cuivre (suite)

Utilisations du cuivre

Il existe plusieurs qualités de cuivre, dont le titre varie de 99,9 à 99,99 p. 100 suivant les procédés d’affinage (électrolytique, thermique ordinaire, thermique désoxydé au phosphore ou thermique particulier pour basse teneur en oxygène). Les utilisations industrielles et domestiques du cuivre sont conditionnées principalement par certaines de ses propriétés.

• Sa haute conductivité électrique autorise son emploi dans les applications électriques pour plus de 70 p. 100 du tonnage global, par exemple pour les conducteurs, les câbles, les fils et les pièces diverses d’appareils électriques (moteurs, interrupteurs, contacteurs). Mais sa très faible résistivité électrique (inverse de la conductivité) de 1,7 µΩ/cm, voisine de celle de l’argent (1,6), qui est le métal le plus conducteur, est influencée par la présence de certaines impuretés, particulièrement celles qui entrent en solution solide dans le cuivre, telles que le phosphore et le silicium, utilisés pour la désoxydation. Ainsi, 0,05 p. 100 de phosphore diminue la conductivité du cuivre de 30 p. 100, ce qui exclut l’utilisation de cette qualité de cuivre désoxydé au phosphore pour les applications électriques. En revanche, des impuretés qui n’entrent pas en solution solide dans le cuivre perturbent peu sa conductivité, ce qui est le cas de l’oxygène.

• Sa haute conductibilité thermique de 0,94 cal/cm/cm²/s/°C, voisine de celle de l’argent (1,02), qui est le métal le plus conducteur thermiquement, explique l’emploi du cuivre depuis de nombreux siècles dans les ustensiles ménagers (casseroles, chaudrons), dans l’industrie alimentaire et chimique (alambics), et dans les applications d’appareillages thermiques (échangeurs, réservoirs, refroidisseurs, radiateurs).

• Sa facilité de mise en œuvre le fait rechercher tant pour le formage par emboutissage que pour l’assemblage par brasage et soudage à l’étain.

• Sa bonne tenue à la corrosion atmosphérique normale par formation d’une couche protectrice imperméable à base d’hydrocarbonate de cuivre (vert-de-gris) le fait utiliser pour des recouvrements de toitures ou des canalisations d’eau.

Par des additions de 1 p. 100 au maximum, on constitue des cuivres spéciaux industriels dans lesquels on a amélioré certaines propriétés du cuivre pur (résistance mécanique, tenue au fluage, usinabilité, élévation de la température de recristallisation), sans altérer la bonne conductivité électrique et thermique.

Le cuivre à l’argent est utilisé pour la confection de pièces de commutateurs, de lames de collecteurs de moteurs, d’ailettes de radiateurs d’automobiles, de conducteurs émaillés ou étamés ; ces diverses pièces acquièrent par écrouissage une résistance mécanique et une dureté bien supérieures à celles du cuivre, et conservent ces caractéristiques même après un échauffement jusqu’à 400 °C en raison de l’élévation de leur température de recuit par recristallisation retardée.

Le cuivre est utilisé également sous forme de dépôt électrolytique en bain acide à base de sulfate ou en bain alcalin à base de cyanure, avec anodes solubles. Le cuivrage électrolytique permet soit la protection de pièces ferreuses contre la corrosion atmosphérique, soit la constitution d’une couche intermédiaire dans un traitement galvanoplastique (nickelage, chromage), ou encore la formation d’une réserve dans un traitement thermochimique superficiel (cémentation).

Alliages de cuivre ou cupro-alliages

Les nombreux alliages de cuivre, dont certains sont connus depuis la plus haute antiquité, doivent leur vaste champ d’application à la diversité des propriétés qui résultent des additions diverses au cuivre :
— facilité de fusion et de moulage (bronzes) ;
— malléabilité et ductilité (laitons, maillechorts) ;
— hautes caractéristiques mécaniques, améliorées par un traitement thermique (bronzes et laitons spéciaux, cupronickels, cupro-aluminiums) ;
— faible coefficient de frottement (bronzes et cuproplombs) ;
— bonne conductivité électrique et thermique (cuivres spéciaux, laitons) ;
— tenue à certaines corrosions, en particulier à la corrosion marine (cupronickels, bronzes et cupro-aluminiums spéciaux) ;
— facilité de mise en forme, d’assemblage et d’usinage (laitons) ;
— propriétés diverses telles que sonorité (bronzes à cloches), couleur (monnaies et articles décoratifs), poli de surface (miroirs anciens en bronze), amagnétisme (outils spéciaux).

De nombreux métaux forment avec le cuivre des solutions solides intégrales (nickel) ou partielles, mais de grande étendue (jusqu’à 40 p. 100 de zinc), ce qui explique la possibilité que l’on a d’obtenir des structures physico-chimiques intéressantes et variées dans les nombreux cupro-alliages.

Cuprozincs ou laitons

À faible teneur en zinc, jusqu’à 15 p. 100, ils sont utilisés en fausse bijouterie (Tombac, simili-or) ; à 30 p. 100 de zinc, ils constituent des pièces de robinetterie, des vannes, des pièces de compteurs à l’état moulé. L’alliage à 33 p. 100 de zinc, appelé laiton d’emboutissage, s’emploie pour les pièces obtenues par forte déformation (cartouches, pièces estampées), alors que l’alliage à 40 p. 100 de zinc, appelé laiton de décolletage (avec addition de 2 p. 100 de plomb), s’emploie pour les pièces fabriquées par usinage à l’outil de coupe ou pour celles qui sont obtenues par découpage à la presse.

Des laitons spéciaux sont utilisés pour leurs propriétés particulières de résistance mécanique (laitons à 40 p. 100 de zinc et à 3 p. 100 de manganèse pour les pièces de construction maritime telles que tiges de pistons, hélices, étambots), de tenue à la corrosion atmosphérique normale, en atmosphère saline ou en ambiance à température moyennement élevée (laiton à 30 p. 100 de zinc et à 2 p. 100 d’aluminium ; laiton à 45 p. 100 de zinc et à 10 p. 100 de nickel).

Cupro-étains ou bronzes

Jusqu’à 8 p. 100 d’étain, ils sont employés pour fabriquer des fils ou des éléments de fausse bijouterie ainsi que des médailles ; de 10 à 20 p. 100 d’étain, les bronzes à l’état coulé constituent des pièces mécaniques (engrenages, paliers), des pièces de robinetterie ou des éléments de statuaire (bronzes avec diverses additions, telles que plomb et zinc). De 20 à 35 p. 100 d’étain, par suite de la fragilité de ces alliages, les emplois sont limités aux bronzes à cloches (ou anciens bronzes à miroirs).