ÉTAIN ET CUIVRE

Alliage cristallisé. — On ne connaît qu’un seul alliage cristallisé de cuivre et d’étain. Il a été rencontré parmi des produits provenant du traitement des minerais d’étain à Schlackenwalde, sous la forme de prismes déliés, blancs, jaune d’or à leurs extrémités, et appartenant au système hexagonal; leur densité était 6,994, et leur composition réponda/t à la formule Cu 3 Sn 7 .

Les alliages non cristallisés de cuivre et d’étain constituent l 'airain et les bronzes.

Bronzes. — L’usage du bronze était général chez les peuples anciens ; sous les Ramsès, de grandes fonderies, des « maisons de fusion » existaient au « pays d’Ataka»,et les produits qui en sortaient servaient à fabriquer des outils, hachettes, couteaux, ciseaux, dont quelques spécimens, datant des premiers temps pharaoniques, nous ont été conservés. Ce bronze, par l’étain qui entre dans sa composition, témoigne de relations extérieures suivies et s’étendant au moins de l’Égypte jusqu’au Caucase ; de véritables caravanes traversant l’Asie antérieure, allaient chercher au loin l’étain qui constituait pour elles un métal précieux.

Certains outils (ciseaux, haches), employés par les anciens Péruviens à une époque très ancienne et bien antérieure à l’histoire des Jncas, étaient formés par un alliage de 94 parties de cuivre avec 6 d’étain et quelques millièmes de fer et de plomb. On sait aussi que l’art du bronze tenait une place considérable dans la plastique grecque ; on le trouve représenté au début dans les écoles de la Grèce orientale, à Samos, aussi bien que pendant la période la plus florissante; nos musées possèdent de nombreux objets d’ornement, ustensiles de toilette, statuettes, etc., qui montrent à quel haut degré de perfection le travail du bronze était parvenu chez les anciens.

Une faible proportion d’étain (3 millièmes) n’altère pas, d’après Karsten, la ténacité du cuivre à froid, mais elle le rend cassant à chaud. D’après Hampe, une proportion de 4 à 10 millièmes est sans influence notable sur sa ductilité aussi bien à chaud qu’à froid, et les alliages plus riches en étain ont une tendance à prendre la texture cristallisée.

M. Rieffel a étudié de nombreux alliages faits en proportions très différentes. Voici les principaux résultats de son travail :

Dans l’alliage SnCu, les propriétés caractéristiques des deux métaux constituants ont presque totalement disparu. C’est une matière qui cristallise en grandes lames d’un blanc grisâtre, dures, dépourvues de ténacité; elle fond vers 400 degrés, et sa densité à l’étal liquide a une valeur plus grande qu’à l’état solide, ce qui la rapproche du cuivre.

Dans les alliages compris dans la formule SnCu", les propriétés du cuivre dominent, et leur texture est très analogue à celle de ce métal ; tous sont plus denses à l’état liquide qu’à l’état solide, tous sont plus tenaces et plus durs que le cuivre, et cela d’autant plus, que n est plus petit; la malléabilité varie en sens inverse de la dureté. SnCu 24 fond entre 900 et 1000 degrés; il est jaune d’or et cristallise en aiguilles qui rayonnent dans tous les sens,à partir décentres nombreux. SnCu 48 est jaune aurore, cristallisé comme le précédent, mais en aiguilles plus petites; SnCu 72 est rose jaunâtre; SnCu 96 est rose.

Les alliages compris dans la formule CuSn m se rapprochent de l’étain par la couleur, la mollesse, la ductilité, le point de fusion, la texture cristalline; ils font entendre, quand on les ploie, le cri de l’étain, et l’ensemble de leurs propriétés ne diffère que par des degrés en rapport avec la quantité d’étain qu'ils renferment.

Les alliages compris dans les deux formules précédentes sont toujours formés avec contraction, c’est-à-dire que leur densité est supérieure à la densité théorique moyenne ; cela a lieu lorsque l’on considère ces alliages à l’état solide, à l’état liquide, ou à leur maximum de densité. D’après M. Riche, la contraction est régulière et faible jusqu’à la composition SnCu 2 , puis elle s’élève subitement pour atteindre un maximum, quand le rapport du cuivre à l’étain dans l’alliage est celui de 3 à 1. A partir de SnCu 3 , la densité décroît d’abord, elle reprend ensuite une marche ascendante assez régulière, mais la densité des alliages les plus riches en cuivre reste toujours inférieure à celle de SnCu 3 . Ce dernier possède des propriétés tout exceptionnelles, il n’éprouve pas la liquation, et sa couleur bleuâtre le distingue de tous les autres.

Tous les alliages de cuivre el d’étain se liquatent plus ou moins pendant qu’ils se solidifient. La liquation est nulle pour SnCu 3 , très faible pour SnCu 4 , mais elle est considérable pour tous les autres, de sorte qu’on ne peut déterminer les points de fusion que pour les alliages SnCu 3 et SnCu*. Le tableau suivant résume les principales propriétés de ces alliages:

Sn 5 Cu...

un barreau.

sur de la poudre.

Densité

théorique

gris d’étain, mou, non cristallin, cristallin par refroidissement lent.

Sn 3 Cu...

Sn*Cu...

gris d’étain, cristallisé, assez dur.

SnCu.. .

gris blanc, cristallisé, cassant.

SnCu*...

gris bleuâtre comme le zinc, très cristallin.

SnCu 3 ...

très cassant. .

bleuâtre, en grains fins, peut se piler au

SnCu*...

mortier.

blanc, lamelleux, fragile comme le verre

SnCu 5 ...

blanc à retlets jaunâtres, cristallin, très dur.

SnCu 6 ...

jaunâtre, grain fin, très dur, malléable au

SnCu 3 ...

rouge sombre.

Id.

SnCu 8 ...

ld.

SnCu 10 . .

jaune accusé, extrêmement tenace.

SnCu 16 . .

bronze des canons.

Les bronzes riches en étain (e n contenant de 18 à 22 centièmes) augmentent de densité par la trempe, et le recuit diminue la densité du bronze trempé, mais dans une proportion moindre ; la densité s’accroît considérablement par l’action de la trempe ou du recuit, alternant avec celle du balancier. Ces effets, inverses de ceux que l’on constate avec l’acier, coïncident avec ce fait que la trempe adoucit le bronze, tandis qu’elle durcit l’acier. Sur les bronzes pauvres en étain (de 12 à 6 centièmes), la trempe ne produit qu’un adoucissement insensible.

Le bronze des tam-tams jouit de propriétés particulièrement remarquables. Il renferme des quantités d’étain qui varient de 19,67 à 22,80 pour 100, et sa densité oscille entre 8,918 et 8,909. Entre 100 et 200 degrés, cette matière est cassante comme à froid et au rouge cerise, mais au rouge sombre et un peu audessous, elle se laisse forger aussi facilement que le fer ou le bronze d’aluminium. Ce bronze s’aplatit alors sans se rompre sous les plus puissants marteaux; il se lamine si facilement qu’on peut en quelques passes réduire son épaisseur de 14 à 1 ou 2 millimètres; en forçant un peu la température, il devient tellement mou qu’il se replie sur lui-même, et qu’on peut l’emboutir et le recourber Par de très légers chocs.

Les bronzes d'industrie renferment parfois, outre le cuivre et l’étain, de petites quantités d’autres métaux destinés à en rendre le travail plus facile, ou à modifier légèrement quelques-unes de leurs propriétés. Le tableau ci-après donne la composition des principaux bronzes employés :

Cuivre. Étain. Zine. Fer.

Statues.

Canons de gros calibre..

Canons de petit calibre..

Cloches (France).

Cloches (Angleterre)....

Cymbales et tamtams. ..

Timbres de pendules. ..

Miroirs de télescopes ...

Médailles.

Monnaies de cuivre.

Plomb.

Laiton. — Le laiton, qui est essentiellement un alliage de cuivre et de zinc, contient très fréquemment une petite quantité d’étain ajouté, soit pour l’empêcher de graisser l’outil, soit pour augmenter sa ténacité. Le tableau ci-dessous montre dans quelles proportions l’étain intervient dans cet alliage :

Cuivre.

Zinc.

Ploinb.

Étain.

Usages.

Laiton de Stohlberg..

ustensiles de ménage, chaudières.

— de Jemmapes..

travail du tour.

tréfilerie.

— des doreurs —

bronzes dorés.

— des armuriers.

garnitures d’armes.

chrysocàle .

taux bijoux.

tombac jaune...

menus objets.

bronze Relier..

statues.

Nous signalerons encore parmi les alliages multiples renfermant de l’étain, une substance contenant : cuivre, 30; argent, 45; étain, 9; zinc, 9; plomb, 7. Cet alliage est malléable et présente une dureté comparable à celle de l’acier; il est employé pour la fabrication de certains rouages d’horlogerie.

AnniyMe des alliages de cuivre et d étain. — La méthode suivante d’analyse, due à M. II. Sainte-Claire Deville, permet d’arriver rapidement à la connaissance précise de la quantité des différents métaux renfermés dans un bronze ou dans un laiton, que nous supposerons contenir : cuivre, étain, zinc, plomb, fer et silicium.

On prend environ 5 grammes de l’alliage, et on le traite, dans une petite capsule de porcelaine recouverte d’un entonnoir, par un excès d’acide azotique. Quand la dissolution est terminée, on évapore à sec afin de rendre l’oxyde d’étain et la silice complètement insolubles, on reprend alors par l’eau aiguisée d’acide nitrique qui laisse ces deux matières, on filtre, on lave et on dessèche le filtre, puis on le grille à l’air. Le mélange d’oxvdes est pesé, introduit dans une nacelle de porcelaine, et traité par de l’hydrogène qui réduit le bioxyde d’étain, puis enfin par de l’acide chlorhydrique. La silice restée insoluble est filtrée, séchée et pesée avec les précautions habituelles.

La liqueur nitrique est évaporée de nouveau à ser, et le résidu calciné au

rouge sombre; on en pèse environ 2 grammes, que l’on place dans une petite nacelle de platine à l’intérieur d’un tube de verre de 15 centimètres de longueur, aussi étroit que possible, effilé à une extrémité, et fermé à l’autre bout par un bouchon qui ne sert que pendant les pesées. La nacelle, le tube et le bouchon sont tarés ensemble, et l’on ne fait la pesée des oxydes qu’après les avoir chauffés au rouge sombre dans le tube traversé par un courant d’air sec. Après la pesée, on remplace l’air par de l’hydrogène, et l’on chauffe jusqu’à ce que le système ne perde plus de poids, enfin l’on pèse de nouveau; il reste dans la nacelle un mélange de cuivre, de plomb, de fer et d’oxyde de zinc inaltéré.

On verse alors dans 200 à 300 grammes d’eau une quantité d’acide sulfurique pur capable de dissoudre environ le double du poids de fer et de zinc que l’on suppose être dans la nacelle ; on fait bouillir la liqueur pour en bien chasser l’air, et on la laisse refroidir dans une fiole qui doit en être presque pleine, et bouchée. Quand elle est froide, on y introduit la nacelle et l’on agile souvent pour mettre les matières en suspension ; l’oxyde de zinc et le fer se dissolvent, le cuivre et le plomb restent inattaqués; on laisse déposer quelques heures, on décante avec soin et on lave le résidu avec de l’eau bouillie. La solution contient les sulfates de zinc et de fer ; on l’évapore à sec et l’on calcine le mélange dans un moufle pour réduire les sulfates en oxydes ; on les pèse, puis on les humecte d’acide nitrique concentré jusqu’à parfaite dissolution du zinc; on évapore à sec, on chauffe doucement au bain de sable pour décomposer le nitrate de fer jusqu’à ce qu’il ne se dégage plus de vapeurs nitreuses ; enfin l’on reprend par du nitrate d’ammoniaque avec quelques gouttes d’ammoniaque, de manière à dissoudre le zinc seul; on déc: nie, on lave l'oxyde de fer, on le calcine et on le pèse, et son poids donne celui du zinc, puisqu’on connaît ce que Dèse la somme des deux oxydes.

Restent le cuivre et le plomb. On les traite par un mélange d’acide sulfurique et d’acide nitrique, puis on évapore à sec, on calcine à 400 degrés environ, et l’on pèse l’ensemble des deux sulfates ; on reprend enfin par de l’eau qui dissout le sulfate de cuivre laissant celui de plomb dont on détermine le poids. On obtient par ce procédé le poids des différents métaux qui entraient dans l’alliage.