DILATATION A 63 X
Pour les alliages riches en antimoine les dilatations sont incertaines, parce que les cristaux d'antimoine ont une dilatation très différente suivant leur axe ou perpendiculairement] or, quand les cristaux atteignent un certain développement, ils prennent une .orientation dominante pendant la solidification dans le moule.
La courbe donnant ces résultats est reproduite dans le diagramme général (fig. 181).
Résistance électrique. — M. Kamensky (Phifosophical Magazine, t. XVII, p. 270; 1884) a trouvé un maximum de résistance électrique qui correspond bien à la formule SbCu3.
Force électromotrice de dissolution. — M. Baykoff a trouvé une anomalie correspondant à SbCu2. Il a fait ces déterminations en se servant d'électrodes d'antimoine et de l'alliage
et d'une solution SbCl3 + HC1.
Dureté. — M. Baykoff a déterminé la dureté de ces alliages au moyen d'une pointe de diamant supportant un poids déterminé. On mesurait au micromètre l'épaisseur de la ligne creusée. On trouve des points singuliers correspondant aux deux combinaisons SbCu et SbCu3 (fig. 181).
Les alliages d'antimoine et de cuivre n'ont que bien peu d'utilité industrielle. La fausse bijouterie utilise cependant un alliage à 3 0/0 d'antimoine qui possède une couleur or superbe.
Recherches théoriques* — Courbe de fusibilité. — La courbe de fusibilité des alliages cuivre-plomb a été déterminée par M. Roland Gosselin et est reproduite figure 182.
Elle se compose de noo trois branches ; celle LJ Ou
du milieu présente un maximum. Les deux eutectiques qui fondent à 324° et 930° correspondent à 0,14 0/0 et à 50 0/0 de cuivre1.
Métallographie (PL LXXI,Phot.283et284).
— La métallographie microscopiquene donne pas les résultats qu'indique la courbe de fusibilité. Dans l'étude que nous avons faite de ces alliages, nous n'avons trouvé ni combinaison ni solution solide à 50 0/0 Cu. Ajoutons que la température de coulée a une influence considérable sur l'homogénéité du métal. Si Ton coule à très haute température dans une lingotière métallique, on obtient une masse homogène. Si, au contraire, on coule à assez basse température, le plomb se sépare complètement du cuivre.
Ces observations, qui nous ont été communiquées par M. le professeur H. Le Chatelier, ont été notées à maintes reprises dans les expériences que nous avons faites.
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O 10 20 30 UO 50 60 20 80 30 100 Fio. 182. — Courbes de fusibilité des alliages de cuivre : plomb-cuivre. — Bismuth-cuivre.
i. Voir à Y Appendice les observations de Roberts-Austen.
Nous donnons deux micrographies, Tune d'un alliage refroidi rapidement, l'autre d'un alliage refroidi lentement (PI. LXXI, Phot. 283 et 284).
Étude industrielle. — L'industrie n'utilise pas, à l'heure actuelle, d'alliage cuivre-plomb.
Il est bon cependant de rappeler que l'on a employé un alliage comprenant:
Pb 80
Cu 20
pour couler de grands caractères d'imprimerie.
Actuellement on lance en Amérique un alliage qui a pour composition :
Cu 50
Pb 49
Ni i
Il est utilisé pour les coussinets, notamment dans les constructions électriques.
Il se passerait ici un phénomène analogue à celui signalé pour les bronzes au plomb.
Étude théorique. — Courbe de fusibilité. — La courbe de fusibilité des alliages cuivre-bismuth est représentée dans la figure 182. Elle a été déterminée par M. Roland Gosselin et présente trois branches; celle du centre indique une combinaison, mais la forme de la courbe ne la précise pas suffisamment.
Il existe deux eutectiques fondant à 243° et 885° et correspondant à 2,8 0/0 et 29 0/0 de cuivre.
Métallographie (PI. LXXIV, Phot. 294 et 295). — Les recherches micrographiques que nous avons faites sur ces alliages ont été suffisamment détaillées pour nous permettre de croire que les conclusions auxquelles est arrivé M. Roland
Gosselin par la courbe de fusibilité ne sont pas justes. En effet, il ne paraît pas exister de combinaisons, mais une ou plusieurs solutions solides. Tous les alliages de cuivre et de bismuth refroidis lentement donnent des cristallites de cuivre englobées dans une masse très riche en bismuth.
Il est à remarquer que, dès qu'on ajoute un peu de bismuth à du cuivre, la zone blanche est bien plus importante que ne le fait prévoir la quantité de bismuth incorporé. 11 semble donc que la partie blanche soit une solution bismuth-cuivre.
L'examen des alliages refroidis lentement ne montrent donc pas d'eutectique. Ceci nous a paru en désaccord avec la courbe de fusibilité. Nous avons alors étudié s'il n'y avait pas de transformation pendant le refroidissement au-dessous du point de fusion. Nous n'en avons pas trouvé.
Étude théorique. — Étude chimique. — Il n'a encore été fait aucune recherche systématique sur les alliages de cuivre et de phosphore. Rose a bien signalé [Dictionnaire de Wurtz, p. 1015) l'existence de trois combinaisons; ce sont:
1° Phosphure tricuivreux CufiP2. — Qu'il a préparé en faisant passer de l'hydrogène phosphore sur le chlorure cuivreux chauffé. On a la réaction:
3Cu2Cla + 2PH3 = 6HCI + Cu6P2.
On peut l'obtenir aussi en traitant le phosphure tricuivrique par l'hydrogène à une très haute température :
2Cu3P* + 6H = PH3 + Cu6P*.
C'est une poudre noire ou gris clair, d'éclat métallique, si elle a été fortement chauffée. Elle donne du phosphore au chalumeau. Elle est insoluble dans l'acide chlorbydrique, soluble
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dans l'acide nitrique ou l'eau régale en donnant du phosphate cuivrique.
2° Phosphure tricuivrique Cu3P2. — On l'obtient en faisant passer l'hydrogène phosphore sur le chlorure de cuivre chauffé ou bien à travers une solution cuivrique :
3CuCI* + 2PH3 = 6HGI + CuH»
Le premier procédé donne une poudre noire; le second, des
flocons 'noirs qui prennent, quand on les sèche, une cou-
itoo\ leur rouge brun. Ils ne fondent
pas au point de ramollissement du verre, mais ils sont plus fusibles que le cuivre (Landgrebe, Schweigger's
sooi \ i Journ., 411, 464).
Ces deux variétés se dissolvent aisément dans l'acide nitrique avec production d'acide phosphorique. La seconde est facilement attaquée à chaud par l'acide sulfurique concentré, en dégageant de
€oo\ ^ l'acide sulfureux, et par l'acide
chlorhydrique, avec dégagement d'hydrogène phosphore spontanément inflammable.
Fie. 183. — Courbe de fusibilité Cette même variété se trans-
des alliages cuivre-phosphore. f()rme à y^ humide en
phosphate cuprique. La première donne une flamme phosphorée au chalumeau, la seconde n'en donne pas.
3° Phosphure dicuivrique Cu2P2. — On l'obtient en faisant passer le gaz hydrogène sur le phosphate de cuivre porté à une haute température.
C'est une poudre grise cristalline. Un mélange de ce corps
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avec le chlorate de potasse et le sulfure cuivreux a été employé pour mettre le feu à la poudre par la décharge électrique (Abel, Chem. Soc. Journ., t. XIV, p. 183).
L'étude de la constitution des alliages cuivre-phosphore n'est pas achevée.
Nous donnerons cependant les quelques résultats que nous avons obtenus.
Courbe de fusibilité. — Nous avons déterminé la courbe de fusibilité des alliages cuivre-phosphore jusqu'à 15 0/0 de phosphore (fiff. 183).
Nous avons utilisé le phosphure du commerce à 15 0/0, et nous l'avons dissous dans des quantités de plus en plus importantes de cuivre.
Voici les résultats que nous avons obtenus :
TENEUR EN Cu 0/0
POINT DE FUSION
DE L'ALLIAGE
Métallographie (Album, PI. LXX111, Phot. 289 à 292, et PI. LXXIV, Phot. 293). — On voit qu'un minimum correspond à l'alliage contenant environ 10 0/0 de phosphore. Les alliages renfermant moins de 10 0/0 de phosphore montrent des cristallites de cuivre entourés d'eutectique. A 10 0/0, on a un eutectique très net (Phot. 290). L'une des micrographies que nous donnons reproduit un morceau de cuivre phosphoreux non homogène ; on y note des cristallites de cuivre énormes qui vont en diminuant et sont alors entourées d'eutectique (Phot. 289).
Au-delà de 10 0/0 de phosphore, on voit apparaître de très beaux cristaux, qui sont d'autant plus importants que l'on serapu. 49
proche plus de la teneur de 14 0/0 ; ces cristaux sont entourés d'eutectique (Phot. 291 et 292).
A 14,5 0/0, on obtient une masse homogène, qui renferme généralement quelques soufflures. L'une des micrographies (PI. LXXIV, Phot. 293) représente cette combinaison, qui correspond à la formule P2Cu6 (Cu = 84,91 = 14,09) ; on y note quelques taches noires provenant des soufflures.
L'attaque de ces alliages a été faite à l'acide azotique.
Étude industrielle. — Fabrication. — Les alliages de cuivre et de phosphore ont acquis une grande importance industrielle, depuis la fabrication des bronzes phosphoreux.
Nous avons vu, en effet, que le phosphore est introduit dans l'alliage sous forme de phosphure de cuivre ou, plus rarement, de phosphure d'étain.
Pour préparer ces alliages, on emploie lune des méthodes suivantes :
1° Addition directe du phosphore rouge dans le cuivre fondu; cette méthode ne peut s'employer qu'avec les plus grandes précautions, en ayant soin d'envelopper le phosphore et de le plonger dans le métal fondu ou en employant des appareils spéciaux;
2° Réduction du phosphate de cuivre par le charbon de bois, en présence d'un fondant, ou de l'acide phosphorique par le charbon en présence de cuivre. Cette méthode est celle de Fontenay ;
3° Réduction du phosphate de chaux par le charbon en présence de cuivre et de fondants ;
4° Absorption de vapeurs de phosphore par le cuivre. Cette méthode qui, avec la première, est la seule utilisée dans l'industrie, a été indiquée par M. Guillemin. Les lingots de cuivre sont disposés dans des allonges de cornues chauffées au rouge
Fig. 184. — Creuset pour la fabrication du phos phure de cuivre.
sombre; on y fait passer, per ascensum, des vapeurs de phosphore qui sont absorbées par le cuivre, et il y a formation du composé cristallin P2Cu6; on a ainsi la saturation du cuivre par le phosphore à la température de 600 à 800°.
Les méthodes les plus usitées sont les 1° et 4° ; pour mettre à exécution la première, on emploie souvent l'appareil suivant décrit par Hiorns :
Dans un creuset en fonte A, on met la quantité convenable de phosphore ; un creuset B est relié au creuset A au moyen de deux serre-joints D,D. Le métal fondu est versé en B et coulé sur le phosphore à travers l'ouverture C. Le phosphore vaporisé ne peut s'échapper qu'à travers le métal fondu; il est alors complètement absorbé (fig. 184).
Propriétés. — Dès que le cuivre contient plus de 0,100 0/0 de phosphore, il devient très cassant. Quand on augmente la dose de phosphore, la masse, d'abord rouge, devient d'un gris d'acier.
Les alliages employés ordinairement dans l'industrie contiennent généralement de 9 à 15 0/0 de phosphore.
Ils sont d'un gris d'acier, brisants, à grains cristallins.
On préfère généralement l'alliage à 10 0/0 de phosphore à celui à 15 0/0. En effet le second se brise trop aisément et donne dans la manipulation des déchets importants. Ceci s'explique par la constitution : le premier seul renferme de Teutectique.
Utilisations. — Le phosphure de cuivre est utilisé comme matière première dans la fabrication des bronzes phosphoreux, c'est là sa principale application. On utilise parfois du cuivre très légèrement phosporeux dans le décolletage et ia fabrication du fil; il est plus facile à travailler que le cuivre très pur.
Etude théorique(Album, PI. LXXIV, Phot. 296,etPl. LXXV, Phot. 297 à 300). — M. Vigouroux a donné, dans sa thèse
de doctorat, sur le silicium et les siliciures métalliques, des détails intéressants sur les alliages de cuivre et de silicium. Un certain nombre d'essais lui ont permis d'obtenir le composé SiCu2, qui est un corps très dur, très cassant, à éclat métallique, dont la densité est de 6,9 à la température de 18°.
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O 5 10 15 20 25 30 35 Teneurs enSC
Fia. 185. — Courbes de fusibilité des alliages cuivre-silicium.
Nous avons déterminé la courbe de fusibilité des alliages de cuivre-silicium contenant moins de 35 0/0 Si.
Ces résultats sont résumés dans la courbe (fig. 185), qui montre un minimum aux environs de 12 0/0.
La micrographie 296 montre nettement l'existence d'une solution solide cuivre et silicium pour les alliages jusqu'à 7 0/0 Si. Vers 20 0/0, on distingue une combinaison qui apparaît en cristaux très durs légèrement bleutés, et qui augmentent avec la teneur en silicium (Phot. 298, 299, 300). Parfois dans les alliages qui renferment aux environs de 7 à 10 0/0 de silicium on distingue deux solutions qu'on ne peut pas faire disparaître par trempe (Phot. 296).
Étude industrielle. — Le siliciure de cuivre fut préparé
pour la première fois en 1857, par Deville et Caron, qui fondaient du cuivre avec des fluosilicates alcalins.
Actuellement on prépare le siliciure de cuivre au four électrique, comme le ferrosilicium, en réduisant la silice par le charbon en présence de cuivre.
M. Vigouroux a préparé ces alliages en chauffant au four électrique des mélanges de silicium et de cuivre purs.
Les types les plus employés renferment :
10, 15, 20 et 35 0/0 Si
Une usine du Tyrol prépare même un alliage à 50 0/0 de silicium.
Les alliages de cuivre et de silicium sont d'autant plus durs et cassants qu'ils renferment plus de silicium.
Le siliciure de cuivre est la matière première employée dans un certain nombre de fabrications, à savoir:
1° Dans la fabrication d'alliages cuivre-silicium à faible teneur en silicium ;
2° Dans le raffinage d'un certain nombre d'alliages où le silicium joue, comme nous l'avons déjà expliqué, le rôle de réducteur, notamment des bronzes, des laitons, etc..
Les alliages de cuivre-silicium à faible teneur en silicium présentent un grand intérêt pour la fabrication des fils téléphoniques, pour les canalisations électriques, etc..
Le silicium accroît la résistance sans diminuer sensiblement la conductibilité.
On utilise les alliages cuivre-silicium dans les plaques de foyers de locomotives, dans la fabrication des rivets, des câbles, etc.
Les alliages les plus employés sont les suivants :
Cu 99,98
Si 0,02
Cu 99,95
Si 0,05
Cu.
Si.
Au fur et à mesure que la dose de silicium croît, la conductibilité diminue, mais la résistance augmente. Voici, d'ailleurs, les résultats annoncés pour des tils par divers fabricants, mais l'état d'écrouissage n'est pas indiqué.
COMPOSITION
