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碳纳米管增强铝基（CNTs/Al）复合材料的制备必然经历CNTs与铝基体的强烈混合过程，导致CNTs在基体中杂乱无章分布，不能发挥CNTs一维纳米材料的优势。为此，本文在搅拌摩擦加工（FSP）制备CNTs/Al复合材料的基础上，通过热轧这种二次热加工形式，形成复合材料的FSP/热轧复合制备，以期实现CNTs在铝基中的取向排列而获得综合性能的改善。主要的研究结果如下：更为深入地研究了CNTs/Al复合材料FSP制备的微结构，表明FSP制备有利于在搅拌摩擦中心区形成等轴状纳米级细晶组织，CNTs与基体结合界面清洁，结合良好；以微结构为基础分析了复合材料的强化机制，认为主要受桥连强化、位错强化、弥散强化及细晶强化的影响，复合材料力学性能明显改善，当CNTs含量为4.7vol%时复合材料抗拉强度达到152.7MPa，比未添加CNTs的基体材料提高了1.74倍，但CNTs在基体中的无规则排列，弱化了桥连强化效应。在FSP制备复合材料的基础上，采用后续热轧工艺，通过分析不同工艺参数对复合材料力学性能和表面成形的影响，确定了优化的热轧工艺，即热轧温度350℃、总变形量80%及4道次热轧，此时当CNTs含量为4.7vol%时，可获得221MPa的抗拉强度且材料成形较好。研究了FSP/热轧复合制备复合材料的组织结构和物理、力学性能。结果表明，沿热轧方向上拉伸断口韧窝处发现CNTs拔出、CNTs的团聚现象的改善和CNTs取向的痕迹，而在垂直于热轧方向上表现为脆性断裂特征，且同时观察到轴向的CNTs，结合TEM观察表明其取向性。同时，沿着热轧方向，晶粒呈条状分布，平均晶粒尺寸减小，CNTs周围出现大量的位错区，在CNTs/Al界面层片状生成Al4C3相。性能方面，复合制备促使复合材料强度明显提高，当CNTs含量为4.7vol.%时，其抗拉强度为221Mpa，相比FSP制备提高了44.7%。同时，复合制备也可改善导电性和热稳定性，如CNTs含量为4.7vol.%的复合材料，其电导率和100~400℃区间平均热膨胀系数，相比FSP制备分别提高了24.06%和降低了3.0%。探讨了FSP/热轧复合制备对性能的影响机制，强化机制包括FSP制备桥连强化、位错强化、弥散强化及细晶强化的同时，由于位错密度的增强而引起的变形强化，另外，随着达到临界长度CNTs数量的增多和CNTs/Al界面的层片状Al4C3相的生成，桥连强化效应得到增加。对于导电性和热稳定性等物理性能其提高机制在于热轧促使CNT沿轧制方向的取向和CNTs/Al界面状况的改善。