IL— ÉTUDE INDUSTRIELLE

Fabrication. — Il faut distinguer au point de vue industriel deux sortes d'alliages de cuivre et d'aluminium :

Les alliages très riches en cuivre qui renferment de 0 à 10 0/0 d'aluminium et les alliages très riches en aluminium renfermant de 2 à 6 0/0 de cuivre.

Les premiers sont connus sous le nom de bronzes d'aluminium, les seconds sont souvent vendus sous le nom d'aluminium et sont utilisés surtout dans la construction des automobiles pour toutes les pièces formant enve-

Fig. 180. — Four Cowles. loppes (carters de

changement de vitesse, carters des volants de moteur, etc.).

Pour obtenir les uns ou les autres, de ces alliages, on fond le métal qui se trouve en excès et on fait l'addition voulue de l'autre métal.

Comme dans la préparation de tous les alliages d'aluminium, il faut avant tout se garantir contre l'oxydation.

Il faut noter, pourla préparation des pièces moulées, que le bronze d'aluminium se contracte beaucoup plus que les autres métaux.

Pour éviter l'introduction des crasses dans le moule ou la lingotière, on coule généralement dans une poche intermédiaire dont le fond comporte un bouchon que l'on enlève au moment où toutes les pellicules d'oxyde sont remontées à la surface. Il serait peut-être plus simple d'utiliser une poche

saucière dans le genre de celle que nous avons déjà signalée.

Les bronzes d'aluminium peuvent aussi être préparés au four électrique, ou, du moins, on peut obtenir par ce moyen un alliage utilisé comme matière première dans la fabrication du bronze d'aluminium.

Cette méthode a été décrite dans le mémoire présenté par W. Robert à la Société des Ingénieurs du Cleveland, en décembre 1888. Nous en reproduisons les parties les plus intéressantes.

Les alliages d'aluminium sont préparés, par la Cowles Electrical Smelting Company, dans un four électrique représenté en section verticale (fig. 180) 1 : « 11 consiste en une cavité oblongue de lm,25 de longueur, lm,60 de profondeur et 0m,51 de largeur. Il est construit au-dessous du niveau du sol et garni de briques réfractaires. Aux deux extrémités sont des tubes en fonte inclinés pour favoriser le maniement des électrodes; aux extrémités de ces tubes sont des couvercles munis de garnitures à travers lesquels passent les électrodes. Sur les couvercles sont vissés des blocs en bois environnant les garnitures. Chacune des électrodes porte un écrou à travers lequel passe une vis ayant à son extrémité extérieure une poignéeenT, pendant que son extrémité inférieure reste contre le bloc de bois. La rotation de ce système donne à l'électrode un mouvement d'entrée ou de sortie. Le haut de la construction en briques est recouvert avec des plaques de fer, et un couvercle de fer placé au-dessus de l'ouverture du four, comme le montre la figure 180; dans, ce couvercle est un trou pour permettre l'échappement des gaz. Les électrodes consistent en baguettes de charbon de 57 millimètres de diamètre qui sont attachées ensemble et réunies à une électrode commune. Pour cela, on coule du métal autour des extrémités des charbons et de l'électrode commune, de façon à former un conducteur en contact parfait avec toutes les parties jointes. Le métal employé est choisi eu égard à l'alliage particulier

1. Mémoire lu par M. W. Robert à la Société des Ingénieurs du Cleveland, décembre 1888.

devant être traité dans le four; quoique, dans le cas actuel, il ne soit pas soumis à une chaleur très intense, on a trouvé qu'il exerçait une légère influence sur le produit du four.

« Nous avons donc un four couvert muni à ses extrémités de deux électrodes capables d'être facilement déplacées. On se sert du four de la façon suivante : Les deux électrodes sont mises en communication avec la dvnamo, le câble allant au pôle positif envoyant le courant dans l'électrode gauche, d'où il traverse la charge; rencontrant une résistance, il y produit de la chaleur, puis, par l'électrode droite, il arrive au câblé allant au pôle négatif de la dynamo. La résistance est due aux particules de charbon qui sont dans la masse. Ainsi le courant agit indépendamment de la structure du four lui-même, agissant simplement sur la charge immédiatement en contact avec le carbone, ce qui donne lieu à la production de chaleur. La chaleur développée est énorme ; quoique le charbon de bois soit réputé comme étant un corps non conducteur le plus convenable pour faire une doublure protectrice, l'intensité de la chaleur le convertit en peu de temps en graphite ; il perd ainsi ses propriétés non conductrices. Le renouvellement fréquent du charbon de bois devient coûteux; on surmonte la difficulté en plongeant le charbon de bois partiellement transformé en graphite dans de l'eau de chaux ; la chaux rend encore le charbon de bois suffisamment non conducteur.

« Lorsque Ton charge le four h froid, on met du charbon de bois dans le fond et on le comprime fortement de façon à former une première couche d'épaisseur suffisante. Les électrodes sont amenées presque au contact dans le four, et la charge est alors placée au centre du four de façon à environner les extrémités des électrodes. La charge pour l'alliage de cuivre consiste en 136 kilogrammes de matière ; un quart est constitué par du minerai d'aluminium concassé, une grande partie de ce minerai passant dans le laitier formé tout d'abord sous l'action de la chaleur ; il y a environ 4 0/0 de carbone, et le reste est du cuivre granulé.

« Le minerai employé est quelquefois le corindon, appelé

ALLIAGES DE CUIVRE : CGIVRE-ALUMliMUM 735

aussi saphir et rubis. Les cristaux ternes sont désignés sous le nom de corindon, et les variétés grises et noires sous le nom d'émeri. C'est essentiellement de l'alumine A1203. Actuellement le minerai employé en Angleterre est la bauxite; sa composition moyenne est la suivante :

Silice 2,8

Alumine 57,4

Oxyde ferrique 25,5

Chaux 0,2

Oxyde titanique 3,1

Eau et matières volatiles 11,0

« Quoique d'un prix moindre que le corindon, cette matière convient très bien. Pour que des portions de la matière ne soient pas trop distantes des électrodes, on empêche la charge de s'étendre latéralement par deux plaques de tôle maintenues à une certaine distance et placées de chaque côté des électrodes. Le mélange est placé entre elles, et on achève de remplir avec du charbon de bois ; puis, on retire les tôles, le haut de la charge est couvert et les parties vides du four sont garnies de charbon de bois; on en met suffisamment pour dépasser de quelques centimètres la charge et les électrodes. Le couvercle de fer est alors luté avec de la terre réfractaire. On donne d'abord un courant de 2.000 à 3.000 ampères, et la résistance diminue au fur et à mesure que la masse fond. Les électrodes sont alors éloignées l'une de l'autre, la vitesse de la machine est augmentée, et un courant de 500 ampères traverse la masse jusqu'à ce que tout sôit fondu. Une opération dure une heure trois quarts. Il est établi que le cuivre et l'aluminium s'unissent tous deux à l'état gazeux, et la Compagnie estime que de cette manière on a une union intime entre les constituants de l'alliage; l'homogénéité et la résistance de l'alliage obtenu sont supérieures à celles d'un alliage fait par toute autre méthode. »

Voici, enfin, la méthode de M. Héroult qui repose, d'après les termes des brevets pris en France, le 15 avril 1887, sur l'action thermique et électrolysante d'un courant électrique

sur l'oxyde d'aluminium et le métal avec lequel l'aluminium doit être allié.

Une caisse, en fer ou en un autre métal, isolée du sol et ouverte supérieurement, est munie d'un épais revêtement de plaques de charbon qui sont reliées entre elles au moyen d'un mastic de charbon.

Ce dernier peut ôtre, par exemple, du goudron, du sirop de sucre ou du glucose. La caisse, dans laquelle est enfermé le bassin, doit aussi ôtre bonne conductrice. Si Ton veut arriver à une très bonne conductibilité par contact très intime des parois extérieures en charbon du bassin avec la paroi interne de la caisse, on coule celle-ci autour du creuset en charbon, et par le refroidissement on obtient le contact le plus intime avec le charbon.

Dans la caisse se trouve un certain nombre de chevilles en cuivre, qui amènent le courant électrique négatif à l'intérieur du bassin avec une très faible résistance. Dans ce bassin plonge l'électrode positive, dont les différentes baguettes de charbon sont appliquées Tune contre l'autre, ou laissent entre elles des intervalles qui doivent être remplies d'une matière conductrice (cuivre ou charbon).

A l'extrémité supérieure, les baguettes de charbon sont maintenues par un cadre, dont l'anneau sert pour suspendre tout le système à une chaîne, à l'aide de laquelle le faisceau de charbon est mis au point (c'est-à-dire placé dans sa position) et peut être élevé ou abaissé. Le cadre entourant la périphérie du faisceau est pourvu des pièces de serrage nécessaires, telles que vis, etc., pour la fixation du câble positif.

A l'exception de l'espace nécessaire pour le mouvement vertical du faisceau de charbon, l'ouverture du bassin est recouverte par des plaques de graphite, dans lesquelles se trouvent quelques orifices pour l'introduction des matières. Au-dessous des orifices sont aussi ménagés, si c'est nécessaire, des évidements. Ces canaux servent aussi pour la sortie des gaz dégagés dans le bassin.

Les plaques mobiles, munies d'un cadre avec poignée, servent pour couvrir les orifices pendant les différentes phases de la fusion. L'espace compris entre les plaques de graphite et le bord de la caisse est rempli de poudre de charbon de bois.

Au début de l'opération, on introduit dans le bassin du cuivre, qu'il est convenable d'employer en fragments; le faisceau de charbon étant ensuite amené au contact du cuivre, Le courant passe par ce dernier et le fond. Dès que le bain de cuivre liquide servant de pôle négatif est obtenu, on introduit aussi de l'alumine dans le bassin, et Ton remonte un peu le faisceau. Le courant passe maintenant à travers l'alumine qui fond et se décompose. L'oxygène se rend au charbon et le brûle, de sorte que de l'oxyde de carbone se dégage du bassin. L'aluminium se sépare de sa combinaison oxygénée et se réunit au cuivre ; du bronze d'aluminium est ainsi formé directement.

On continue maintenant à alimenter le bassin h mesure que progresse la séparation électroly tique de l'aluminium, en ajoutant continuellement ou de temps en temps du cuivre et de l'alumine.

Le faisceau de charbon doit, comme on l'a dit précédemment, être relevé ou abaissé selon la résistance. Ce réglage peut, du reste, avoir lieu automatiquement, la chaîne à laquelle est suspendu le faisceau étant, par exemple, mise en communication avec un moteur électro-dynamique réversible (réglé par un ampèremètre), qui agit comme régulateur électrique. Pour évacuer le bronze d'aluminium liquide rassemblé au fond du bassin, on amène au-dessous du trou de coulée la lingotière garnie intérieurement de charbon, et on retire la baguette de charbon qui ferme le trou de coulée pour ne la remettre en place que lorsque la lingotière est pleine. On continue ensuite l'opération en abaissant encore le faisceau de charbon et ajoutant dans le bassin de nouvelles charges d'alumine et de cuivre.

Les principaux types d'alliages cuivre-aluminium utilisés dans l'industrie sont :

1° Comme alliages riches en cuivre :

Cu 95 à 96

Al 5 à 4

Cu 92 à 93

Al 8 à 7

Au-dessous de 4 0/0 d'aluminium, on a un métal qui s'altère presque aussi rapidement que le cuivre; au-dessus de 8 0/0 d aluminium, on rencontre déjà des difficultés pour l'obtenir sain.

Ces alliages peuvent aisément se laminer, s'étirer, etc.; — ils se prêtent donc bien à la fabrication des barres, profilés, planches, etc.

Pour les pièces fondues on atteint quelquefois :

Cu 90

Al 10

mais la préparation d'un tel alliage est toujours délicate ; il y a toujours à craindre des soufflures.

2° Les alliages cuivre-aluminium riches en aluminium sont généralement du type suivant :

Cu 3 à 6

Al 97 à 94

Quelquefois cependant on rencontre le type

Voici, d'ailleurs, l'analyse de quelques-uns des échantillons que nous avons examinés et qui sont utilisés dans l'industrie de l'automobile :

Al

Cu

Si

Fe

Propriétés. — Les propriétés des alliages cuivre-aluminium furent étudiées pour la première fois par Debray, qui fit de nombreux essais sur l'alliage à 10 0/0 de cuivre.

Cet alliage possède une couleur or légèrement vert. Il offre une grande dureté ; il est malléable à froid, mais beaucoup plus à chaud.

Quant au dégagement de chaleur qui se produit au moment où Ton ajoute l'aluminium dans le bain de cuivre fondu, fait sur lequel on s'est basé parfois pour affirmer l'existence d'une combinaison cuivre-aluminium, il peut et doit môme être attribué, du moins en partie, à la réduction de l'oxydule de cuivre dissous dans le bain et qui est réduit par l'aluminium avec grand dégagement de chaleur.

Les alliages cuivre-aluminium conservent la couleur or jusqu'à la teneur de 14 0/0 d'aluminium. Pour des teneurs supérieures en ce métal, ils sont blanc gris ou blanc d'argent. Le changement de couleur correspond nettement au moment où le constituant (3 disparaît.

Jusqu'à: 10 0/0 d'aluminium, ces alliages sont malléables et très peu fragiles. Mais à 11 0/0 ils deviennent fragiles; ils sont d'ailleurs difficiles à obtenir sains, et cela d'autant plus que la teneur en aluminium augmente.

À 20 0/0 d'aluminium, on peut pulvériser l'alliage au mortier. Pour une teneur en aluminium de 14 0/0, l'alliage est toujours très fragile et, en môme temps, très dur.

La malléabilité ne renaît que lorsque la teneur en alumi-

nium dépasse 66 0/0, au moment où apparaît le constituant H. Voici, tout d'abord, les résultats obtenus, par la Cowles Company, sur les alliages riches en cuivre, plus connus sous le nom de bronzes d'aluminium.

TENEUR EN Al 0/0

Ces chiffres ne sont pas d'une grande netteté : on ne sait pas, en effet, dans quel état se trouvent les éprouvettes prélevées, et Ton ne comprend pas les différences énormes qui existent quelquefois pour une même composition, à moins que Ton n'ait considéré un môme alliage sous différents états d'écrouissage. Ceci expliquerait la variation considérable (de 44 à 71) trouvée pour l'alliage à 10 0/0.

D'autres essais nombreux permettent d'attribuer à l'alliage

Cu 90 0/0

laminé les propriétés suivantes :

R 50 à 60 kilogrammes

Les variations notées semblent être dues à la plus ou moins grande vitesse de refroidissement.

M. Bâclé, dans son Rapport à la Commission des Méthodes d'essais, s'exprime de la façon suivante sur les propriétés des bronzes d'aluminium t :