微弧氧化膜层可显著提升铝合金结构件的表面性能，然而膜层微观缺陷(微孔、热裂纹和界面缺陷)和残余应力引发基体过早发生疲劳失效，是微弧氧化技术发展的痛点问题。多缺陷的存在和缺陷间的耦合作用导致涂覆微弧氧化膜层的铝合金疲劳失效机理模糊不清。针对这一问题，系统阐述了电参数和基体物理特性对铝合金微弧氧化膜层微观缺陷和残余应力的影响以及多缺陷间的耦合影响机制，提出基于基体预处理-制备辅助工艺-膜层后处理的缺陷优化方法，分析了微观缺陷和残余应力对涂覆微弧氧化膜层的铝合金疲劳寿命的影响，揭示了多缺陷对疲劳行为的耦合作用，进而提出了延长疲劳寿命方案，即通过基体预处理、减少多缺陷的产生、抑制膜层裂纹向基体扩展并调控工艺参数，避免大尺寸缺陷形成，诱导膜层产生残余压应力，借助膜层后处理技术，封焊微孔和热裂纹。研究成果为金属微弧氧化膜层缺陷调控和延长疲劳寿命提供理论基础和方法支撑。