ألمنيوم 1199: التركيب، الخواص، دليل التصلب والتطبيقات

نظرة شاملة

سبائك 1199 هي عضو في سلسلة 1xxx من الألمنيوم، وتصنف ضمن الألمنيوم النقي تجارياً وعالي النقاء جداً. يتميز بنسبة ألومنيوم غالباً فوق 99.9% (وغالباً ما يُحدد بنسبة 99.99% Al للمواد المخصصة لأشباه الموصلات والمواد الكهربائية)، مع وجود مستويات أثرية من Si، Fe، Cu، Mn، Mg، Zn وعناصر أخرى عند نطاقات أجزاء بالمليون إلى مئات الأجزاء بالمليون المنخفضة.

تعتمد القوة في 1199 بشكل رئيسي على نقاوته والتمديد البارد؛ فهو سبيكة غير قابلة للمعالجة الحرارية حيث يتم تحديد الأداء الميكانيكي من خلال المعالجة الميكانيكية (تقسية الشغل) والتحكم في بنية الحبوب. تشمل الخصائص الرئيسية الموصلية الكهربائية والحرارية الممتازة، مقاومة التآكل المتفوقة في العديد من البيئات، قابلية التشكيل الاستثنائية في الحالة المعالجة حرارياً (O)، وقابلية اللحام الجيدة جداً للسمك الرقيق. الصناعات النموذجية تشمل الكهربائية والإلكترونيات (أشرطة التوصيل، الموصلات، الرقائق)، المعالجة الكيميائية والغذائية (معدات حساسة للتآكل)، التطبيقات الفضائية والتبريدية حيث تلعب النقاء والموصلية دوراً مهماً، والعناصر المعمارية المتخصصة.

يختار المهندسون 1199 عندما تكون الموصلية الكهربائية/الحرارية وأداء مقاومة التآكل من المتطلبات الأساسية بينما تكفي القوة الميكانيكية المتوسطة. يُفضل على السبائك القوية القابلة للمعالجة الحرارية عند الحاجة إلى عمليات الربط أو التشكيل أو استمرارية كهربائية حرجة، ويفضل على أنواع 1xxx الأقل نقاوة عندما تكون المكاسب الطفيفة في الموصلية أو النظافة ضرورية للمعالجة اللاحقة أو الخدمة في البيئات العدائية.

أنواع المعالجة (Temper)

نوع المعالجة	مستوى القوة	الاستطالة	قابلية التشكيل	قابلية اللحام	ملاحظات
O	منخفض	مرتفع (35–50%)	ممتاز	ممتاز	مطلي بالكامل، أقصى دكتيلية وموصلية
H12	منخفض-متوسط	متوسط-مرتفع (25–40%)	جيد جداً	جيد جداً	تقسية خفيفة نتيجة شد، يحتفظ بقابلية تشكيل جيدة
H14	متوسط	متوسط (15–30%)	جيد	جيد	نوع تجاري نموذجي بعملية شد باردة لزيادة القوة
H16	متوسط-مرتفع	متوسط-منخفض (10–25%)	مقبول	جيد	مزيد من الشد البارد، يستخدم لزيادات متوسطة في القوة
H18	مرتفع (لسلسلة 1xxx)	أدنى (8–18%)	محدود	مقبول	مشدد بشدة، التشكيل والثني محدود
T5 / T6 / T651	غير نمطي / غير قابل للتطبيق	غير متاح	غير متاح	غير متاح	1199 غير قابل للمعالجة الحرارية؛ التخمير الاصطناعي عادة غير مستخدم

تتحكم المعالجة بشكل مباشر في التوازن بين الدكتيلية والقوة في 1199 لأن السبيكة لا تستجيب للتقسية بالتراكم الحميدي. يزيد الشغل البارد من مقاومة الخضوع ومقاومة الشد عبر تراكم الانزلاقات والتقسية أثناء العمل بينما يقلل من الاستطالة وسهولة التشكيل. اختيار حالة معالجة متوسطة (H12–H14) شائع عند الحاجة لبعض التعزيز دون التأثير الجدي على قابلية التشكيل أو الموصلية.

التركيب الكيميائي

العنصر	نطاق النسبة %	ملاحظات
Si	≤0.005	شائع كشوائب؛ يقلل التأثير على الموصلية والسلوك عند الصب
Fe	≤0.01	الحديد هو الشائبة الغالبة في سبائك 1xxx؛ محفوظ بمستويات منخفضة جداً للحفاظ على الموصلية
Mn	≤0.002	محفوظ عند الحد الأدنى؛ المستويات الأعلى تؤثر على القوة ومقاومة التآكل
Mg	≤0.005	متحكم به لتجنب تقوية غير مقصودة من خلال الحل الصلب
Cu	≤0.001	النحاس منخفض للحفاظ على مقاومة التآكل والموصلية
Zn	≤0.005	مستويات منخفضة من الزنك لتجنب الهشاشة والتأثيرات الكهروكيميائية
Cr	≤0.001	مستويات أثرية فقط؛ يساهم قليلاً في القوة
Ti	≤0.002	يستخدم نادراً كمكرر للحبوب في الصب أو البثق
عناصر أخرى	≤0.01 (إجمالي)	يشمل Ni, V, Bi, Pb, Sn؛ محفوظة عند مستوى منخفض جداً للتطبيقات الحساسة للنقاء

يركز تركيب 1199 على توازن الألومنيوم مع مستويات شوائب منخفضة للغاية لتعظيم الموصلية الكهربائية والحرارية وتقليل ترسبات بين معدنية قد تقلل من الدكتيلية أو مقاومة التآكل. ومع ذلك، يمكن للعناصر النزرة عند مستويات ppm أن تؤثر على بنية الحبوب، وسلوك إعادة التبلور، والتحولات الطفيفة في الخواص الميكانيكية، لذا فإن التحكم الكيميائي حاسم للتطبيقات الخاصة.

الخصائص الميكانيكية

في الحالة المعالجة (O)، يظهر 1199 مقاومة خضوع ومتانة منخفضة نموذجية للألمنيوم عالي النقاء، مع استطالة عالية جداً وقابلية انحناء ممتازة. سلوك الشد دكتيل مع استجابة تقسية شد ضحلة؛ حيث يهيمن منحنى الإجهاد والانفعال على استطالة موحدة طويلة وإجهاد إثبات منخفض. قيم الصلادة في حالة O منخفضة وترتبط بكثافة انزلاقات منخفضة ومحتوى ترسيبات قليل جداً.

يزيد الشغل البارد بشكل ملحوظ من مقاومة الخضوع ومتانة الشد مقارنة بحالة O، ولكن على حساب الاستطالة وقابلية التشكيل. أداء الإجهاد الدوري متوسط: عمر الإجهاد بدون شقوق معقول بسبب الدكتيلية، إلا أن العيوب السطحية ومستوى الشغل البارد والسماكة تؤثر بقوة. تظهر تأثيرات السماكة أساساً في أداء الإجهاد الدوري والثني – السمك الرقيق يتشكل بسهولة ويحافظ على الموصلية، بينما يمكن للأقسام السميكة أن تظهر قوة أعلى قليلاً مع قابلية ثني أقل.

الخاصية	O/معالجة	المعالجة الرئيسية (مثلاً H14)	ملاحظات
مقاومة الشد	30–65 MPa	80–140 MPa	القيم تختلف مع السماكة ودرجة الشغل البارد
مقاومة الخضوع	10–30 MPa	60–120 MPa	مقاومة الخضوع عند 0.2% تعتمد بشكل قوي على حالة المعالجة
الاستطالة	35–50%	10–30%	المادة المعالجة دكتيلية جداً؛ الشغل البارد يقلل الاستطالة الموحدة
الصلادة	15–30 HB	30–70 HB	صلادة منخفضة في حالة O؛ ترتفع مع تقسية الشغل

الخواص الفيزيائية

الخاصية	القيمة	ملاحظات
الكثافة	2.70 g/cm³	نفس كثافة الألمنيوم التجاري الأخرى، تُستخدم للحسابات الكتلية والصلابة
نطاق الانصهار	660–660.5 °C	نطاق انصهار ضيق للألمنيوم النقي؛ مفيد للنظر في اللحام واللحام بالنحاس
الموصلية الحرارية	220–240 W/m·K	عالية جداً – مناسبة لتطبيقات تبديد الحرارة وإدارة الحرارة
الموصلية الكهربائية	حوالي 60–65 %IACS (حوالي 35–38 MS/m)	من أعلى الموصلات بين السبائك التجارية بسبب محتوى الشوائب المنخفض جداً
السعة الحرارية النوعية	حوالي 900 J/kg·K	نموذجية للألمنيوم، مهمة لحسابات الكتلة الحرارية
التمدد الحراري	23.0–24.0 µm/m·K	مشابه لسبائك الألمنيوم الأخرى؛ مهم للحسابات الحرارية وتصميم الوصلات

النقاء العالي في 1199 يعظم خصائص النقل الحراري والكهربائي وينتج سلوك فيزيائي قريب جداً من الألمنيوم النقي النظري. تجعل هذه الخصائص 1199 جذابة بشكل خاص لتطبيقات المشتتات الحرارية، أشرطة التوصيل، والتطبيقات المبردة حيث يكون التوصيل الحراري والكثافة المنخفضة حاسمة. يجب على المصممين مراعاة التمدد الحراري العالي عند الربط مع مواد ذات تمدد أقل لتفادي الإجهاد الحراري.

أشكال المنتج

الشكل	السماكة/الحجم النموذجي	سلوك القوة	أنواع المعالجة الشائعة	ملاحظات
ألواح	0.1–6.0 mm	منخفضة إلى متوسطة (تعتمد على المعالجة)	O, H12, H14	مستخدمة على نطاق واسع لشريط كهربائي، وألواح الرقائق، والألواح المشكلة
ألواح سميكة	6–25 mm	قوة نسبية منخفضة حسب السماكة بسبب النقاء؛ توفر محدود للألواح السميكة الكبيرة	O	الأقسام السميكة المتخصصة أقل شيوعًا وتُستخدم حيث يهم النقاء
بثق	سماكة جدار 0.8–12 mm	تعتمد القوة على الشغل البارد؛ دكتيلية جيدة للأشكال المعقدة	O, H14	التحكم في الحبيبات والتشطيب السطحي مهم للأجزاء الكهربائية
أنابيب	قطر خارجي 6–150 mm	مقاومة جيدة للانهيار والتشكيل في حالة O؛ مشدودة لمزيد من الصلابة	O, H16	تستخدم لتوصيل السوائل وأنابيب كهربائية متخصصة
قضبان/أعمدة	أقطار 3–50 mm	قوة منخفضة إلى متوسطة؛ تتفاعل مع السحب البارد	O, H14	تستخدم لتشغيل قطع الموصلات، المسامير، والمثبتات حيث تكون الموصلية مطلوبة

تسيطر الألواح والقطع الرقيقة على الاستخدام التجاري لـ 1199 لأن ميزة النقاء العالي تكون ذات قيمة أكبر حيث تكون الموصلية وجودة السطح وقابلية التشكيل مطلوبة. يتم إنتاج البثق والقضبان عندما تكون الأشكال المعقدة أو المكونات المجهزة ضرورية، ولكن السيطرة الدقيقة على الكيمياء أثناء المعالجة ضرورية للحفاظ على الموصلية العالية ومحتوى الشوائب المنخفض.

الدرجات المكافئة

المعيار	الدرجة	المنطقة	ملاحظات
AA	1199	الولايات المتحدة	تعيين للألمنيوم عالي النقاء جداً في نظام Aluminum Association
EN AW	لا يوجد مكافئ مباشر	أوروبا	لا يوجد مكافئ دقيق في EN AW؛ أقرب الدرجات تجارياً ذات النقاء العالي هي EN AW-1050/1060
JIS	لا يوجد مكافئ مباشر	اليابان	المادة الأقرب مقارنة هي JIS A1050 أو A1070 من حيث النقاء
GB/T	لا يوجد مكافئ مباشر	الصين	تقدم المعايير الصينية درجات عالية النقاء، لكن المطابقة المباشرة واحدة لواحدة ليست شائعة

عادةً لا توجد مراجع مباشرة دقيقة للدرجة 1199 في بعض المعايير الدولية لأن 1199 موجهة لتراكيب وتطبيقات متخصصة ذات نقاء عالي جداً. عملياً، يستخدم المصممون درجات عائلة 1100، 1050، و1060 كبدائل وظيفية للتطبيقات العامة، لكن هذه الدرجات تسمح عادةً بمستويات أعلى من الشوائب وتوصيل كهربائي أقل قليلاً. عند الحاجة إلى نقاء صارم أو حدود موثقة للعناصر، فإن تحديد AA 1199 أو درجة عالية النقاء خاصة بالمصنع يكون ضرورياً.

مقاومة التآكل

تُظهر سبائك 1199 مقاومة ممتازة للتآكل الجوي العام بفضل محتواها العالي من الألمنيوم وقلة العناصر السبائكية التي قد تشكل مركبات بين فلزية نشطة. في معظم البيئات غير العدوانية، يشكل طبقة مستقرّة من ألومينا تحمي السطح وتقلل معدلات التآكل الموحد ما يطيل عمر الخدمة مع صيانة قليلة. جودة السطح، الشوائب، والأعمال الباردة يمكن أن تؤثر في التآكل الموضعي، لذلك تعتبر مراقبة العمليات ومعالجات السطح مهمة للتطبيقات الحرجة.

في البيئات البحرية أو المحتوية على الكلوريدات، تتفوق 1199 على العديد من درجات الألمنيوم السبائكية بسبب انخفاض محتوى النحاس والعناصر الأخرى التي تعزز التآكل النخري أو الشقوق. مع ذلك، يجب أخذ التفاعلات الجلفانية مع المعادن النبيلة مثل النحاس أو الفولاذ المقاوم في الاعتبار عند التعرض الشديد للكلوريد؛ ويُستخدم عادة حاجز عازل أو أقطاب تضحية. يُعد تشقق التآكل الناتج عن الإجهاد نادراً في 1199 بسبب غياب ذرات ذائبة مهمة تعزز ACC، لكن يجب إدارة إجهادات الشد المتبقية الناتجة عن التشكيل أو اللحام لتفادي الفشل المفاجئ.

مقارنةً بعائلات 5xxx و6xxx، تتمتع 1199 بمقاومة عامة أفضل للتآكل وتوصيل كهربائي أعلى ولكنها أقل قوة ميكانيكية. مقارنة بسبائك العائلة 1xxx الأخرى، تقدم 1199 سلوكاً محسنًا قليلاً بفضل السيطرة الأكثر إحكامًا على الشوائب؛ مما يجعلها جاذبة للتطبيقات الكيميائية، الصحية والكهربائية حيث يجب تقليل خطر التآكل والتلوث.

خصائص التصنيع

قابلية اللحام

تُلحم 1199 بسهولة بواسطة عمليات اللحام الشائعة مثل TIG وMIG لأن السبائك عبارة عن ألومنيوم نقي عملياً وتظهر حساسية منخفضة للتشقق الحراري في السماكات الرفيعة. تشمل مواد الحشو الألومنيوم النقي تجارياً (مثل Al 1100) لمطابقة التوصيل أو 4043/5356 لتحسين الخواص الميكانيكية؛ يعتمد الاختيار على متطلبات الخدمة وقبول التوصيل بعد اللحام. ينبغي التحكم في إدخال الحرارة لتقليل نمو الحبوب واللين الموضعي في منطقة التأثير الحراري؛ كما تُستخدم المعالجات الميكانيكية قبل وبعد اللحام عندما يجب الحفاظ على القوة أو قابلية التشكيل.

قابلية التشغيل

كمعادن ناعمة ولدنة جداً، تُشغل 1199 بسهولة لكنها قد تكون عرضة لتكوّن حواف مرتفعة وسطح نهائي غير جيد إذا لم يتم تحسين أدوات القطع وسرعات التشغيل. تقلل أدوات الكربيد أو السيراميك ذات الزاوية الموجبة العالية والهندسة الحادة من الاحتكاك وتعزز تكوين رقائق مستمرة؛ واستخدام مواد تشحيم مناسبة أو تبريد بالغمر يساعد في إخلاء الرقائق وزيادة عمر الأداة. من المناسب استخدام معدلات تغذية مرتفعة وسرعات عمود دوار محسوبة لتجنب التشويه، وتمريرات التشطيب تستفيد من قطع خفيف لتحقيق خشونة سطح منخفضة والحفاظ على التوصيل.

قابلية التشكيل

تُشكّل 1199 بسهولة في الحالة المندمجة وتتحمل عمليات تشكيل عدوانية مثل السحب العميق، التشكيل بالدحرجة والانحناء بنصف قطر ضيق قد تؤدي إلى تشقق سبائك أقوى. أنصاف أقطار الانحناء الداخلية الموصى بها للحالة O عادة ما تكون في نطاق 0.5–1.0× سمك المادة للعمليات الخفيفة، مع توصية بنطاقات أكبر للأجزاء السميكة أو السحوبات المعقدة. استجابة المادة للعمل البارد متوقعة وقابلة للتحكم؛ السماكات المتوسطة (H12–H14) تسمح بتحقيق زيادات تدريجية في القوة دون فقدان كامل لقابلية التشكيل.

سلوك المعالجة الحرارية

بسبب طبيعتها القريبة من الألمنيوم النقي، لا يمكن معالجة 1199 بحرارياً من حيث تقسية الترسيب. لا توجد تقسية نشطة من المعالجة بالحرارة أو التقدّم الصناعي كما هو الحال في سبائك 2xxx، 6xxx أو 7xxx. تُقتصر المعالجات الحرارية على دورات التلدين: التلدين الكامل (O) عند درجات حرارة حوالي 350–415 °C (يتبعه تبريد بطيء حسب المقطع) لتخفيف الشغل البارد وزيادة الليونة، والسيطرة على إعادة التبلور لضبط حجم الحبوب.

الزيادة في الصلابة بالعمل البارد هي الطريقة الأساسية لزيادة القوة وتعديل الخواص. تسمح دورات تكرارية من العمل البارد تليها معالجات تلين جزئية أو الاستعادة بضبط الخواص الميكانيكية لعمليات الختم أو التشكيل. في التصنيع الذي يتضمن اللحام، يمكن استخدام التلدين الموضعي والعمليات الميكانيكية بعد اللحام لاستعادة الليونة في منطقة التأثير الحراري أو لضبط الحالة النهائية للحرارة.

الأداء في درجات الحرارة العالية

تظهر 1199 فقداناً نسبياً سريعاً في القوة الميكانيكية مع زيادة الحرارة فوق درجة الحرارة المحيطة، بسبب قلة محتوى السبائك التي قد تستقر القوة عند درجات حرارة مرتفعة. تتراوح درجات حرارة الخدمة القصوى العملية غالباً بين 150–200 °C لتطبيقات تحمل الأحمال؛ وفوق هذا النطاق قد يحدث تليين وارتخاء ميكانيكي ملحوظ. يقتصر الأكسدة على تكوين طبقة رقيقة من أكسيد الألومنيوم تحمي السطح من التدهور التدريجي إلا في البيئات المنصهرة أو الدخانية شديدة الأكسدة.

تظل الاستقرارية الحرارية للتوصيل الكهربائي والحراري مقبولة حتى درجات حرارة مرتفعة معتدلة، لكن يجب الانتباه لتفاوت التمدد الحراري والاسترخاء الميكانيكي تحت الحمولة المستمرة في التجميعات. تعرض منطقة التأثير الحراري المجاورة للحامات لخطر زيادة حجم الحبيبات وتليين المادة؛ لذا يجب تقليل التعرض الطويل للحرارة العالية حيثما تكون الأداء الميكانيكي ضروريًا.

التطبيقات

الصناعة	مكون المثال	سبب استخدام 1199
الكهرباء والطاقة	قضبان التوصيل، الموصلات، الرقائق	توصيل كهربائي عالي وقابلية تشكيل جيدة للأجزاء المختومة/المنحنية
الإلكترونيات وإدارة الحرارة	مشتتات حرارية، أحزمة حرارية	توصيل حراري استثنائي مع كثافة منخفضة
المعالجة الكيميائية / الغذاء	خزانات مقاومة للتآكل، بطانات	نقاء عالي ومقاومة للتآكل تقلل من خطر التلوث
الطيران / التبريد الشديد	أوعية التبريد، التجهيزات	مستوى شوائب منخفض وليونة جيدة في درجات الحرارة المنخفضة
الهندسة المعمارية / الفن	ألواح زخرفية، واجهات مشكلة	تشطيب سطحي ممتاز، قابلية تشكيل ومقاومة للتآكل

تُختار 1199 حيث يحقق مزيجها من التوصيل العالي، القابلية للتشكيل والمقاومة للتآكل فوائد وظيفية تفوق قوتها الميكانيكية المتواضعة. وغالباً ما تُستخدم في مكونات رقيقة السبك وأجزاء متخصصة حيث يُفضّل النقاء وخصائص النقل على الأداء الحامل للأحمال الهيكلية.

نصائح الاختيار

عند اختيار المهندسين بين 1199 وخيارات الألمنيوم الأخرى، يجب مراعاة التوازن المطلوب بين التوصيل، القابلية للتشكيل والقوة. بالمقارنة مع درجات الألمنيوم النقي تجارياً مثل 1100، تقدم 1199 تحكماً أدق في الشوائب وتوصيلاً و نظافة أعلى قليلاً، مع قوة ميكانيكية متقاربة أو أقل قليلاً في بعض طرق المعالجة. مقابل السبائك المعالجة بالعمل مثل 3003 أو 5052، تتنازل 1199 عن جزء من القوة مقابل توصيل كهربائي وحراري متفوق وفي كثير من البيئات مقاومة تآكل محسنة؛ اختر 1199 عندما يكون التوصيل أو الحساسية للتلوث عوامل حاسمة.

مقابل السبائك المعالجة حرارياً مثل 6061 أو 6063، توفر 1199 توصيلاً أعلى بكثير وغالباً قابلية تشكيل أفضل لكن بقوة قصوى أقل. استخدم 1199 عندما تكون جودة التوصيل، التوصيل أو تعقيد التشكيل أهم من الحاجة لقوة تقسية عالية. عند الشراء، قارن بين التكلفة والتوفر—فـ1199 متخصصة وقد تكون أقل توفراً أو أغلى نسبياً مقارنة بسبائك العائلة 1xxx أو 5xxx الشائعة، لذا يجب حجز استخدامها لتطبيقات تستفيد مباشرة من خواصها الفريدة.

الملخص الختامي

تظل سبائك 1199 ذات صلة حيث يُطلب نقاء عالي جداً للألمنيوم، توصيل كهربائي وحراري ممتاز، ومقاومة تآكل متفوقة مع قابلية تشكيل ولحام ممتازة. دورها يكمل الألمنيوم الأقوى والسبائكي: يختار المهندسون 1199 عندما تكون محركات الأداء هي خصائص النقل، النظافة والتشكيل اللدن بدلاً من القوة الهيكلية القصوى.