الألومنيوم 1050: التركيب، الخصائص، دليل المعالجات، والتطبيقات

نظرة شاملة

تنتمي سبائك 1050 إلى سلسلة 1xxx من سبائك الألومنيوم المسحوبة، وتصنف كألومنيوم نقي تجارياً بمحتوى ألمنيوم لا يقل عن حوالي 99.5%. محتوى السبائك منخفض عمدًا للحفاظ على الموصلية الكهربائية والحرارية الممتازة، إلى جانب مقاومة جيدة للتآكل وقابلية عالية للتشكيل، التي تظل السمات المهيمنة لهذه المادة. يتم تحقيق القوة في 1050 بشكل رئيسي من خلال التقسية بالشد (التقسية بالتشوه) بدلاً من المعالجة الحرارية بالترسيب أو الحلول، لذا فهي تعتبر سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية. تشمل الخصائص النموذجية مقاومة شد منخفضة إلى متوسطة، ولبونة ممتازة في الحالة الأنيلية، ومقاومة ممتازة للتآكل في العديد من الأجواء، وموصلية كهربائية وحرارية متميزة، مما يجعلها الخيار المفضل للتطبيقات التي تتطلب سهولة التشكيل، والموصلية، ومقاومة التآكل.

الصناعات التي تستخدم 1050 بشكل شائع تشمل الكهربائية (قضبان التوصيل، الموصلات)، وأنظمة التكييف والتدفئة ومعدات تبادل الحرارة (زعانف، مبردات)، والمعالجة الكيميائية (مكونات مقاومة للتآكل)، التشطيبات الزخرفية واللافتات، وبعض الاستخدامات الهيكلية الخفيفة حيث تكون قابلية التشكيل العالية مطلوبة. يختار المصممون 1050 عندما يكون الحد الأقصى من الليونة والموصلية مطلوبًا، أو عندما تكون التكلفة وسهولة التصنيع أكثر أهمية من الحاجة إلى قوة ميكانيكية عالية. تُفضل هذه السبيكة على أنظمة السبائك المتعددة الأقوى عند الحاجة لتشكيل حاد أو الرسم العميق، أو عندما تكون التوافقية الجلفانية والموصلية الكهربائية العالية ضرورية.

أنواع التصلد

التصلد	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالي (≈35–45%)	ممتاز	ممتاز	حالة أنيلة بالكامل مع أعلى درجة من الليونة.
H14	متوسط	متوسط (≈20–30%)	جيد	ممتاز	مقسى بالتشوه إلى حالة ربع صلابة؛ يُستخدم عادة للزيادة المعتدلة في القوة.
H16	متوسط-عالي	أقل (≈15–25%)	مقبول	ممتاز	مقسى بالتشوه إلى حالة نصف صلابة؛ يوازن بين القوة وقابلية التشكيل.
H18	عالي (لسلسلة 1xxx)	منخفض (≈8–15%)	محدود	ممتاز	مقسى بالتشوه حتى الصلابة الكاملة؛ يستخدم حيث الحاجة إلى القوة والتحكم في الانحناء الارتدادي.
T5 / T6 / T651	غير مطبق	غير مطبق	غير مطبق	غير مطبق	غير صالح؛ 1050 غير قابل للمعالجة الحرارية ولا يستجيب للشيخوخة الترسيبية.

يؤثر التصلد بشكل مباشر ومتوقع على أداء 1050: العمل البارد (تصلد H) يزيد من مقاومة الخضوع ومقاومة الشد مع تقليل تدريجي في الليونة وقابلية التشكيل. توفر الحالة الأنيلة O أفضل قابلية للتشكيل وأعلى استطالة للرسم العميق والختم المعقد، بينما تُختار وصلات H عندما تكون الاستقرار الأبعادي، خصائص الانحناء الارتدادي، أو القوة التشغيلية الأعلى مطلوبة.

التركيب الكيميائي

العنصر	نسبة %	ملاحظات
Si	0.25 كحد أقصى	شائبة؛ يتم التحكم بها للحد من هشاشة الصب والحفاظ على الموصلية.
Fe	0.40 كحد أقصى	الشائبة الرئيسية؛ تزيد القوة قليلاً لكنها قد تقلل الليونة والموصلية.
Mn	0.05 كحد أقصى	منخفضة؛ لا تُستخدم للتقوية في هذه العائلة من السبائك.
Mg	0.03 كحد أقصى	ضئيل؛ يحد من قابلية التآكل لظواهر معينة.
Cu	0.05 كحد أقصى	قليل جدًا؛ كميات صغيرة تزيد من القوة لكنها قد تقلل مقاومة التآكل.
Zn	0.05 كحد أقصى	أثر ضئيل؛ يُحتفظ به منخفضًا للحفاظ على الموصلية ومقاومة التآكل.
Cr	0.05 كحد أقصى	كميات بسيطة؛ يمكن أن تساهم في التحكم في بنية الحبيبات.
Ti	0.03 كحد أقصى	عادةً يُستخدم كمُكرر للحبيبات في التصنيع، لكنه موجود بكميات أثرية فقط.
عناصر أخرى (لكل منها)	0.05 كحد أقصى	الشوائب الأخرى محدودة للحفاظ على نقاء السبيكة.
Al	الباقي (لا يقل عن ~99.5%)	المكون الرئيسي؛ الألومنيوم عالي النقاء يتحكم في خصائص السبيكة.

إن نقاء 1050 العالي يعني أن خصائص مصفوفة الألومنيوم تهيمن على الأداء. تؤثر الشوائب الأثيرة (Fe، Si، Cu) على القوة الميكانيكية والموصلية: زيادة الحديد والسيليكون تعزز القوة قليلاً لكنها تقلل الأداء الكهربائي وقابلية التشكيل. الحفاظ على مستويات ضيقة للعناصر الثانوية يحافظ على الصفات المميزة للسبيكة: الموصلية العالية، مقاومة جيدة للتآكل، وليونة ممتازة.

الخصائص الميكانيكية

في الحالة الأنيلة O، يظهر 1050 مقاومة خضوع ومقاومة شد منخفضة جداً مع استطالة مرتفعة جدًا، ما يترجم إلى سلوك ممتاز أثناء التشكيل مثل الرسم العميق واللف. يختلف مستوى مقاومة الخضوع في الحالة O حسب السماكة وتاريخ المعالجة، ويمنح المصممين هامش أمان كبير للتشكيل لكنه يتطلب مراعاة مقاومة الانثناء والتصميمات الحساسة للصلابة. تعمل المعالجات بالعمل البارد مثل الدرفلة، الرسم، أو الثني على رفع مقاومة الخضوع والشد من خلال التقسية بالتشوه؛ حيث تتنازل وصلات H عن الليونة لصالح زيادة القوة والتحكم في الانحناء الارتدادي.

قيمة الصلادة لـ 1050 منخفضة في الحالة الأنيلة، مما يعكس الميكروهيكل اللين والمرن، وتزداد بشكل متوقع مع التصلد البارد. أداء التعب مشابه للألومنيوم النقي تجاريًا: مقاومة التعب معتدلة وتتأثر بشدة بظروف السطح، الإجهادات المتبقية من التشكيل، والعوامل البيئية مثل التآكل. تؤثر السماكة على القيم الميكانيكية: المقاطع الرقيقة تظهر قوة ظاهرة أعلى بفضل التقسية بالتشوه أثناء التصنيع، في حين أن المقاطع السميكة قد تكون أنعم نسبيًا وأقل استجابة للعمل البارد.

الخاصية	O / أنيلة	تصلب أساسي (مثلاً H14)	ملاحظات
مقاومة الشد (MPa)	55–75	95–130	القيم تعتمد على السماكة، المعالجة، والتصلد الدقيق؛ H14 تقريبا تضاعف القوة مقارنة بـ O.
مقاومة الخضوع (0.2% إثبات، MPa)	20–40	60–100	تزداد مقاومة الخضوع مع زيادة تقسية التشوه؛ يجب استخدام عينات اختبار للأجزاء الحرجة تصميمياً.
الاستطالة (%)	35–45	15–30	الليونة تنخفض مع التقسية؛ الحالة O مطلوبة للرسم العميق.
صلادة (HB)	15–25	30–45	قيم برينل لدرجات التصلب البارد تزداد كما هو متوقع لسبائك الألومنيوم.

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.71 جم/سم³	مميزة لسبائك الألومنيوم؛ مهمة لحساب الكتلة والصلابة.
نطاق الانصهار	~660 °C	درجة الصلادة والسائلة متقاربة بسبب نقاوة السبيكة العالية.
الموصلية الحرارية	~220–235 W/m·K	موصلية حرارية عالية؛ ممتازة لتطبيقات المشتتات الحرارية ومبادلات الحرارة.
الموصلية الكهربائية	~58–62 % IACS	من الأعلى ضمن السبائك المسحوبة، مما يفضل استخدامها في التطبيقات الكهربائية وقضبان التوصيل.
السعة الحرارية النوعية	~0.90 J/g·K (900 J/kg·K)	قيمة معيارية للحسابات الحرارية.
المعامل الحراري للتمدد	~23.6 ×10^-6 /K (20–100 °C)	معامل تمدد متوسط؛ يجب أخذه في الحسبان في تصميمات التحولات الحرارية.

تنشأ الموصلية الحرارية والكهربائية العالية للسبيكة من انخفاض محتوى العناصر الذائبة، وهما من الأسباب الرئيسية لاختيار 1050 للمكونات الكهربائية والحرارية. الكثافة منخفضة بما يكفي لتوفير نسبة قوة إلى وزن جيدة للمكونات غير الهيكلية، ويتطلب سلوك الانصهار ممارسات انصهار ألومنيوم قياسية للصب أو اللحام باللحام النحاسي. التمدد الحراري نموذجي للألومنيوم وقد يكون أكبر نسبيًا من الفولاذ، لذا يجب مراعاة التمدد التفاضلي في التجميعات متعددة المواد.

أشكال المنتجات

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك المقاومة	المعالجات الحرارية الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.2 مم – 6 مم	التشغيل البارد أثناء الدرفلة يمكن أن ينتج معالجات H	O, H14, H16, H18	تُستخدم على نطاق واسع للسحب العميق، التغليف، والتشطيبات الزخرفية.
صفائح	أكثر من 6 مم وحتى 25 مم	الأقسام السميكة أقل صلابة وأقل استجابة للعمل البارد	O, H14	أقل شيوعًا في الصفائح السميكة جداً؛ تُستخدم حيث تُفضل مقاومة التآكل على الصلابة.
بروفيلات البثق	بروفيلات بأقطار مقاطع كبيرة	تبدأ البروفيلات المبثوقة عادةً في حالة O وقد يتم تشغيلها باردًا	O, H14	جودة سطح جيدة وثبات أبعاد؛ مفيدة للإطارات خفيفة الوزن والقضبان الناقلة.
أنابيب	أقطار/sمتنوعة سماكات الجدار	الخصائص الميكانيكية تتأثر بالسحب البارد	O, H16	تُستخدم لمعالجة السوائل، والأنابيب الهيكلية حيث تهم مقاومة التآكل وقابلية التشكيل.
قضبان / قضبان دائرية	دائرية/سداسية حتى أقطار كبيرة	يزيد العمل البارد من المقاومة للينابيع والمثبتات	O, H18	شائع للبرشامات، الدبابيس، والمثبتات الخفيفة حيث الحاجة لليونة عالية أو مقاومة معتدلة.

تُنتج الأشكال المختلفة للمنتجات عبر مسارات معالجة مميزة تؤثر على الخواص النهائية. تتضمن عمليات إنتاج الألواح والفويل الدوران وعمليات التلدين التي تحدد المعالجة الحرارية وحجم الحبوب؛ أما عمليات البثق والأنابيب فتُشكل بالبثق الساخن وغالبًا ما تُنهى بالسحب البارد لتحقيق دقة الأبعاد. وينبغي على المصممين تحديد حالة المعالجة وما بعد المعالجة (مثل التلدين بعد التشكيل الثقيل) للحصول على أداء ميكانيكي متوقع وتحكم دقيق في الأبعاد.

درجات مكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1050	الولايات المتحدة	تسمية ASTM/AA للألمنيوم التجاري النقي بنسبة ~99.5% Al.
EN AW	1050A	أوروبا	نسخة معيار EN غالبًا ما تُرمز EN AW-1050A مع حدود كيميائية مماثلة.
JIS	A1050	اليابان	المكافئ في المعيار الصناعي الياباني، يُستخدم عادة في التطبيقات الكهربائية والعامة.
GB/T	Al99.5 / 1050	الصين	تسميات المعيار الصيني تشير إلى درجات ألومنيوم نقية عالية مشابهة لـ AA1050.

المكافأة بين المعايير قريبة، لكن الفروق الصغيرة في حدود المواد الشائبة وتسميات المعالجة (مثلاً 1050 مقابل 1050A) يمكن أن تؤثر على الخواص النهائية، خصوصًا التوصيلية وجودة السطح. عند الاستبدال بين المناطق، يُنصح بالتحقق من الحدود الكيميائية الدقيقة وأسماء المعالجة وكذلك بيانات اختبار الخواص الميكانيكية وحالة السطح للتطبيقات الكهربائية أو التي تتطلب سحب عالي الدقة.

مقاومة التآكل

يُظهر 1050 مقاومة تآكل جيدة جدًا عامة في البيئات الجوية والبيئات المعتدلة العدوانية بسبب تكوين طبقة ثانوية مستقرة وملتصقة من Al2O3. في البيئات المائية المتعادلة والقلوية يعمل السبيكة بشكل جيد، ويقاوم العديد من المواد الكيميائية العضوية والأملاح المؤكسدة؛ مع ذلك، في البيئات البحرية الغنية بالكلوريدات يمكن حدوث تجاويف موضعية إذا تراكمت الكلوريدات في الشقوق أو الترسبات على السطح. تؤثر حالة السطح ووجود التشغيل البارد على قابلية التآكل الموضعي، مع توفير السطوح المصقولة أو المؤكسدة حماية معززة.

تآكل الإجهاد ليس نمط فشل شائع للألمنيوم التجاري النقي مثل 1050 في ظروف الخدمة العادية؛ لكن الإجهادات المستمرة مع وجود مواد تآكل يمكن أن تؤدي إلى فشل بيئي في الحالات الشديدة. التفاعلات الكهروكيميائية مهمة: حيث يكون 1050 أنودي مقارنة بالنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ وسوف يتآكل تفضيليًا عند الاتصال الكهربائي في بيئات رطبة. يجب على المصممين التحكم في تلامس المعادن المختلفة باستخدام مواد عزل أو طلاءات واقية لتجنب التآكل الكهروكيميائي المتسارع.

مقارنة بالعائلات الأخرى للسبائك، يتفوق 1050 في مقاومة التآكل العامة بسبب نقاوته العالية وقلة المكونات الدقيقة الكهروكيميائية. مقارنة بسبائك 5xxx (حاملة للماجنيزيوم)، يمتلك 1050 قوة داخلية أقل لكنه يظهر سلوكًا مشابهًا أو مختلفًا قليلاً في تجويف البحري؛ حيث توفر سبائك 5xxx عادة قوة ومقاومة تآكل بحري أعلى عندما تكون القوة حرجة.

خواص التصنيع

قابلية اللحام

يُلحَم 1050 بسهولة باستخدام طرق اللحام الشائعة بالاندماج والمقاومة مثل TIG (GTAW)، MIG (GMAW)، واللحام النقطي، مع قابلية منخفضة للتشقق الساخن نظرًا لانخفاض محتوى السبائك. تشمل أسلاك الحشو النموذجية الألمنيوم التجاري النقي (AA1100) أو حشوات على أساس Al-Si (مثل 4043) عندما يُرغب في تحسين التدفق أو تقليل حساسية التشقق. تليين منطقة التأثير الحراري ليس مصدر قلق كما في السبائك المعالجة حراريًا، لكن يجب السيطرة على التشوه والاهتزاز المتبقي في القطع الرقيقة.

سهولة التشغيل

سهولة التشغيل متوسطة لـ 1050 وأقل عمومًا من سبائك الألومنيوم سهلة التشغيل وكذلك أقل بكثير من بعض السبائك المحتوية على الرصاص أو السيلكون. الأدوات الموصى بها هي كربيد حاد بزوايا هندسية إيجابية معتدلة لتجنب تراكم الحواف؛ ويجب أن تكون سرعات القطع والتغذية محافظة لتجنب تصلب السطح أثناء القطع. تكوين الرقائق مستمر وطيِّع؛ ويتطلب إخلاء فعّال للرقائق مع تحكم في التبريد والتشحيم للحصول على تشطيبات سطحية دقيقة والحفاظ على دقة الأبعاد.

سهولة التشكيل

سهولة تشكيل 1050 ممتازة في الحالة الملدنة O مع قوى تشكيل منخفضة جدًا وقدرة على تحقيق أنصاف أقطار انحناء ضيقة وأشكال سحب عميق. يمكن تقليل أنصاف الأقطار إلى عدة أضعاف سماكة المادة ضمن معالجة O للعديد من العمليات، لكن يرتفع الارتداد الربيعي بعد تصلب العمل لذا يجب أن يأخذ تصميم الأدوات حالات المعالجة H بالحسبان. يشكل التشكيل البارد الطريق الرئيسي لزيادة الصلابة ويمكن استخدامه استراتيجيًا لإنتاج معالجات H من مادة O بعد استقرار الهندسة المطلوبة.

السلوك تحت المعالجة الحرارية

بما أن 1050 سبيكة غير معالجة حرارياً، فلا تستجيب لمعالجة الإنصهار والشيخوخة مثل سبائك سلسلة 6xxx أو 7xxx. تعديل الخواص يحدث بشكل شبه كامل عبر الوسائل الميكانيكية: العمل البارد (الدرفلة، السحب، الثني) يزيد من المقاومة عبر زيادة كثافة الانزلاقات وتشويه الحبوب. يمكن تحقيق التلدين الكامل لاستعادة اللدونة بالتسخين إلى درجات حرارة مناسبة (عادة ضمن 300–415 °C حسب حجم القطعة وإعادة التبلور المطلوبة) يتبعها تبريد في الفرن مع التحكم؛ هذا يقلل الإجهادات المتبقية ويعيد المادة إلى حالة شبيهة بـ O.

يجب الحذر أثناء التلدين لتجنب ارتفاع الحرارة التي قد تسبب نمو الحبوب وتدهور الخواص السطحية والميكانيكية. يمكن إجراء التكرير بين مراحل التشكيل وعمليات تخفيف الإجهاد لاستقرار الأبعاد والاستجابة الميكانيكية، لكن لا توجد دورة معالجة T تقليدية للشيخوخة مخصصة لتعزيز القوة كما هو الحال في السبائك المعالجة حرارياً.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تتناقص القوة الميكانيكية لسبائك 1050 بسرعة مع ارتفاع درجة الحرارة، ويجب على المصممين عمومًا تقييد درجات حرارة الخدمة المستمرة إلى أقل من 150 °C لتطبيقات تحمل الحمل لتجنب فقد كبير في قوة الخضوع والشد. توفر طبقة أكسيد الألومنيوم مقاومة للأكسدة في درجات الحرارة المرتفعة، والتي تبقى واقية في العديد من البيئات، لكن درجات الحرارة المرتفعة مع الأجواء المسببة للتآكل تسرع فقدان الكتلة وتشوهات تشبه الزحف في القطاعات الرقيقة. يمكن أن تشهد المفاصل الملحومة ومناطق التأثير الحراري تغيرات محلية في السلوك الميكانيكي عند تعرضها لدرجات حرارة مرتفعة، مع أن غياب مكونات التقوية عن طريق الترسّب يحد من تعقيدات انتقالات المعالجة.

للتعرضات قصيرة الأمد أو المعالجات الحرارية، يمكن لـ 1050 تحمل درجات حرارة مرتفعة، لكن الاحتفاظ طويل الأمد بالخصائص الميكانيكية ضعيف مقارنةً بالسبائك المقاومة للحرارة؛ يجب اختيار ألومنيوم أو نظام سبائك أعلى حرارة عند الحاجة إلى قوة محتفظ بها في ظروف درجات حرارة مرتفعة مستمرة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 1050
الكهربائية	قضبان التوصيل، الموصلات، شرائط التأريض	موصلية كهربائية عالية وسهولة التشكيل.
التكييف / المبادلات الحرارية	زعانف، مشعات، مكونات المكثفات	موصلية حرارية ممتازة وسهولة التشكيل إلى أشكال رقيقة ذات مساحة سطحية عالية.
المعالجة الكيميائية	خزانات، تغليف، وصلات	مقاومة تآكل عامة جيدة ونقاوة للتوافق الكيميائي.
الاستهلاكية / الزخرفية	تشطيبات، علامات، عاكسات	تشطيب لامع، مقاومة للتآكل، وسهولة في التشكيل والضغط.
التغليف	رولات، حاويات	ليونة وسهولة تشكيل لمقاطع رقيقة بسلوك ثابت للإغلاق.

يُختار 1050 للتطبيقات التي تكون فيها الموصلية الكهربائية أو الحرارية، مقاومة التآكل، وقابلية السحب العميق أكثر أهمية من القوة الهيكلية العالية. يعود شيوعه في أسواق الكهرباء والتكييف والديكور إلى مزيج النقاء العالي، وسلوك التشكيل المتوقع، والتكلفة الاقتصادية.

رؤى الاختيار

اختر 1050 عندما تكون قابلية التشكيل القصوى، والموصلية الكهربائية أو الحرارية العالية، ومقاومة التآكل الممتازة هي المتطلبات الأساسية، وعندما يكون مستوى القوة الميكانيكية المتوسطة مقبولًا فقط. يعتبر هذا النوع اقتصاديًا بشكل خاص للأجزاء التي تتطلب تشكيلًا باردًا واسع النطاق أو حيث تكون جودة السطح العالية والموصلية مطلوبة.

بالمقارنة مع 1100، يقدم 1050 عادة نقاوة أعلى قليلاً وموصلية محسنة هامشيًا عند أنسجة مماثلة، مما يجعل 1050 مفضلاً عندما تكون الموصلية أولوية. بالمقارنة مع السبائك المقواة بالتشغيل مثل 3003 أو 5052، يتبادل 1050 قوة أقل مقابل موصلية أعلى وأداء مقاومة تآكل يعادل عادة أو يختلف قليلاً؛ اختر 3003/5052 عندما تكون القوة المعززة أو مقاومة بحرية محددة مطلوبة. بالمقارنة مع السبائك القابلة للمعالجة الحرارية مثل 6061 أو 6063، يُختار 1050 لسهولة التشكيل، وتكلفته الأقل، وموصليته المتفوقة، رغم أن تلك السبائك القابلة للمعالجة الحرارية توفر مقاومة ذروة وشدة أعلى بكثير.

الملخص الختامي

يظل الألمنيوم 1050 مادة أساسية حيث يتم الجمع بين نقاء عالٍ جدًا، قابلية تشكيل استثنائية، وموصلية كهربائية وحرارية قوية؛ تجعل سلوك التقسية المتوقعة ومقاومة التآكل الممتازة منه خيارًا عمليًا واقتصاديًا للعديد من التطبيقات الصناعية والاستهلاكية.