在绿色发展战略引领下，铝材料循环利用成为产业升级核心，但再生铝存在性能退化、杂质累积等瓶颈。本书构建“铝材料的相科学”新兴交叉学科新理论体系与方法论，以“相”为核心科学主线与调控靶点，贯通热力学、动力学、界面科学与多尺度计算，旨在实现铝材料“设计—服役—再生—再设计”全生命周期性能的精准预测与智能调控，推动循环利用从“降级回收”升级为“性能保值增值”的主动过程。

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2000.09-2003.12 上海交通大学材料学专业，博士研究生 1997.09-2000.08 广西大学材料物理与化学专业，硕士研究生 1993.09-1997.08 南昌航空大学材料工程专业，本科生2007.12-今 广西大学，教授，博士生导师（2010年起任华南理工大学、广西大学等多所高校的博士生导师），特色金属材料与组合结构全寿命安全国家重点实验室成员 2003.12-2007.11 广西大学，副教授，硕士生导师 其中，2011.02-2012.03 德国TU-Darmstadt大学，访问科学家； 2014.07-2014.11 德国Karlsruher Institut für Technologie，访问科学家； 2016.07-2016.10 意大利Politecnico di Milano，访问科学家； 2019.06-2022.09 德国Duisburg Essen University，访问科学家。先进铝材料，材料相工程与前沿应用1. 作为通讯作者、第一作者发表论文240篇，其中在包括《Nano Energy》、《Compos. Part B Eng.》等顶刊在内的知名国际期刊发表SCI检索210篇（其中Q1区超过40篇）、EI检索190篇，其他核心期刊检索32篇。 著作1：湛永钟. 铜基复合材料及其制备技术. 哈尔滨工业大学出版社（“十二五”国家重点学术著作，国家出版基金资助项目）, 2015，独著. 著作2：Y. Zhan, Y. Du, Y. Zhuang, Determination of phase diagrams using equilibrated alloys, Methods for Phase Diagram Determination, 1st ed., Elsevier Science Press, Amsterdam, The Netherlands, 2007.（合著，该书由材料科学领域著名学者美国威斯康星大学麦迪逊分校教授Z. Liu发起，邀请全球材料相图研究领域学者共同撰写，由Elsevier出版社出版）中国科学院国际材料物理中心学术委员，中国物理学会相图委员会委员，广西青联委员，《材料导报》特邀编委；《生物骨科材料与临床研究》、《广西大学学报》、《有色金属材料与工程》等期刊编委，广西粉末冶金学会秘书长等

目录
前言
第0章 铝材料的相科学与循环全景 1
0.1 相科学概念及其在铝材料中的应用 1
0.1.1 相科学的提出：传统学科的延伸与升华 1
0.1.2 相科学的定义与内涵 1
0.1.3 相科学在铝材料中的应用与展望 3
0.2 相科学在铝材料中的核心作用 3
0.2.1 铝工业中的相问题 3
0.2.2 循环利用过程中的相科学问题 9
0.2.3 循环利用正在成为检验和推动相科学发展的新场景 10
0.3 铝材料全生命周期全景：从原料到再生的 相科学视角 10
0.3.1 全生命周期思维与相科学的结合 10
0.3.2 铝材料全生命周期的四个阶段与相演化主线 11
0.3.3 相科学在全生命周期研究中的贯通逻辑 13
0.3.4 全生命周期视角下的相科学新问题 15
0.4 本书内容主线与特点 17
0.4.1 相科学视角下的全书主线 17
0.4.2 循环利用作为全书的设计目标 18
0.4.3 读者使用方法与特色提示 18
0.5 本章小结 19
第一篇 铝合金的相科学基础与循环利用导向材料设计
第1章 铝合金的相图与热力学基础 23
1.1 二元、三元及多元体系的历史与发展 23
1.1.1 二元体系的研究历程 23
1.1.2 三元体系的拓展与挑战 24
1.1.3 CALPHAD的引入与发展 25
1.1.4 多元体系的研究现状与挑战 25
1.2 CALPHAD与实验验证 27
1.2.1 CALPHAD概述 27
1.2.2 CALPHAD在铝合金设计中的应用 28
1.2.3 实验验证方法与策略 29
1.2.4 CALPHAD与相科学的结合 31
1.2.5 面向未来的计算发展与挑战 33
1.3 相科学方法论在铝合金中的应用 34
1.3.1 相科学方法论概述 34
1.3.2 相的生成与演化分析 36
1.3.3 相的稳定性、转化与调控 38
1.3.4 相科学驱动的铝合金设计 39
1.3.5 循环利用背景下的相科学方法论框架 41
1.3.6 相科学方法论总结与展望 42
1.4 循环利用目标对相图研究的启示 43
1.4.1 循环利用与非平衡相问题 43
1.4.2 杂质元素迁移规律与相行为 45
1.4.3 可回收性导向的合金设计 46
1.4.4 方法论与研究前景 48
1.5 本章小结 51
第2章 铝合金的相组成与相结构演化 52
2.1 析出相、弥散相和金属间化合物 52
2.1.1 析出相 52
2.1.2 弥散相 54
2.1.3 金属间化合物 55
2.1.4 循环利用条件下的相行为 55
2.1.5 铝合金相行为与强化设计策略 56
2.2 微合金化调控与相稳定 56
2.2.1 微合金化调控的基本原理 56
2.2.2 典型铝合金体系中的微合金化案例 57
2.2.3 微合金化对非平衡相及循环利用的影响 58
2.2.4 理论方法与设计策略 59
2.2.5 微合金化的设计意义 59
2.3 杂质相的相科学机制与循环调控 59
2.3.1 杂质相生成机制与演化规律 60
2.3.2 循环利用友好性评价 63
2.3.3 杂质相优化与循环利用策略 65
2.4 相场模拟与实验对比案例 70
2.4.1 微合金化调控下相演化模拟 70
2.4.2 杂质相生成与非平衡相演化模拟 71
2.4.3 循环利用条件下的模拟应用 71
2.4.4 模拟与实验结果对比分析 72
2.4.5 总结与设计启示 73
2.5 本章小结 73
第3章 铝合金的相变动力学与工艺调控 75
3.1 相变基础与多尺度耦合机制 76
3.1.1 相变的热力学驱动力与动力学特征 76
3.1.2 微合金化元素与杂质元素对相变路径的调控作用 81
3.1.3 多尺度相变与组织表征 83
3.1.4 相变耦合机制的学术意义与模型化 86
3.1.5 总结与设计启示 93
3.2 热处理路径与非平衡相演化 94
3.2.1 多次熔炼与固溶处理的非平衡效应 94
3.2.2 快速淬火与再时效中的非平衡相演化 97
3.2.3 热处理参数的可逆性与组织遗传性 99
3.2.4 多尺度热处理模拟方法与性能预测 101
3.2.5 铝合金热处理优化策略 103
3.2.6 总结与前沿展望 105
3.3 加工过程中的相变与组织调控 106
3.3.1 加工？应变能积累与相变驱动力 106
3.3.2 加工对析出强化相演化的影响 112
3.3.3 加工—再结晶—相变耦合机制 118
3.3.4 应变能、相变驱动力、组织稳定性耦合理论框架 122
3.3.5 铝合金加工优化策略与前沿方法 125
3.3.6 加工—相变—性能关系的多场耦合模型 128
3.4 本章小结 131
第4章 面向循环利用的铝合金设计理念 132
4.1 可持续发展与循环利用视角下的铝合金设计理念 132
4.1.1 循环利用背景下的铝合金设计原则 133
4.1.2 相科学在循环友好型铝合金设计中的应用 134
4.1.3 设计—服役—再生—再设计闭环理念 135
4.1.4 案例分析与方法衔接 137
4.2 可回收性与相稳定性协同设计原则 138
4.2.1 合金化策略与可回收设计参数 138
4.2.2 强化相稳定性与多次循环相演化 141
4.2.3 理论与典型体系结合 144
4.3 相科学驱动的智能可持续设计方法 147
4.3.1 跨尺度模拟与CALPHAD集成 147
4.3.2 机器学习与数据驱动的多目标优化 149
4.3.3 智能设计框架与数字孪生应用 151
4.4 本章小结 153
第二篇 铝基复合材料的相科学与循环友好界面控制
第5章 铝基复合材料体系与相科学基础 157
5.1 分类与体系特征 157
5.1.1 铝基复合材料体系分类 158
5.1.2 复合相结构与基体相行为的本质差异 160
5.1.3 工艺、界面与相结构的耦合影响 161
5.1.4 复合材料循环利用与相科学研究的启示 162
5.2 铝基复合材料的性能要求与循环友好性设计 163
5.2.1 性能驱动因素 164
5.2.2 典型应用案例 165
5.2.3 总结与设计启示 166
5.3 相科学在铝基复合材料体系中的新问题 167
5.3.1 基体与增强体之间反应相的形成 168
5.3.2 界面应力场对相稳定性与析出行为的影响 171
5.3.3 相在平衡与非平衡条件下界面组织的形成规律 174
5.4 本章小结 177
第6章 界面相的形成、演化与稳定性 178
6.1 界面相形成机制与热力学基础 178
6.1.1 扩散驱动与界面化学反应 178
6.1.2 金属间化合物生成模型 179
6.1.3 应力、温度与化学势梯度的耦合作用 181
6.2 界面相演化的动力学特征 183
6.2.1 界面相的热力学与动力学演化 183
6.2.2 界面相粗化与再析出动力学 185
6.2.3 非平衡界面相的保持与演化特征 187
6.3 界面相在循环利用中的作用 191
6.3.1 回收熔炼中的界面相演化机制 192
6.3.2 界面相稳定性对复合材料二次性能的影响 193
6.3.3 可再生界面结构的相科学设计原理 195
6.4 加工？界面？相结构协同调控 196
6.4.1 主要加工方法与界面相形成路径 196
6.4.2 相组成与界面结构可控调节 203
6.4.3 多尺度界面模拟与实验验证 210
6.5 本章小结 215
第7章 循环利用导向的界面相科学设计 216
7.1 回收过程中界面相的分解与重构 216
7.1.1 再熔炼与热处理条件对界面相的影响 217
7.1.2 残余增强体与反应层的稳定性及可再结合性 220
7.1.3 循环利用条件下界面相的演化机制分析 223
7.2 杂质与残余相的界面效应 227
7.2.1 杂质元素的界面富集与析出行为 228
7.2.2 界面残余相对材料性能的影响 229
7.2.3 杂质元素的界面相功能化策略 232
7.3 循环利用驱动的铝基复合材料界面相调控 234
7.3.1 面向循环利用的界面设计 234
7.3.2 多尺度建模支持的界面优化 236
7.3.3 界面循环指数的概念 237
7.3.4 循环界面设计与相稳定性协同设计原则的整合 239
7.4 本章小结 242
第三篇 再生铝体系的相科学机制与循环可持续性设计
第8章 再生铝原料来源、杂质特征及循环累积影响 247
8.1 废铝分选与分类 247
8.1.1 废铝来源类型 248
8.1.2 循环历史与热处理对材料结构的影响 250
8.2 杂质元素的相科学状态 253
8.2.1 常见杂质的原始形态与晶体结构 253
8.2.2 杂质在二次熔炼或多次循环条件下的累积效应 256
8.3 循环历史对材料均匀性及界面条件的影响 260
8.3.1 材料循环次数对界面微观结构及累积演化的影响 261
8.3.2 循环对过渡层连续性及杂质分布的调控 264
8.3.3 循环累积效应对宏观性能的影响 266
8.3.4 循环累积效应对界面设计的指导意义 268
8.4 本章小结 270
第9章 再生铝中的杂质相演化与复杂界面结构 272
9.1 金属间化合物析出、富集与性能影响 272
9.1.1 Fe、Cu、Si基化合物在熔体及固态的析出路径 272
9.1.2 杂质相对界面结合能、脆性和导热性的影响 275
9.2 界面相与复合体系中的特殊问题 278
9.2.1 界面残余相在循环熔炼中的稳定性与可再结合性 278
9.2.2 界面厚度自调节和循环遗传性 281
9.3 循环利用条件下的相科学挑战 283
9.3.1 多次熔炼、热处理条件下杂质与界面相的协同演化 284
9.3.2 非平衡相稳定性及其对宏观性能的影响 285
9.4 本章小结 287
第10章 再生过程中相变行为与多尺度预测 289
10.1 熔炼与再加工中非平衡相的形成 289
10.1.1 液相？固相过渡中的快速形核 289
10.1.2 多次循环熔炼条件下的相分解与重构路径 293
10.1.3 非平衡相形成的多因素调控 296
10.1.4 循环再生铝中非平衡相的多因素调控与宏观性能关联 298
10.2 相科学建模与模拟 300
10.2.1 CALPHAD与相平衡预测 301
10.2.2 相场模拟与多尺度耦合 302
10.2.3 界面厚度、组成和稳定性随循环演化的定量预测 303
10.3 多尺度实验验证与模型反馈 305
10.3.1 原位TEM 305
10.3.2 3D？APT 306
10.3.3 同步辐射X射线技术 309
10.3.4 模型反馈与闭环验证 311
10.4 本章小结 313
第11章 基于相科学的循环再生铝合金性能设计与优化 314
11.1 微合金化调控杂质相 314
11.1.1 界面富集与过渡层稳定作用 315
11.1.2 脆性化合物析出调控与界面自调节机制 319
11.2 复合化路径 322
11.2.1 纳米颗粒、纤维或界面涂层改性 322
11.2.2 多尺度界面调控与复合化协同机制 323
11.2.3 工艺实现与循环优化 325
11.2.4 界面梯度设计与多场耦合效应 326
11.3 相控制驱动的循环利用优化工艺 328
11.3.1 弱反应相与高稳定性界面策略 328
11.3.2 循环可控性评价指标 330
11.3.3 多次循环熔炼及热处理路径优化 331
11.4 本章小结 332
第12章 循环利用驱动的再生铝应用前景与科学挑战 333
12.1 高端应用瓶颈与微观相结构制约 333
12.1.1 高端应用领域的再生铝性能与循环挑战 333
12.1.2 综合调控策略与前景 336
12.2 相科学引领的工业化与绿色制造解决方案 336
12.2.1 循环可控性指标在工业熔炼工艺中的应用 337
12.2.2 多尺度模拟？实验？工艺闭环的工业化实施 339
12.2.3 工业化绿色制造优势 342
12.3 全生命周期相设计框架概述 343
12.4 本章小结 345
第四篇 铝材料的全生命周期相科学与未来发展
第13章 再生铝循环利用的工业化全生命周期设计与优化 349
13.1 工业循环设计理念引入 350
13.1.1 循环经济的理论深化与铝工业的特殊性 350
13.1.2 全生命周期相科学设计的核心内涵 351
13.1.3 工业化实现的挑战与相科学的解决方案 353
13.2 数据驱动的数字孪生与AI辅助界面优化 353
13.2.1 铝材料全生命周期数字孪生体的架构设计 354
13.2.2 人工智能在相科学关键问题中的前沿应用 355
13.2.3 案例研究：基于数字孪生的高端变形铝合金废料升级回收框架性示例 356
13.3 循环可控性指标的工业化标准 357
13.3.1 循环可控性指标体系的深化与扩展 358
13.3.2 标准化路径与产业链协同 359
13.3.3 基于指标体系的材料分级与闭环物流 360
13.4 循环工艺优化与工业闭环实现：价值创造与系统集成 361
13.4.1 多目标全局优化模型的建立 361
13.4.2 智能工厂与自适应制造 362
13.4.3 商业模式创新与价值链重构 363
13.4.4 政策建议与全球治理 364
13.5 本章小结 365
第14章 铝材料绿色制造与低碳发展 366
14.1 铝材料节能减排的相科学基础 366
14.1.1 相科学视角下的能量优化与循环节能机制 366
14.1.2 基于界面厚度稳态的能耗优化机制 367
14.1.3 脆性化合物分散化的能效提升路径 368
14.1.4 工艺？能耗？碳排放耦合优化 369
14.2 碳足迹评估与资源循环 371
14.2.1 基于相演化的碳足迹解析模型 371
14.2.2 循环可控性指标体系与资源利用效率 371
14.2.3 多层次资源循环路径设计 372
14.3 闭环材料流和再生效率提升策略 374
14.3.1 数字孪生与AI驱动的材料闭环 374
14.3.2 基于相科学的循环稳定性提升 375
14.3.3 全生命周期评价与碳排放追溯 375
14.3.4 产业化前景与应用价值 376
14.4 相科学引领的铝绿色循环体系 376
14.4.1 基于相演化的碳减排数据库 376
14.4.2 多尺度绿色制造设计平台 377
14.4.3 再生铝智能循环生态系统 377
14.4.4 学术与工程转型趋势 379
14.5 本章小结 379
第15章 高性能与功能化铝材料的前沿问题 381
15.1 高熵铝基合金 381
15.1.1 高熵铝基合金的相科学基础与循环潜力 381
15.1.2 复杂相结构与非平衡相网络 384
15.1.3 界面稳定性与循环适应性 384
15.1.4 杂质累积与性能保持机制 385
15.2 纳米晶与非晶态铝材料 385
15.2.1 纳米晶与非晶态铝的微观结构特性与应用潜力 385
15.2.2 界面强化与亚稳相控制 387
15.2.3 界面演化与循环稳定性 387
15.2.4 导热性与能效优化 390
15.3 功能化铝材料 391
15.3.1 功能化铝材料的相科学基础与循环适应性 391
15.3.2 储氢铝合金的相科学问题 394
15.3.3 电池与电子功能化铝材料的循环科学 395
15.3.4 多场耦合与智能优化的相科学方法 395
15.4 铝材料全生命周期相科学方法论框架 397
15.5 本章小结 399
第16章 总结与展望 400
参考文献 402