ألمنيوم 1095: التركيب، الخصائص، دليل التصلب، والتطبيقات

نظرة شاملة

1095 هو سبيكة ألومنيوم من سلسلة 1xxx، تمثل درجة نقاوة تجارية تقريباً مع محتوى ألومنيوم لا يقل عن 99.95%. تتميز سلسلة 1xxx بالتقليل من التسبك المتعمد؛ حيث يشير الرمز 1095 إلى مستويات منخفضة جداً من عناصر الشوائب والتركيز على خصائص الألومنيوم الذاتية بدلاً من تقوية السبائك بالتسبك.

العناصر الرئيسية المسبكة تكون أساساً شوائب وبقايا: السيليكون، الحديد، وعناصر أثرية مثل النحاس، المنغنيز، المغنيسيوم، الكروم والتيتانيوم بنسبة أقل من الواحد بالمئة. يتم الحصول على القوة من خلال تقسية التشوه (التقسية بالعمل) بدلاً من المعالجة الحرارية للترسيب، لأن 1095 ليس قابلًا للمعالجة الحرارية بالمعنى المعدني.

السمات الرئيسية تشمل توصيل كهربائي وحراري ممتاز، ومرونة عالية وقابلية تشكيل جيدة في الحالة المعالجة حرارياً (المطوية)، ومقاومة جيدة جداً للتآكل الجوي بسبب نقاوته العالية. القابلية للحام جيدة جداً مع طرق اللحام بالتوصيل القياسية، ولكن يمكن أن تقل القوة الميكانيكية في منطقة التأثير الحراري بعد اللحام بسبب تأثيرات التلدين.

تستخدم 1095 عادةً في صناعات المعالجة الكيميائية، الموصلات الكهربائية، مبادلات الحرارة والكسوة، صناعة السبائك الرقيقة والقصدير، والتطبيقات المعمارية والزخرفية الخاصة. يختار المهندسون 1095 عندما تكون الحاجة إلى موصلية عالية، قابلية تشكيل متفوقة، أو مقاومة قصوى للتآكل من ألومنيوم شبه نقي، مقارنةً بالسبائك ذات القوة الأعلى وموصلية أقل.

أنواع التلدين (التمبير)

نوع التلدين	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	عالية (30–45%)	ممتازة	ممتازة	مطلي بالكامل، أفضل مرونة وموصلية
H12	منخفضة – متوسطة	متوسطة (15–30%)	جيدة	ممتازة	تقسية خفيفة بالتشوه، لا تزال قابلة للتشكيل جيداً
H14	متوسطة	أدنى (8–20%)	جيدة	ممتازة	نصف مقسى؛ شائع للسحب والطباعة الخفيفة
H16	متوسطة – عالية	منخفضة – متوسطة (6–12%)	مقبولة	ممتازة	ربع مقسى لأجزاء ذات تشكيل أقوى
H18	عالية	منخفضة (4–8%)	محدودة	ممتازة	مقسى بالكامل بالتشغيل البارد، أعلى قوة بالتقسية بالتشغيل البارد

يتم تحقيق التلدين في 1095 حصريًا من خلال التشوه البلاستيكي المحكوم (درجات H) وعن طريق التلدين (O). درجات T ومعالجات الترسيب غير مناسبة لأن 1095 يفتقر إلى عناصر ذائبة هامة ضرورية لتقسية الشيخوخة. نوع التلدين المختار هو متغير رئيسي في التصميم: التلدين O يعطي أقصى مرونة في التشكيل وموصلية، في حين تزيد درجات H تدريجياً القوة على حساب قابلية التشكيل عبر زيادة كثافة الانزلاق.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة المئوية	ملاحظات
Si	≤0.25	شائبة نموذجية؛ تؤثر على القابلية للصب وتأثيرها بسيط على القوة
Fe	≤0.95	بقايا رئيسية؛ زيادة الحديد يمكن أن تشكل مركبات بينية تقلل من اللدونة
Mn	≤0.05	عادة ما تكون منخفضة؛ يمكن أن تؤثر قليلاً على بنية الحبوب إذا وجدت
Mg	≤0.05	منخفضة؛ غير كافية للتقسية بالترسيب
Cu	≤0.05	محافظة عليها منخفضة جداً للحفاظ على مقاومة التآكل والموصلية
Zn	≤0.05	مستويات أثرية فقط؛ تأثير تقوية بسيط
Cr	≤0.01	أثرية؛ تتحكم في نمو الحبوب في بعض العمليات
Ti	≤0.03	مُحسّن بنية الحبوب عند إضافته عمداً خلال الصب أو التصنيع
آخرون	الباقي لإكمال 100% (Al ~99.90–99.99)	الباقي هو أساساً ألومنيوم؛ «آخرون» تشمل العناصر الأثرية

التركيب الكيميائي لـ 1095 يبرز ألومنيومًا عالي النقاء مع بقايا أثرية فقط. السيليكون والحديد هما أهم الشوائب؛ إذ يشكلان جسيمات بينية يمكن أن تكون مواقع لانطلاق التشققات وتؤثر على قابلية التشكيل. تحافظ الكميات المنخفضة من النحاس والمغنيسيوم على مقاومة التآكل والموصلية الكهربائية، والإضافات المقصودة من محسّنات الحبوب الطفيفة (Ti) تُستخدم أحيانًا للتحكم في بنية الحبوب أثناء الصب أو السحب.

الخواص الميكانيكية

سلوك الشد في 1095 يتحدد بمستوى النقاء ودرجة التشغيل البارد. في الحالة المطيلة (O) يظهر السبيكة مقاومة خضوع ومقاومة شد منخفضة مع استطالة متساوية طويلة واستطالة كلية عالية، مما يعطي سلوكًا عالي الليونة. يزيد التشغيل البارد (درجات H) من مقاومة الخضوع والشد بصفة أساسية عبر تراكم الانزلاقات والتقسية بالعمل، ولكن يقلل من الاستطالة المتساوية والكاملة بشكل نسبي.

الصلادة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بنوع التلدين؛ قيم برينيل وفيكرز منخفضة مقارنة بالسلاسل المسبوكة وتزداد مع درجات H. أداء الإجهاد يحسن نتيجة لغياب ترسيبات التقوية الخشنة، لكن حالة السطح وتوزيع جسيمات الشوائب وحالة التشغل البارد تؤثر بشدة على انطلاق التشققات. تؤثر السماكة على سلوك السحب والتشكيل: السماكات الرفيعة يمكن سحبها باردة بسهولة في حالة O، في حين أن المقاطع السميكة تتطلب طاقة تشويه أكبر وتظهر قابلية تشكيل أقل في حالات التقسية.

التحكم في تاريخ المعالجة (خفض الدرفلة، دورات التلدين، تشطيب السطح) ضروري لتحقيق المتانة المطلوبة وعمر إجهاد ملائم للمكونات الهيكلية. اللحام يسبب تليينًا محليًا نتيجة الاسترداد وإعادة التبلور، مما يؤثر على توزيع مقاومة الخضوع عبر المفاصل ويمكن أن يقلل مقاومة الإجهاد إذا لم يدار بشكل صحيح.

الخاصية	O/مطلي	درجة التلدين الأساسية (مثلاً H14)	ملاحظات
مقاومة الشد	عادة 60–110 MPa	عادة 110–170 MPa	نطاق واسع بسبب النقاء والتقسية بالعمل؛ القيم تعتمد على المعالجة
مقاومة الخضوع	عادة 25–60 MPa	عادة 95–140 MPa	يرتفع الخضوع بشكل ملحوظ مع درجات H الناتجة عن التشغيل البارد
الاستطالة	عادة 30–45%	عادة 8–20%	تنخفض الليونة مع زيادة الصلابة والقوة مع التلدين
الصلادة	عادة 15–30 HB	عادة 30–60 HB	الصلادة تقريبا تتناسب مع التشغيل البارد؛ قيم منخفضة مقارنة بالسلاسل المسبوكة

الخصائص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 جم/سم³	نموذجية للألومنيوم؛ مهمة لحسابات الكتلة والصلابة
نطاق الانصهار	660–665 °C	درجة انصهار رئيسية للألومنيوم؛ نطاق ضيق بسبب النقاء العالي
التوصيل الحراري	~220–235 W/m·K (25 °C)	موصلية عالية قريبة من الألومنيوم النقي؛ مفيدة لمبددات الحرارة
التوصيل الكهربائي	~58–62 %IACS	موصل كهربائي ممتاز؛ مهم للمقاطع الكهربائية والموصلات
السعة الحرارية النوعية	~900 J/kg·K (0–100 °C)	سعة حرارية نوعية عالية مقارنة بالعديد من المعادن؛ تؤثر على العزم الحراري
التمدد الحراري	~23–24 µm/m·K	معامل نمو نموذجي للألومنيوم؛ مهم لتصميم التحام حراري

الخصائص الفيزيائية تجعل 1095 جذابًا حيث تكون أولويات التوصيل الحراري والكهربائي إلى جانب الكتلة المنخفضة. تحدد الكثافة والتوسع الحراري التفاوتات التصميمية للتجميعات مع مواد مختلفة. تؤثر نقطة الانصهار والتوصيل الحراري على عمليات مثل اللحام، البرازينغ، وتصميم إدارة الحرارة، حيث يجب أخذ التوصيل العالي للسبيكة في حسابات إدخال الحرارة.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة / الحجم النموذجي	سلوك القوة	درجات التلدين الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.1–6 mm	موحد؛ السماكة تؤثر على قابلية السحب	O, H12, H14	مستخدمة على نطاق واسع للكسوة، مبادلات الحرارة، والألواح الزخرفية
لوح سميك	>6 mm حتى 50+ mm	لدونة أقل عبر السماكة في الألواح السميكة	O, H18	أقل شيوعًا؛ تستخدم للأقسام الكبيرة من الألومنيوم النقي
بثق	بروفيلات معقدة، نطاق واسع	القوة تتأثر بنسبة البثق وما بعد العمل	O, H12, H14	تستخدم للمقاطع الكهربائية، البروفيلات المعمارية، ومكونات الإطارات
أنابيب	جدران رفيعة إلى سميكة	السحب والتمرير يؤثران على الإجهادات المتبقية	O, H14	شائعة للقنوات والمعالجة السائلة حيث تهم مقاومة التآكل
قضبان/أعمدة	أقطار من 1 mm إلى 200 mm	السحب البارد يزيد القوة	O, H16, H18	تستخدم للأجزاء المصنعة، المسامير، والموصلات الكهربائية المتخصصة

تختلف عمليات المعالجة بشكل كبير بين الألواح المدرفلة والمسبوكة ومنتجات البثق أو الأنابيب. الدرفلة والسحب البارد يقدمان تقسية عمل محكومة وملمسًا يؤثران على اللاتناظرية، قابلية التشكيل والاستجابة الميكانيكية. يجب أن يتماشى اختيار شكل المنتج مع استراتيجية الربط ومتطلبات التلدين النهائية لأن التشكيل أو اللحام اللاحق يمكن أن يغير الأداء الميكانيكي والكهربائي المحلي.

الدرجات المعادلة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1095	الولايات المتحدة الأمريكية	تصنيف الجمعية الأمريكية للألمنيوم للألمنيوم شبه النقي
EN AW	1095	أوروبا	تصنيف EN يعكس تسمية AA للمنتج المشغول عالي النقاء
JIS	A1095	اليابان	المعيار الصناعي الياباني المعادل المستخدم في المواصفات المحلية
GB/T	1095	الصين	تصنيف المعيار الصيني متوافق مع تسميات المعايير الدولية

تصنيفات الدرجات المعادلة متناسقة إلى حد كبير لأن سبائك سلسلة 1xxx تُعرّف بنسبة الألمنيوم الدنيا وحدود الشوائب الصارمة. ومع ذلك، يمكن أن تختلف نطاقات التحمل للعناصر النزرة ومستويات الشوائب المسموح بها قليلاً حسب المعيار، مما يؤثر على الموصلية الكهربائية، وسلوك إعادة التبلور، وقابلية التشكيل في التطبيقات ذات التحمل الضيق. بالنسبة للتطبيقات الكهربائية أو رقائق الألمنيوم الحرجة، يجب دائماً التحقق من المعيار المحدد وتركيب وخصائص المورد المعتمدة.

مقاومة التآكل

يُظهر 1095 مقاومة ممتازة للتآكل العام الجوي بفضل ارتفاع محتوى الألمنيوم وخلوه من العناصر السامة الحافزة للتآكل. توفر طبقة الأكسيد الطبيعية خاصية التماثل السطحي والحماية في بيئات عديدة؛ ومع ذلك، قد تحدث هجمات موضعية في الظروف الجوية الملوثة أو البيئات الحمضية. الصيانة الدورية والتشطيبات السطحية المناسبة (التأكسد الأنودي أو الطلاء) تعزز من الأداء على المدى الطويل.

في البيئات البحرية، يقدم السبيكة أداءً جيداً من ناحية التآكل المنتظم؛ ومع ذلك، فإن مقاومة التآكل الدوري والهجومي الناتجين عن الكلوريدات تكون أفضل في سبائك البحرية الخاصة (مثل سلسلة 5xxx). يجب إدارة التفاعلات الكهروكيميائية: حيث إن 1095 يكون أنودي مقارنة بالنحاس والفولاذ المقاوم للصدأ، وقد يتآكل تضحياً عند تماس كهربائي مع مواد أكثر نبلاً إلا إذا تم استخدام تدابير عزل أو مثبتات متوافقة.

معدل حدوث تشقق الإجهاد بالتآكل منخفض للسبائك الألمنيوم عالية النقاء لأنها تفتقر إلى تركيزات عالية من العناصر المسببة. بالمقارنة مع عائلات 5xxx و6xxx، يتنازل 1095 قليلاً عن مقاومة التآكل المحلي مقابل موصلية ولدونة أعلى، مع تقديم ثبات تآكل عام متفوق مقارنة بالسبائك المعالجة حرارياً عالية القوة التي تحتوي على النحاس أو الزنك.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

يلحم 1095 بسهولة باستخدام طرق لحام TIG وMIG واللحام بالمقاومة بسبب محتواه المنخفض من السبائك وموصليته الحرارية العالية. عادةً ما تُستخدم أقطاب لحام أو حشوات نقية مطابقة للحفاظ على مقاومة التآكل؛ ويتجنب استخدام الحشوات الحاملة للنحاس. خطر التشقق الحراري منخفض، لكن قد تكون ضغوط الانكماش وتليين منطقة تأثير الحرارة ملحوظة، مما يستلزم مراقبة تشوهات ما قبل وبعد اللحام والتعويض الميكانيكي عند الحاجة. قد تظهر الخصائص الميكانيكية مخفضة بالقرب من منطقة الاندماج بسبب الاستعادة وإعادة التبلور للعمل البارد.

قابلية التشغيل

قابلية التشغيل للـ 1095 متوسطة إلى جيدة؛ يتطلب المصفوفة اللينة ورقائق القطع اللدن أدوات حادة وكاسرات رقاقية لتقطيع فعال. تعمل أدوات الفولاذ مثل القواطع المطلية بالكربيد والفولاذ عالي السرعة ذات الهندسة الإيجابية بكفاءة؛ ويجب مراعاة سرعة القطع مع الموصلية الحرارية العالية التي تشتت الحرارة بسرعة من منطقة القطع. يحقق التشطيب السطحي جودة عالية مع تآكل منخفض للأدوات، ولكن يلزم الحذر لتجنب تراكم الرقائق اللزجة عند القطع بسرعات منخفضة وعمق قطع عالي. التآكل الكاشطي للأدوات قليل مقارنة بسبائك الألمنيوم عالية السيليكون.

قابلية التشكيل

قابلية التشكيل في حالة O ممتازة، مما يسمح بالسحب العميق، والدرفلة، والختم المعقد مع تقليل كبير في الانحناءات. تعتمد الحد الأدنى لنصف قطر الانحناء على المعالجة الحرارية والسماكة؛ ففي حالة O يمكن أن يكون نصح الانحناء الداخلي منخفضاً إلى 0.5–1.0×السماكة للعديد من العمليات، في حين تتطلب معالجات H أنصاف أقطار أكبر وقد تستلزم عمليات تلدين وسيطة. يزيد العمل البارد من مقاومة الخضوع ويقلل الاستطالة، لذلك شائع التشكيل على مراحل مع تخفيف الإجهاد بين المراحل للأشكال المعقدة. للتشكيل بالانحناء الضيق أو الشد الشديد، يفضل استخدام المعالجات الملدنة أو المعالجة الحرارية المخففة.

سلوك المعالجة الحرارية

كونه سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية، لا يستجيب 1095 للمعالجة بالحل والترسيب لتقوية؛ لا توجد خطوات تقسية ترسيبية تزيد القوة بشكل معنوي. يتم تعديل القوة عن طريق العمل البارد (التصلب بالانفعال) والتمدد الحراري المتحكم فيه. تُجرى عمليات التلدين النموذجية لإعادة التليين الكامل عند درجات حرارة في نطاق ~300–420 °C مع أوقات نقع تعتمد على السماكة، لإنتاج حالة O واستعادة الليونة والموصلية.

تُعبّر التغييرات في المعالجة الحرارية عن درجات التصلب (H12, H14, H16, H18)، ويتم اختيار المعالجة بالتقسية وفقاً لمقادير محددة من الدرفلة أو السحب أو تقليل الانحناءات. يسبب الإفراط في التلدين أو التعرض الحراري الزائد أثناء التصنيع (اللحام، اللحام بالقصدير) إعادة التبلور والتليين، ويجب مراعاة ذلك في تصميم المكونات وتخطيط الوصلات.

الأداء عند درجات الحرارة العالية

يُظهر 1095 انخفاضاً كبيراً في القوة عند درجات الحرارة المرتفعة مقارنة بدرجة حرارة الغرفة؛ تنخفض القدرة الحاملة للحمل تدريجياً فوق 100 °C وغالباً ما تكون محدودة للاستخدام المستمر فوق ~150 °C. الأكسدة معتدلة لأن الألمنيوم يشكل طبقة أكسيد مستقرة، لكن تقشر السطح قليل مقارنة بالصلب والسبائك عالية الحرارة. يمكن للدورات الحرارية والتعرض لدرجات حرارة العملية العالية إزالة تصلب العمل البارد محلياً، خصوصاً في مناطق تأثير الحرارة الملحومة، مما يؤدي إلى تليين دائم وعدم استقرار أبعاد.

لذا ينبغي للمصممين تحديد درجة حرارة التشغيل المستمرة وأخذ الانفعال الزاحف تحت الأحمال المستمرة في الاعتبار عند تجاوز 100 °C. يحتفظ السبائك بنزاهة معقولة عند التقلبات الحرارية القصيرة، لكن ربما تتأثر حياته الميكانيكية أو مقاومة التعب على المدى الطويل بالتعرض للحرارة العالية ويجب التحقق منها بالاختبارات التطبيقية الخاصة.

التطبيقات

الصناعة	مثال على المكون	سبب استخدام 1095
الكهرباء/الطاقة	أشرطة التوصيل، الموصلات الكهربائية	موصلية كهربائية عالية وقابلية تشكيل
نقل الحرارة	موزعات الحرارة، الرقائق	موصلية حرارية عالية وكثافة منخفضة
التصنيع الكيميائي	التبطين، الخزانات	مقاومة عالية للتآكل ضد العديد من المواد الكيميائية
الهندسة المعمارية	الألواح الزخرفية، جدران الستائر	سهولة التشطيب السطحي واستقرار التآكل
السلع الاستهلاكية	رقائق، عاكسات، أواني الطهي	قابلية تشكيل ممتازة وجودة سطح عالية

يُستخدم 1095 بشكل متكرر حيث تهم خصائص الألمنيوم شبه النقي أكثر من القوة العالية: الموصلية، الأداء الحراري، مقاومة التآكل، وقابلية التشكيل. تناسب المكونات التي تتطلب تشكيلًا مكثفًا، أنصاف أقطار ضيقة، جودة سطح ممتازة، أو أداء كهربائي طبيعي لـ 1095، خاصةً مع الاعتبارات الاقتصادية وتوفر المواد.

نصائح الاختيار

اختر 1095 عندما تكون أولويات التصميم هي الموصلية الكهربائية أو الحرارية العالية، والقابلية الممتازة للتشكيل، ومقاومة التآكل العامة المتميزة بدلاً من تحقيق أقصى قوة. يجعله نقاؤه مرغوباً لأشرطة التوصيل، وعنصر نقل الحرارة، والاستخدامات الزخرفية أو التبطين حيث تكون جودة السطح والموصلية أهم من قدرة التحميل الميكانيكي.

مقارنة بالألمنيوم النقي تجارياً مثل 1100، يقدم 1095 نقاءً مماثلاً أو أعلى قليلاً وقابلية تشكيل مماثلة، متجنباً أي خسارة كبيرة في الموصلية ومطالباً في بعض الأحيان بتحكم أدق في الشوائب للاستخدامات الكهربائية المتخصصة. بالمقارنة مع السبائك المتصلدة بالعمل مثل 3003 أو 5052، يقدم 1095 عادةً موصلية أعلى وقابلية تشكيل مماثلة أو متفوقة، لكنه أقل قوة وأقل مقاومة للتآكل الموضعي نتيجة للماء البحري مقارنة بسلسلة 5xxx المحتوية على المغنيسيوم. مقارنة بالسبائك الهيكلية المعالجة حرارياً مثل 6061 أو 6063، يُختار 1095 عندما تكون الموصلية وقابلية التشكيل هي الأولوية على أقصى قوة ممكنة؛ ويفضل للأدوار الكهربائية أو الحرارية والمكونات التي تتطلب تشكيل متكرر أو جودة سطح عالية للغاية.

الملخص الختامي

يبقى 1095 ذات صلة حيث يكون أداء الألمنيوم شبه النقي مطلوباً: موصلية ممتازة، قابلية تشكيل متفوقة، ومقاومة تآكل جوهرية مع كثافة منخفضة. دوره مكمل للسبائك الأعلى قوة والمعالجة بالترسيب، مما يجعله مادة أساسية للتطبيقات الكهربائية والحرارية والمعرضة كيميائياً حيث يكون النقاء والليونة عوامل حاسمة.