状态进行快速评价,并给出涂层的预防性维修窗口,防止因涂层失效导致的基底金属腐蚀和结构损伤,这对于提高装备的服役可靠性具有重要应用价值。本文以涂覆在航空铝合金AA7075表面的聚氨酯（PU）系列涂层为研究对象,研究了涂层在盐雾（SST）和紫外（UVA）两种典型老化环境下的老化机理;并通过添加不同纳米粒子对涂层进行改性,以提高涂层的粘附力、耐蚀性和耐久性。此外,本文还研制了一款适用于涂层无损监测的电化学传感器,通过对涂层EIS特征参数的在线监测,可用于涂层老化程度的现场评估。主要内容如下:1.研究了典型聚氨酯涂层—氟聚氨酯（FPU）在SST和UVA条件下的老化过程,通过分析两种老化条件下涂层的电化学阻抗（EIS）演变规律,并结合扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）和差热分析仪（TGA）表征方法,分析了涂层老化过程中的微观结构变化;采用激光共聚焦拉曼（CRM）和衰减全反射-红外光谱技术（ATR-FTIR）表征了涂层由表及里聚合物分子结构的变化规律。发现在老化实验前期,SST比UVA能更快地促进FPU涂层的阻抗下降,但UVA相比SST,提高了FPU涂层的玻璃化转换温度（T_g）,从而增大涂层脆性。微观形貌观测表明:UVA使涂层表面产生大量凸起和褶皱,而SST主要促使涂层表面形成微孔,这两种微观缺陷都可以给侵蚀性离子进入涂层内部提供快速通道,降低涂层对金属基底的保护作用。此外,还发现在UVA老化前期,UV辐射会引起涂层发生后固化反应,增加涂层分子的交联度,使涂层阻抗在老化前期有所增加;但随着老化时间进一步延长,UV辐射逐渐引起涂层分子链段的断裂,导致涂层阻抗后期快速下降。对于SST老化进程,盐雾对聚合物结构影响较小,阻抗下降过程比较平缓。动力学分析表明:UVA引起的光氧老化使涂层由表及里0²0μm的羧基浓度增大,C-N官能团含量减少,而盐雾老化只是促进了涂层浅表层0¹0μm的水解。2.研究纳米CeO₂、碳纳米管（CNTs）以及两者合成的复合纳米粒子对聚氨酯涂层耐蚀性能的影响。结果表明:通过盐雾和浸泡实验发现,对于纳米CeO₂,当添加量少于0.5 wt%时,因添加量不足而不能对涂层耐蚀性能进行有效提高,涂层阻抗随着老化时间快速下降,当添加量为1.0 wt%时,涂层的耐蚀性能得到最大提升。对于CNTs,较高添加量（2.0%）在涂层基质中发生团聚反而恶化了涂层性能,而聚多巴胺（PDA）包覆的CNTs（PDA@CNTs）可以有效的改善CNTs在涂层基质的分散性,这不仅增大CNTs与涂层直接的亲和力,还通过物理阻隔作用降低了侵蚀性离子在涂层中的传输速度,从而大幅提升涂层耐蚀性能。此外,通过在CNTs表面负载纳米CeO₂,合成了复合纳米粒子CeO₂@CNTs和CeO₂@PDA@CNTs,发现改性后的PDA@CNTs表面CeO₂的负载量得到提高。经过循环加速老化实验,发现CeO₂@PDA@CNTs复合纳米离子实现了CeO₂和CNTs的协同作用,不仅能增强涂层耐水渗透能力,还能提高涂层与铝合金基体的粘附性、提高涂层抗UV老化能力,这得益于CeO₂纳米粒子在PU/铝合金界面的吸附,可以抑制侵蚀性离子渗入导致的铝合金基体局部腐蚀,从而有效提升了PU涂层的耐久性。3.研制了一款基于EIS和微电子技术的涂层老化无损监测仪和阻抗传感器,用于现场涂层老化状态的快速诊断。通过和传统三电极体系对比,测试不同种类的聚氨酯涂层在盐雾下的阻抗谱,得到此涂层阻抗传感器可以灵敏、准确地监测涂层的老化进程,并基于阻抗数据提出了几个涂层性能快速评价参数,如特征频率f_b,高频相位角θ_10Hz,θ_15KHz,高频电容C_10Hz,C_15KHz,低频阻抗模值Z_0.1Hz,分析发现当Z_0.1Hz<10⁶Ωcm²,f_b>100 Hz或θ_10Hz<20°,涂层将失去对金属基底的保护作用,可以作为涂层失效的阀值,用于指导船舶或者飞机涂层的预防性更新或者维护。