高性能聚合物材料作为空间材料获得了大量应用。但是在近地轨道空间中，聚合物材料受原子氧与真空紫外作用，性能会发生明显退化。在聚合物材料表面施加防护涂层是最有效的防护措施之一。目前，原子氧防护涂层体系主要包括金属及氧化物涂层、有机涂层以及有机/无机杂化涂层。随着航天器向长寿命、高可靠性方向发展，对防护涂层的性能要求也越来越高，开发新的涂层材料体系及其相应的制备技术是十分必要的。本论文以空间常用的聚合物材料聚酰亚胺(Kapton)为基体，采用溶胶-凝胶法及磁控溅射技术在其表面制备了高无机组分含量的有机硅/60％SiO2杂化涂层及Mg-6Y-6Nd、AZ31镁合金防护涂层。利用自建的空间综合环境地面模拟实验装置对所制备的涂层进行了原子氧(atomic oxygen，AO)与真空紫外(vacuum ultraviolet，VUV)的单独及协同侵蚀暴露实验，旨在考察涂层的防护性能。同时，利用FTIR、SEM、XRD、XPS、AFM等手段，对比分析了暴露实验前后涂层表面的形貌、物相组成、微观结构及化学成分的变化，提出了不同涂层的抗原子氧侵蚀机制。　　(1)通过调节溶胶-凝胶工艺参数，克服了高无机含量杂化材料不稳定、易团聚、易相分离的技术难题，成功在Kapton基体上制备出成分均匀、无相分离的有机硅/60％SiO2杂化涂层，并通过多层涂覆的办法增加杂化涂层的厚度、减少溶剂挥发过程带来的缺陷。经划格法测试，杂化涂层与Kapton基体结合性良好，达到国际ISO-1409-1992标准1级水平。对涂层进行透光性测试，得到的透过率曲线平滑，证明了涂层成分均匀，无颗粒团聚发生。在空间综合环境地面模拟装置上对有机硅/60％SiO2杂化涂层进行总通量高达1.83×1021atoms/cm2的AO暴露实验。通过侵蚀动力学计算得到有机硅/60％SiO2杂化涂层的AO反应系数为2.1-5.9×10-26cm3/atom，较Kapton降低了2个数量级，较常用的有机硅涂层降低了1个数量级。杂化涂层表面无开裂、剥落现象，仅出现个别由溶剂挥发导致的贯穿性侵蚀孔洞。AO暴露实验后，涂层的光学透过率未发生明显变化，表明涂层表面受AO侵蚀轻微，抗AO性能优异。　　(2)在模拟装置上对有机硅/60％SiO2杂化涂层进行辐照强度为280等效太阳时（波长＜400nm）的VUV辐照和通量密度为1.11×1021atoms/cm2的AO协同暴露实验。动力学测试表明，暴露初期在VUV与AO协同作用下，有机硅/60％SiO2杂化涂层的质量变化较大;然后随着暴露时间的增加，AO与VUV对涂层的侵蚀速率逐渐减缓，最后与单一AO暴露时作用效果接近。通过计算得到有机硅/60％SiO2杂化涂层的AO侵蚀系数稳态时为3.89×10-26cm3/atom。杂化涂层在AO与VUV协同作用后表面侵蚀孔洞呈现轻微开裂趋势，表面形貌特征和化学成分与单独AO作用时相近。表明提高有机硅/SiO2杂化涂层中SiO2含量，可以进一步提高杂化涂层抗VUV辐照性能。　　(3)通过磁控溅射技术在Kapton基体上制备了Mg-6Y-6Nd镁合金涂层。镁合金涂层的厚度为1.67μm，与Kapton基体结合良好。涂层沿(002)方向择优生长。涂层外观呈镜面状态，涂层均匀、连续，无明显缺陷。Mg-6Y-6Nd镁合金涂层在通量为1.65×1021atoms/cm2的AO中暴露后，AO侵蚀系数为8.9×10-26cm3/atom，较Kapton的侵蚀系数降低33.7倍，相当于将Kapton的服役寿命延长33.7倍。在AO作用过程中，Mg-6Y-6Nd镁合金涂层表面生成了以MgO为主同时含有少量Nd2O3的氧化物薄膜，有效保护了Kapton基体不受AO侵蚀。通常情况下，镁合金在常规水溶液中或者高温氧化性气氛中的耐蚀性差。与此不同，在AO暴露环境中，Mg-6Y-6Nd镁合金具有良好的抗AO冲蚀与氧化性能。　　(4)以典型镁合金AZ31为研究对象，进一步探讨镁合金抗AO侵蚀的作用机理。选择典型的镁合金AZ31(Mg-3Al-1Zn)，采用磁控溅射技术在Kapton基体表面制备成厚度约为870nm的涂层。涂层均匀、连续、无裂纹，沿(002)方向择优生长。涂层与Kapton基体结合良好，结合力约为30±10MPa。在总通量为1.47×1021atoms/cm2的AO暴露后，AZ31涂层的AO侵蚀系数为8.78×10-26cm3/atom，是Kapton基体AO侵蚀系数的1/34。AZ31涂层在AO作用下形成了以MgO为主同时含有少量A12O3的具有外层结构疏松而内层结构致密的侵蚀产物。在AO暴露过程中，由于Mg的活性高，极易被氧化，快速形成MgO;而MgO性质稳定，硬度和强度相对较高，能抵抗AO的冲蚀;在室温下，AO以及Mg的扩散非常有限，表面氧化产物膜生长缓慢，这些因素共同导致AZ31具有良好的抗AO侵蚀性能。由于整个暴露过程中，AZ31涂层发生失重，因此AO对AZ31涂层的冲蚀与氧化作用中，冲蚀作用占主导。镁合金可以作为抗AO与VUV侵蚀的防护涂层。基于此，认为不同于常规水溶液腐蚀或高温氧化，AO暴露发生冲蚀与室温氧化，不能依据材料常规的耐蚀性来作为空间材料选择或者防护涂层设计的依据。