CN102371286A - 提供塑性区挤出 - Google Patents

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Abstract

本发明可以提供塑性区挤出。首先，可以将原料放置到室中。然后可以在室中在原料内产生摩擦热以将原料加热至原料的塑性区。然后在原料处于塑性区之后可以将原料通过室中的孔口挤出。

Description

提供塑性区挤出
版权
本文中所包含材料中的所有权利包括版权归属于申请人并且是申请人的财产。申请人持有并保留本文中所包含材料中的所有权利，并且仅允许在重现授权专利方面而非用于其它目的的情况下复制所述材料。
技术领域
本发明涉及一种用于提供塑性区挤出的方法，一种挤出材料的系统，以及一种用于提供摩擦搅拌的方法。
背景技术
挤出是一种用于制备具有固定横截面轮廓物体的方法。将材料通过具有所需横截面的模头推动或牵引。因为材料仅受到压缩和剪切应力，所以挤出提供了制备具有复杂横截面的物体的能力。
发明内容
提供此发明内容以简化的形式介绍概念的选择，以下在具体实施方式中对所述概念进行进一步的描述。此发明内容不意在确定所主张权利的主题的关键特征和必要特征。此发明内容也不意在用于限制所主张权利的主题的范围。
可以提供塑性区挤出。首先，可以将原料放置到室中。然后，在该室中可以在原料内产生摩擦热，以将原料加热至该原料的塑性区。然后，在原料处于塑性区之后，可以将该原料通过室中的孔口挤出。
上述一般性描述和以下具体实施方式都提供了实例，并且仅是示例性的。因此，上述一般性描述和下列具体实施方式不应当被视为是限制性的。此外，可以提供除了本文中所陈述的那些特征或变化以外的特征或变化。例如，实施方案可以涉及具体实施方式中描述的各种特征组合以及次要组合。
附图说明
结合在本公开内容中并且构成本公开内容一部分的附图示例了本发明的多个实施方案。在图中：
图1显示挤出系统；
图2显示摩擦挤出系统；
图3显示由机械加工碎屑制成的线材；
图4显示在铝2618合金基体中的分散的不连续SiC颗粒；
图5显示摩擦搅拌工艺；
图6显示FSP区的横截面视图；
图7显示纳米Al2O3粒子通过FSP在纯Al基体中的均匀分散；
图8显示在从可再循环废料制造相对于本发明实施方案可比较的最终产品过程中包括的各阶段，以及包括熔融、铸造和辊轧/挤出的当前技术；
图9显示经由与本发明实施方案一致的挤出工艺制造的最终产品的实例；和
图10显示用于制造一百万公吨产品的能量损耗。
具体实施方式
下列具体实施方式引用附图。可能时，在图和下列说明中使用相同的参考数字以指代相同或类似的元件。虽然可能描述了本发明的实施方案，但是修改、调配和其它实施方式也是可能的。例如，可以对图中示例的要素进行替换、附加或修改，并且可以通过对所公开的方法进行替换、重排序或增加阶段而对本文中描述的方法进行修改。因此，下列具体实施方式不限制本发明。
对于美国国内金属生产者(钢、Al合金、Ti合金，例如)而言，出于多种原因，再循环刮削材料具有突出的重要性。首先，对于涉及处理作为工业废物的刮削金属的环境问题存在巨大的关注。与在工业化的这些年中产生的刮削金属的丰富和持续积累相对照地，还存在国内天然矿物资源减少的问题。首要的驱动力可能在经济方面。再循环可能比从矿石制造更廉价、更迅速并且更能量有效。此外，用于再循环的资本设备成本可以是低的。例如，再循环铝可能仅需要约10％的用于从矿石制造这些铝的资本设备成本。与基于大型BOF的综合性工厂相比，还可以更廉价地建设主要使用废料作为原料的具有EAF炉的小型钢铁厂。
美国能源部工业技术计划(U.S.Department of Energy’s IndustrialTechnology Program)(ITP)在多数能源密集型工业部门中进行了一系列的研究来调查能量消耗。对于钢铁工业和铝工业两者-美国两个最大的金属制造工业-将废料转化为有用产品已经成为主要的生产来源。
自二十世纪60年代以来，从吨位和总生产百分率两方面来讲，再循环铝废料已经在美国稳步发展。在2000年，美国生产的铝金属的接近一半(48.5％)来自于再循环的材料。类似的趋势也存在于炼钢中。钢已经成为最多的再循环材料，现在美国钢的三分之二由废料生产。每年超过千万辆汽车被粉碎并且来自于这些汽车的粉碎废料被返还到熔炼车间。
在金属再循环中熔融原料可能是主要的能量效率障碍。通常，熔融和熔融工艺操作可能具有所有后熔炼工艺中最大的能量密度。可以使用热能将废料从环境温度加热至恰好高于熔点。热能中相当大的部分可能消耗于克服与熔融相关的熔化潜热。当今熔融工艺的热效率可能还是低的。对于钢，在使用100％废料填装情况下的EAF炼钢的最佳实际能量耗用(energyusage)为约6.7MBtu/吨铸件，是理论最小能量的大约5倍。对于铝，比率为2.50kWh/kg至0.33kWh/kg-实际耗用为理论最小值的大约7.6倍。
废料材料的再循环已经成为主要来源并且在美国工业金属的进一步生产和制造中甚至将起到更重要的作用。在美国，向再循环占主导的金属制造市场的转移体现出原料的根本变化。这种转移也体现出对于重新思考应当如何以甚至更大的能量效率、环境效益和产品质量从再循环品生产金属的机遇之窗(window-of-opportunity)。
图1显示了与本发明用于提供塑性区挤出的实施方案相一致的塑性区挤出系统100。如图1中所示，塑性区挤出系统100可以包括入口105、柱塞110和孔口115。与本发明的实施方案相一致的是，可以将原料放置到入口105中。一旦塑性区挤出系统100接收了原料，柱塞110就可以压缩原料并且迫使(例如，挤出)原料以线材的形式通过孔口115。例如，柱塞110可以转动原料从而产生摩擦热。产生的摩擦热可以将原料加热至该原料的“塑性区”。塑性区可以包括固态，其中原料是可延展的，但是没有热到足以处于液体或熔融状态。换言之，塑性区挤出系统100可以包括旋转模头，配置所述旋转模头以通过使原料在塑性区挤出系统100内旋转而产生热。一旦产生的热使原料处于该原料的塑性区，就可以将该原料从孔口115挤出。所述过程可以通过连续地将原料加入到入口105中并且连续地从孔口115挤出线材来连续地重复，以构成具有任何长度的线材。
原料可以包含任何可以通过塑性区挤出系统100置于原料的塑性区的材料。例如，原料可以包含铝、铜或组合。例如，原料包含包括削片或切屑。切屑可以包含金属削片或碎屑，例如，在金属加工操作中产生的碎片或废物。例如，由于有关液体如切削液或杂质油(tramp oil)所导致的潜在污染的环境问题，可以将切屑再循环。可以使用离心机将这些液体与金属分离，从而使两者同时再生并且为进一步的处理做准备。
此外，与本发明的实施方案一致的是，原料可以包含一种金属，多种任何金属，或者一种或多种金属与一种或多种其它非金属物质的组合。例如，原料可以同时包括铜和铝。在传统系统的情况下，可能对于能够与熔融铝均匀混合的熔融铜的量有限制。与本发明的实施方案一致的是，原料可以包括处于任何百分比的铜和铝。因而，可以在使铝的强度和轻重量与铜的传导性平衡的情况下制造线材。换言之，可以将铜添加到铝原料中以提高原料的传导性。
原料还可以包含任何回收的或可回收的物质如破碎的铝罐。在传统系统的情况下，回收的材料如铝罐必须通过“脱漆(de-lacquering)”过程以从再循环的材料移除物质。与本发明的实施方案一致的是，可以使用未脱漆的破碎铝罐制造线材，从而避免与脱漆有关的花费。虽然这样的线材可能不具有与经过脱漆的原料同样高的传导性，但是这种线材可以用于其中这不成为问题的情况(例如，围栏铁丝(fence wire))。
此外，与本发明的实施方案一致的是，可以将纳米粒子添加到原料中。例如，可以将氧化铝的纳米粒子添加到铝原料中，以提高用该原料制成的线材的强度和传导性。尽管如此，添加的纳米粒子可以增加由原料与添加的纳米粒子制成的线材的强度、传导性、热膨胀或任何物理或化学性质。在传统系统的情况下，因为必须将用于制造线材的材料至少加热至其熔融，因此任何添加到传统系统中的纳米粒子可能在熔融金属的温度不稳定(例如，可能丧失它们所需的性质)。
可以提供一种高度能量有效的固态材料合成方法-直接固态金属转化(DSSMC)技术。具体地，可以提供纳米粒子弥散强化的块状材料。可以通过机械合金化和热机械加工以一步提供来自粉末、碎屑或其它可再循环原料金属或废料的纳米复合材料。也可以提供制备具有唯一功能性质(例如热和电)的纳米工程(nano-engineered)块状材料。纳米工程线材可以用于长距离的电力输出设施。
本发明的实施方案可以包括DSSMC系统和方法。这些系统和方法可以取消在废料至金属转化/再循环过程中对于熔融(最大能量密集步骤)的需要，从而减少了能量消耗以及金属制造的成本。此外，由于可以避免熔融和固化，所以本发明的实施方案可以通过使用例如机械合金化和加工而开启了对于生产新类型材料如纳米工程结构和功能材料的新路径。本发明的实施方案可以利用金属再循环的摩擦挤出和纳米粒子强化表面的摩擦搅拌加工。
摩擦挤出
摩擦挤出可以是直接的固态金属转化过程。摩擦挤出显示在图2中。可以将填充有切屑210(例如，机械加工碎屑或金属粉末)的旋转室205在轴向负载215之下时施加到柱塞220上并挤出。位于柱塞220和切屑210之间的可以是易熔塞240。另外，柱塞220可以包括孔口或模头245。相对运动和在轴向挤出流中的最初限制所导致的摩擦热和压力允许在不需要外部热源的情况下形成增塑层225。在此层中的高应变率塑性变形产生大量的热，其将材料软化以用于混合和固结。相对定位的热影响转变区230可以将增塑层与压缩的切屑210分开，所述压缩的切削210可以保持停留在室205内。在连续产生增塑层225和逐步消耗切屑210的情况下，固体棒材235可以流体静力地通过模头245挤出。从能量消耗的观点来看，因为可以将大量的温度升高限制在薄的增塑层225，所以损失到环境中的热损失与加热炉的热损失相比可以显著更低。
如图3中所示，直径超过3mm且为几米长的固体Al-Mg合金线材305可以从例如机械加工碎屑310制备。可以获得良好的机械性质和大于99.8％的致密度(densification)(如通过密度测量)。180°的简单手动弯曲试验和拉伸试验可以证明所完成棒材的完整性。拉伸试验可以达到130MPa。
与本发明的实施方案一致的是，延性热机械变形(extensivethermo-mechanical deformation)可以制备机械合金化材料。铝粉末2618和40％微米尺寸的碳化硅可以用作原料。与本发明的实施方案一致的是，大部分加工的材料可以制成合理的外观，因而可以实现原材料的至少部分固结和转化。图4显示在试验中制成的金属基体复合材料棒条的纵向截面。分散的不连续SiC颗粒可以均匀地分布在铝2618合金基体中。
与本发明的实施方案一致的是，来自摩擦挤出的产品可以是圆形的线材/棒条。然而，其它形式或形状的产品可以通过使用不同的模头和柱塞设计制备。并且，即使例如通过对产自多个摩擦挤出台(stations)的坯料进行另外的热挤出/成形/辊轧，而将与本发明实施方案一致的工艺按比例放大，也可以不存在限制最终产品尺寸的障碍。
摩擦搅拌加工
与本发明实施方案一致的是，摩擦搅拌加工(FSP)可以将纳米尺寸粒子结合到Al基体中，以形成机械合金化的硬且坚固的纳米复合材料表面层。FSP可以包括摩擦搅拌焊接的变体。在FSP(例如，图5)中，可以使旋转工具505推压接受加工的工件510，使得旋转工具505的销钉515埋置到工件510中，并且工具肩部525与工件的表面520完全接触。在加工过程中，在工具肩部525下的工件材料的柱体中的温度可能显著升高，但是低于该材料的熔点，这主要归因于旋转工具505和工件510的界面的摩擦生热和高应变率变形。温度的升高可以软化材料并且允许旋转工具505朝向销钉515的背面机械搅拌软化的材料，以用于固结和结合合金化。在其它热机械变形过程中不容易获得的FSP的高应变率和延性材料流动/变形，可以导致具有独特或显著改善性质的微观结构。
与本发明的实施方案一致的是，可以将多达20％体积分数的纳米尺寸Al2O3粒子均匀分散并且与Al基体机械合金化，以形成强度大大增加的纳米复合材料。Al-Al2O3纳米复合材料可以具有比基本(baseline)比较金属的压缩强度高一个数量级的压缩强度。耐磨性可以高几个数量级。图6显示摩擦搅拌加工的Al-Al2O3纳米复合材料表面层的横截面，以及作为结果的均匀分布的纳米氧化物粒子。FSP可以具有不意欲块状纳米材料制备的表面改良技术。与本发明的实施方案一致的是，通过延性热机械变形和通过摩擦搅拌作用的混合，可以将高体积分数的纳米粒子均匀地结合到块状的金属基体中。
图7显示纳米Al2O3粒子通过FSP在纯Al基体中的均匀分散。在图7中的初始氧化物粒子尺寸为约50nm。
本发明的实施方案可以提供直接的固态金属转化方法，所述方法包括：(1)具有大大改善能量效率的金属再循环；和(2)纳米工程块状材料的合成，所述纳米工程块状材料具有提高的机械强度和其它独特功能性质。
符合本发明实施方案的DSSMC可以提供高的能量效率，包括与包括金属熔融的传统金属转化/合成方法相比，在DSSMC中超过80％的能量减少。在生产中实际能量节约可能甚至更高，原因在于，例如，机械系统的能量效率优于热/熔融系统。由于再循环废料以及低的能量消耗，DSSMC可以是环境友好的。
由于可以取消熔融和固化，所以DSSMC可以适于依赖机械合金化原理的高性能结构材料和功能材料的合成。DSSMC可以制备用于运输系统的轻重量金属基体复合材料、用于电学基础设施的纳米工程(纳米复合材料和/或纳米晶体)块状材料、以及用于核能系统的氧化物弥散强化(ODS)合金。其还可以用于低成本Ti加工中，以及Ti基复合材料如TiAl金属互化物和/或SiC加强Ti合金。
DSSMC可以是连续的过程，与粉末冶金(PM)+热等静压(HIP)和其它机械合金化或纳米材料合成方法相比，其可以容易得多地按比例放大以用于块状纳米工程材料的大量生产。
·DSSMC可以不限于线材或棒材。在使用适当的模头设计和相关工艺条件的情况下，可以制备其它形状。
·DSSMC可以用作具有低得多的能量消耗、操作成本和设备成本的金属再循环方法。
·DSSMC作为块状纳米材料合成技术的关联性和重要性在下面进一步论述。
与本发明实施方案一致的是，用纳米尺寸的氧化物和其它陶瓷颗粒分散体强化的工程材料可以具有一些独特的性质。对于相同的体积分数，纳米尺寸粒子可以在强化材料方面比微米尺寸的粒子有效得多，原因在于减小的粒子间距和Orowan硬化效应。因为氧化物和陶瓷粒子可以是热稳定的并且不溶于基体中，所以弥散强化材料在高达接近基体熔点的温度也可以保持它们的强度。此外，弥散强化可能不具有沉淀强化的相同限制，所述沉淀强化需要溶质原子在高温的高溶解性以及特定的纳米相形成热力学和动力学。因此，弥散强化可以减少合金设计中的组成限制-金属再循环中的一个重要方面，因为其可以放松对于金属分选的要求。
弥散强化材料可以通过可能涉及HIP以及多步热轧和退火的机械合金化粉末冶金路线少量生产。实例可以包括为下一代核反应堆和超高温锅炉应用设计的氧化物弥散强化(ODS)亚铁和非亚铁合金。然而，PM+HIP工艺可能是高度能量集约的并且按比例放大的成本非常大。纳米陶瓷分散粒子可以添加到铸造Al合金和Mg合金中，伴随在机械性质尤其是高温蠕变强度方面的显著改善。
虽然铸造可以制造大量的块状材料，但是获得纳米尺寸粒子在熔融金属以及随后固化的金属基体中的均匀分散可能是困难的。由于低密度和范德华力作用，纳米尺寸氧化物粒子可能在金属铸造过程中趋于聚集并漂浮到表面。在实验室中已经进行了施加外部能量场如超声能量以破坏聚集体并将纳米粒子均匀地混合到熔融金属中的尝试，获得有限的成功。
符合本发明实施方案的DSSMC可以提供制备纳米工程材料的方法。可以在金属基体中远远更高的纳米粒子体积分数(高达20％)的情况下提供均匀的分散。摩擦挤出具有与FSP以及其它广泛使用的基于摩擦的固态结合工艺相同的变形和冶金结合原理。它们都依赖摩擦生热和极端的热机械加工变形来搅拌、混合、机械合金化、以及在冶金方面同时固结和合成材料。摩擦挤出可以提供利用摩擦搅拌固结原理制备块状材料的实际手段。
本发明的实施方案可以提供：
·不同形状的产品。
·经由DSSMC的纳米工程块状材料(固体线材)。
·共再循环的不同类型的Al合金(如5xxx系列与6xxx系列)。
虽然DSSMC可以再循环并且转化多种工业金属，但是在此部分中的分析将限于两种金属：铝合金和钢，转化DSSMC技术对所述金属的广泛应用预期具有最高的能量、经济、环境影响。DSSMC可以适用于钢产品，尤其是在用于模头和柱塞的工具材料上的钢产品。
对于来自DSSMC技术的应用的能量、经济和环境影响的分析可以分成两部分。第一部分描述分析中使用的程序、参考和假设。第二部分总结分析结果。
图8显示用于将废料转化为近终形(near net-shape)产品的当前技术和新技术的基本操作步骤的比较。
当前基本技术
二次铝生产-完全由再循环铝废料生产的铝-是作为当前基本技术(例如传统的)的一个实例。二次铝生产可以包括许多主要操作。首先将废料在炉中熔融，铸造成大的锭料、坯料、T-棒条、板材或带材，并且最后轧制、挤出或以其它方式成形为部件和有用的产品。二次铝工业是一个大的市场-当前，超过50％的国内生产的Al产品是由铝废料制成的。
小型钢铁厂可以包括用于钢生产的传统系统。小型钢铁厂可以包括电弧炉、坯料连铸机和能够制造长型产品(棒条、棒材、型材等)的轧机。小型钢铁厂采取100％废料装填并且制造棒条和棒材物料作为最终产品。因此，在直接转化和小型钢铁厂转化工艺中的输入和输出都是相同的。
相对于通过当前基本技术制造的上述产品，符合本发明实施方案的DSSMC工艺可以从可再循环的废料一步制造近终形产品。
图8显示了对于本发明实施方案815和当前技术820，涉及从可再循环废料810制造可比较的最终产品805的步骤。当前技术820可能包括用于熔融可再循环废料810的炉825。熔融的可再循环废料可以铸造830成锭料。然后可以经由辊轧835或挤出840使锭料成形为最终产品805。
图9显示了最终产品805的实例。本发明的实施方案可以用于挤出复杂物体。例如，图9显示了圆柱形棒条905，其具有第一内部棒材910、第二内部棒材915、第三内部棒材920和第四内部棒材925。在制造过程中，可以将多个室用切屑填充，并且可以使用多个模头形成圆柱形棒条905、第一内部棒材910、第二内部棒材915、第三内部棒材920和第四内部棒材925。例如，第一室可以填充有切屑并且具有能够挤出第一内部棒材910、第二内部棒材915、第三内部棒材920和第四内部棒材925的第一模头。第二室可以填充有切屑并且具有能够挤出圆柱形棒条905的第二模头，所述切屑可以是相同金属/合金或者不同金属/合金中的任一种。与本发明实施方案一致的是，在单次挤出过程中，圆柱形棒条905以及第一内部棒材910、第二内部棒材915、第三内部棒材920和第四内部棒材925都可以同时形成。
操作实施例
分析程序
能量分析可以包括两个主要步骤。第一步可以包括确定关于当前基本技术(传统的)和符合本发明的实施方案两者的单位能量消耗。这包括确定关于当前技术和符合本发明实施方案两者的理论最小能量需求，对于当前基本技术为美国工业确定的实际平均能量耗用，并且对于符合本发明的实施方案为估算的能量耗用。为了确保恰当的能量和环境计算，可以确定“加工能量”-在加工设备处使用的能量(在场能量(onsite energy))。其不包括在装置外设备处出现的能量损失(如发电和传送损失)。
在第二步中，适当的美国国内Al和钢生产数据(figures)可以获自可用的市场调查。来自第一步的单位能量耗用数据与来自第二步的统计年度生产数据一起可以用作例如对于来自DOE ITP的能量节约计算工具(EnergySavings Calculation Tool)(GPRA2004Excel电子表格)的输入，以确定新技术的总能量、经济和环境益处。
单位能量消耗比较
当前基本(传统)技术的能量耗用
当前基本技术的能量耗用可以从DOE报告中找到。通常，在Al或钢制造的不同阶段使用多种燃料。Choate和Green的研究提供了在铝再循环中使用的能量的详细解释。根据此研究，用于制造近终形产品的能量耗用为：
在此方程式中，假定用于辊轧和挤出的锭料的百分比与年度辊轧和挤出产率成比例：275万公吨用于热轧，275万公吨用于冷轧，并且172万公吨用于挤出。以与根据Stubbles的研究类似的方式估算用于钢再循环(小型钢铁厂中的EAF炉)的实际能量消耗。
平均实际单位能量消耗数据与关于当前(传统的)和新技术(本发明实施方案)两者的理论最小能量要求，以及对于本发明实施方案估计的能量耗用呈现在表1中。此理论最小能量要求在铝的情况下从Choate和Green获得，并且在钢的情况下从Fruehan的研究获得。
本发明实施方案可能使用的能量耗用
例如，下面估算本发明实施方案的单位能量消耗。在DSSMC工艺中，可以使用摩擦驱动局部的变形和加热。摩擦生热和高应变率塑性变形导致加工区域的温度升高。因此，能量输入可以从加工区域中的温度升高估算。最小理论能量可以通过塑性功的绝热加热确定：
ΔH = ∫ T 2 C P dT
其中Cp是所加工材料的比热容，并且T2是加工温度。基于材料的典型热锻温度，假定加工温度对于铝合金为450℃并且对于钢为1300℃。Al和Fe平均比热分别为0.9和0.45。
假定新技术的能量效率为50％。此数据基于该新技术主要为机械变形过程的事实。根据Choate和Green，用于辊轧和挤出的电/液压系统的效率为75％。假定较低的效率来说明新技术的其它未计入的能量损失。
基于单位产品的能量减少
图10显示了使用本发明实施方案和当前基本技术生产一百万公吨产品的能量消耗的比较。根据用于当前Al和钢制造(从100％废料)的燃料类型减轻能量耗用，因为不同类型的燃料具有不同的环境影响(如CO2释放)。可以假定DSSMC工艺是使用100％电的电/液压驱动机械系统。
如图10中所示，新技术(即，本发明的实施方案)具有巨大的能量节约潜力。Al合金和钢的理论最小能量耗用的减少分别为85％和51％。由于当前(即，传统)技术的能量低效率，估算的实际能量耗用的减少对于铝为超过90％，以及对于钢为约80％。使用固态摩擦搅拌焊接工艺可以获得类似的能量节约。
虽然对本发明的某些实施方案进行了描述，但是也可以存在其它实施方案。此外，所公开的方法阶段可以以任何方式改良，包括重排序阶段和/或插入或消除阶段，而不偏离本发明。虽然说明书包括实施例，但是本发明的范围由后附权利要求表示。此外，虽然说明书以具体到结构特征和/或方法学行为的语言进行描述，但是权利要求不限于上述特征或行为。相反地，上述具体特征和行为是作为本发明实施方案的实例公开的。

Claims (19)

1.一种用于提供塑性区挤出的方法，所述方法包括：
将原料放置到室中；
在所述室中，在所述原料内产生摩擦热，以将所述原料加热至所述原料的塑性区；和
在所述原料处于所述塑性区之后，通过所述室中的孔口挤出所述原料。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将原料放置到所述室中包括将切屑放置到所述室中。
3.根据权利要求1所述的方法，其中将原料放置到所述室中包括将纳米粒子放置到所述室中。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述纳米粒子包含下列各项中的至少一种：氧化铝、碳化硅、铜和碳纳米管。
5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述原料内产生摩擦热包括：
旋转所述孔口；和
对所述原料施加压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其中在所述原料内产生摩擦热包括在所述原料内生成增塑层，所述增塑层邻近所述孔口。
7.一种挤出材料的系统，所述系统包括：
室，所述室限定配置为容纳原料的容积并且具有孔口；
柱塞，所述柱塞的尺寸设定为穿入到所述室内并且在所述室内匹配地连通；和
发动机，所述发动机操作用于旋转所述室和所述柱塞中的至少一个。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述室还包括模头，其中所述发动机操作用于仅旋转所述室和所述模头。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述柱塞还包括模头，其中所述发动机操作用于仅旋转所述柱塞和所述模头。
10.根据权利要求7所述的系统，所述系统还包括易熔塞，所述易熔塞位于所述柱塞和在所述室中容纳的所述原料之间。
11.根据权利要求7所述的系统，其中在所述室中容纳的所述原料包含切屑。
12.根据权利要求7所述的系统，其中在所述室中容纳的所述原料包含纳米粒子。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述纳米粒子包含下列各项中的至少一种：氧化铝、碳化硅、铜和碳纳米管。
14.一种用于提供摩擦搅拌的方法，所述方法包括：
将处于工件的表面处的材料软化；和
机械搅拌软化的材料以引起下列各项中的至少一项：固结和机械合金化。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将处于所述工件的表面处的材料软化包括使旋转工具推压所述工件。
16.根据权利要求15所述的方法，其中使旋转工具推压所述工件包括：
用销钉穿透所述工件；和
使肩部推压所述工件，所述旋转工具包括所述肩部和从所述肩部突出的所述销钉。
17.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括：
对所述表面施用纳米粒子；
使所述纳米粒子分散在所述表面的一部分上；和
使所述纳米粒子与软化材料的基体机械地合金化。
18.根据权利要求17所述的方法，其中使所述纳米粒子分散在所述表面的所述部分上包括将多达20％体积分数的纳米粒子分散在所述表面的所述部分上。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述纳米粒子包含Al-Al2O3纳米复合材料。
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