MÉTHODE DU PROFESSEUR HAMPE
tellement fragiles, qu'il est nécessaire de les refondre avant de s'en servir. 11 est probable que toutes les additions faites dans les bains de cuivre en fusion, pour les purifier, ont pour résultat de leur enlever, sous forme de scorie, Toxygène que le métal fondu absorbe au moment de sa solidification. Chaque fabricant de cuivre a des tours de main secrets, pour faire ces additions, mais toutes paraissent avoir pour base des composés facilement oœydables.
II. Méthode du professeur Hampe pour la détermination complète de la oonstitution chimique des ouivres.
Les métaux étrangers ne se trouvent pas dans le cuivre à l'état de simple alliage, mais le plus souvent sous forme d'oxydes. Le professeur Hampe, de Clausthaï, a le premier indiqué une méthode qui permet de reconnaître sous quelle forme se trouvent les métaux étrangers dans le cuivre.
Cette méthode est basée sur la propriété qu'a l'azotate d'argent de dissoudre le cuivre sans attaquer ses combinaisons avec la plupart des métaux et des métalloïdes, tandis que l'acide azotique dissout tous les sels de cuivre, sauf les antimoniates. L'analyse complète d'un échantillon de cuivre comprend deux séries d'expériences comprenant l'analyse quantitative des résultats qu'on obtient :
ANALYSE PAR UACIDB AZOTIQUB 85
1^ En traitant le culyre par l'acide azotique ;
2'' En traitant le cuivre par Tazotate d'argent.
U faut, en outre, connaître la quantité d'oxygène contenue dans le cuivre et savoir la quantité totale et la proportion combinée au cuivre à l'état de protoxyde.
Nous nous contenterons d'indiquer les principes à suivre pour faire ces longues et laborieuses analyses 6& renvoyant, pour la description des détails opératoires, au travail original du professeur Hampe ^
!• Analyse par Vacide azotique. — On traite environ 300 grammes du cuivre à essayer par de l'acide azotique étendu. Lorsque tout le cuivre a disparu, on recueille le résidu et on le fait bouillir plusieurs foi^ avec de l'acide azotique concentré pour dissoudre les dernières traces de cuivre, on le traite ensuite par l'eau de chlore, pour lui enlever les traces d'or qui pourraient s'y trouver, puis par l'ammoniaque, pour le débarrasser du chlorure d'argent.
Le résidu ainsi traité est composé d'un peu de silice, et, lorsque le cuivre analysé renferme de l'antimoine, d'antimoniate de cuivre, de plomb, de bismuth, de fer, de cobalt et de nickel ; il peut contenir également de l'hydrate d'acide antimonique, provenant de l'action de l'acide azotique sur Tantimoine métallique allié au cuivre ; on enlève l'acide antimonique en faisant digérer le résidu avec de l'acide chlorhydrique additionné
* Hampe, ZeiUchrift fur analytischê Chemie^ XIII, 188.
86 PROPRIÉTÉS DBS ALLIAGES DU GUIVRB
d'acide tartrique, et en prolongeant l'action jusqu'à ce que l'acide suif hydrique ne donne plus trace d'antimoine.
Les antimoniates trouvés dans le résidu sont bien réellement contenus dans le cuivre et ne résultent pas de l'action azotique, car si, avant de faire la dissolution du cuivre, on le fond dans un courant d'hydrogène, l'action de l'acide azotique ne donne pas de résidu. Quant à la silice, elle provient de l'action de l'acide sur les parois des vases où se font les réactions.
L'analyse complète du résidu se fait par les méthodes ordinaires de la chimie et permet de déterminer la proportion d'antimoniates contenus dans le cuivre.
2® Analyse par V azotate d'argent. — On traite 8 à 10 grammes de cuivre par une dissolution étendue d'azotate d'argent tout à fait pur et neutre; lorsque la dissolution du cuivre est complète, on recueille le résidu, dont on fait l'analyse par les méthodes ordinaires de la chimie. Le résidu contient généralement de l'arsenic, de l'antimoine, du plomb, du bismuth, du cuivre, et du fer sous forme de composés oxydés. La solution d'azotate d'argent, séparée par flltration du résidu, renferme, outre l'azotate de cuivre, le nickel, le cobalt et l'arsenic contenus dans le cuivre. Cette double série d'expériences, jointe à une analyse complète, permet de déterminer la vraie constitution d'un cuivre.
L'attaque par l'acide azotique donne la proportion d'antimoniates de bismuth, de plomb, de fer et de cuivre, etc., contenus dans le cuivre ; Tattaque par l'azotate
ANALTSB PAR L*AZOTATB D*AROENT
d'argent, la proportion d'antimoine et d'arsenic métallique, ainsi que la quantité des arséniates des différents métaux. Nous donnons comme exemple la composition du cuivre raffiné d'Oker, d'après Hampe :
OO1IP081TI0M DU GUITRS RAFFINE D*OKSa
Compoaiton en corps timplet
pour 100
Cuivre . . . 99,325 J
Argent . .
Or . . .
Arsenic •
Antimoine .
Bismuth. .
Plomb • .
Fer . . .
Cobalt . .
Nickel • •
SOMMS .
Forma et proportion! dot éJémenti
Métol 99.177
Oxyde cuivreux • . • • 0,1476
Métal.
Métal.
Métal 0,046
Acide, AbO» 0,044
combinée BiO», PbO, Fe«0», Ca«0, etc.
Métal 0,331
Acide 0,0619
SbO^^ combiné aux mêmes oxydet que
Tarsenic.
Oxyde combiné à AsO» et à SbO&.
Métal 0,Oii
Oxyde 0,0007
Métal 0,0631
Oxyde 0,0009
Acide sulfureux.
Cette analyse montre quelle diversité d'éléments entrent dans la composition des cuivres du commerce. L*or, l'argent, et partiellement le nickel, le cobalt, Tanti-
90 STRUCTURE MOLÂCULAIRB DBS CUIVRES
différents métaux, composant l'alliage et dissémines dans sa masse.
L'arsenic et Tantimoine qui, sous forme d'arséniates et d'antimoniates, entrent pour la majeure partie dans la composition des parois des cellules, sont particulièrement nuisibles pour les qualités recherchées dans le cuivre ; ils doivent être éliminés avec soin. Deux millièmes d'antimoine suffisent pour empêcher retirage en fils très fins et augmenter beaucoup la résistance électrique.
Cette influence singulière des éléments étrangers sur le cuivre est encore peu étudiée ; les mêmes phénomènes se reproduisent à peu près avec tous les métaux. La réunion de deux corps modifie profondément leurs conductibilités individuelles ; la conductibilité d'un alliage est généralement inférieure à celle du corps le plus mauvais conducteur. L'alliage d'or et d'argent présente ce phénomène avec une intensité remarquable.
Lorsqu'on allie de faibles proportions d'or à de l'argen fin, la conductibilité électrique de l'alliage diminue immédiatement ; 2 pour 100 d'or suffisent pour la réduire de 100 à 61 ; elle décroit ensuite pour arriver à uii minimum de 16,12 pour 200, correspondant à un alliage en parties égales des deux métaux, et remonte & li pour l'or pur,
Ewpériences de M. Guillemin pour déterminai la structure moléculaire des cuivres. — M. GuilJ lemin, le savant ingénieur auquel est due l'inventioi du métal Roma, vient de faire de nombreuses re^
BXPÂRIENGES DE M. QUILLBMIN 91
cherches pour déter miner la structure intime des divers alliages industriels fondus ; il a bien touIu nous coininuniquerles résultats de ses travaux que nous allons décrire sommairement :
Le but poursuivi par M. Guillemin est d'étudier dans les métaux, la nature, la forme, les dimensions, les proportions, la distribution locale et la répartition jfénérale des éléments constituants, et de rechercher :omment le métal change de structure sous Tinâuence le la température, du temps et de la pression, enfin le définir les propriétés mécaniques, qui correspondent i une structure déterminée.
M. Guillemin a constaté qu'en attaquant la surface K)lie d'un alliage par un réactif approprié, et en l'exaoinant au microscope, on obtient des images qui valent suivant la nature de l'alliage, mais qui sont toujours DYariablement les mêmes pour un alliage déterminé, i examen micrographique des surfaces polies et dérobées permet de classer immédiatement les alliages isuels en un petit nombre de catégories ; pour en faciliter étude, il suffit de fixer les images par la photographie.
La méthode opératoire adoptée par M. Guillemin est I suivante :
On commence par polir Téchantillon & soumettre à analyse micrographique. Ce polissage s'exécute en égrossissant la surface à la lime, puis en se servant de apiers d'émeri de plus en plus fins et en terminant avec u rouge d'Angleterre. Le polissage terminé, on fait
92 STRUCTURE MOLÂCULAIRB DBS CUIVRRS '
apparaître la structure en attaquant la surface par une immersion dans un bain d*acide sulfurique au dixième, traversé par le courant d'une pile de Daniell. On se sert à cet effet de deux petits paniers en toile de platine superposés à 20 millimètres de distance l'un de Tautre; dans le panier inférieur qui correspond au pôle positif^ on dispose l'échantillon à attaquer, la surface polie ei dessus, tourné du côté du deuxième panier qui est lui même relié au pôle négatif de la pile. La durée d Taltaque est d' 1 à 2 minutes pour les laitons et d '3 à 4 minutes pour les bronzes. De temps en temps, o interrompt le courant et on regarde si l'attaque est suf âsante. Lorsque le dérochage est au point voulu, oc lave réchantillon à l'eau chaude, puis à l'alcool et oi le fait sécher à une douce chaleur. Une fois sec, on l frotte avec précaution sur une peau de chamois, enduiti de rouge d'Angleterre, pour enlever l'acide stannique l'oxyde d'antimoine, l'oxyde de manganèse, qui masquent les dessins produits par l'acide, puis on le port au microscope.
L'appareil dont on se sert est un microscope Nache avec platine munie de deux mouvements de translatio perpendiculaires et d'un mouvement de rotation. C deux mouvements sont nécessaires pour explorer tout la surface de l'échantillon et choisir le point le plu intéressant dont l'image sera axée par la photographie Le microscope est surmonté d'une chambre noire poa la microphotographie.
BXPiRIENCES DE M« GUILLBMIN 93
Au moyen de cire à modeler, réchantillon est collé sur uae lamelle de verre et assujetti par des valets sur la platine du microscope. On éclaire et on met au point, en examinant, au moyen d'une loupe, l'image qui se forme sur le verre dépoli de la chambre noire.
Les alliages à base de cuivre possédant une couleur qui varie du jaune au rouge, quelquefois verdâtre, il est indispensable de faire usage de plaques orthochromatiques sensibles à l'une et à l'autre de ces couleurs.
La seule difficulté consiste dans l'éclairage de la surkce à examiner ; il est nécessaire de disposer d'une source lumineuse très intense et absolument constante.
M. Guillemin se sert d'une lanterne spéciale construite sur ses indications par la maison Nachet ; elle le compose essentiellement d'une petite lampe à incandescence de 4 bougies (12 volts et 1 ampère) disposée BU Toyer d'une première lentille intérieure, qui fait l'office de condensateur.
Les rayons parallèles sortant de cette première lentille tombent sur une seconde lentille antérieure biconvexe pi fournit à son foyer une ligne d'une grande intensité lumineuse.
Cet appareil est monté sur un pied à crémaillère qui ^rmet de le déplacer à volonté suivant un axe vertical ; le plus, il est articulé dans tous les sens et on peut ainsi ionner au faisceau lumineux l'inclinaison convenable. Pour faire de l'éclairage oblique, on incline l'appareil ^ 45 degrés environ sur l'horizon et on le rapproche du
04 STRUCTURE MOLéoUf^IRE DES CUIVRES
microscope, de façoa que l'objet à examiner soU au foyer de la lentille convergente extérieure.
Pour faire de l'éclairage vertical, on se sert d'un prisme il réflexion totale enchâssé dans l'objectif et
Fia. £8. — CuiTra p*rfUt«m«it olflné.
disposé le plus prés possible de l'objet à éclairer, soit au-dessous, soit au-dessus de la première lentille dans l'objectif.
Dans ces conditions les temps de pose varient, aaivant les grossissements, de 5 secondes pour un grossiasement de 35 diamètre! à 5 minutes pour un groBsiasemeat de
EXPËRIBNCKS DB U. OUILLRMIN
ËO diamètres, et 10 minutes pour un grossissemeat de 0 diamètres.
Les photographies, ou photogrammes, obtenues par îs procédés de M, Guillemin, permetteat de détermi-
Fio. X9, — CiiÎTre ûq^krlkitaiiieot affina.
'sommairement et rapidement la nature d'un bronze à'au alliage industriel, par la simple inspection d'une ■face polie et dérochée, de reconnaître s'il a été coulé me température convenable, et, par comparaison, s'il Bède les qualités d'homogénéité, d'étanchéité, de ûtaDce et d'allongement Touluea.
tie BTKUCTURE MOLÈCULAIHU DIS» CUIVRES
Parmi les lingots de cuivre rouge provenant d'une même fusion déminerai, on reconnaît ceux dont l'affinage est parfait, et on peut classer les autres suivant k degré plus ou moins avancé d'aftlnage qu'ils ont subi;
Fia. SU. — CuiTre phoipboreux (6 pour tOO I*h),
on peut même, avec un peu d'habitude, déterminer nature des impuretés qu'ils contiennent.
Comme exemples, les figures 28 et 20 (p. 1)4-11 représentent l'une, l'image d'un lingot de cuivre rouj parfaitement afflué, l'autre, l'image d'un lingot in parfaitement affiné. Ou reconnaît dans la première ul
SXPÉ3UBNCB8 DB M. âUILLBUIN 97
agglomération régulière de grains de cuivre soudés les uns aux autres; dans la seconde au contraire, un métal rempli de piqûres dues à la présence d'élémenU étrangers. La âgure 31représente un bronze ordinaire pré -
Fia. 31. — Bronia ordinaire. Titre 89Cu + gZa +SSii + Pb.
Réûstanee à U rupture £S kilogrammes par millimétré carré.
Allongement 84 poar 100.
^ré avec des métaux neufs très purs; son photogramnae £st aoalogue à celui du cuivre pur.
Lorsqu'on ajoute au cuivre ou aux bronzes de faibles quantités d'ua réducteur, tel que le phosphore, l'alu-
WuM, i> CniTn. 6
99 STIIUCTURE MOLÉCULAIRE DBB CUIVRIfS
minium ou le silicium, l'examen micrographique permet de déterminer à coup sûr le réducteur employé.
Le plioflphore produit un quadrillage absolumeot caractéristique et souvent même une sorte de feuille de
'. — Bronro [ilioiiijliwiiiu jn . .
Tilrn S3.r.<;ii -f )fl 8ti -1- 0,51 l'I]. ij rii|iiiii'ii Si kilu){rDirinini> pur niilliiuHru narré. AlloiigiimiiDlS pour lOO.
fougêro OU il« IjraucJjt; ilo siipin qu'on nu peut confon-' dru avùc unt! autni figura. Lus iîguroH .')(> nt .'12 repré- 1 B«nt(iitt les* ]tliotogramnii's d'uii cuivre pliosphoreui )l 8 pour 100 lie pliospliurc, ni li'un l>ron?.e pour cous-i
EXPERIENCES DE M. QDILLBMtN 99
sinets de voitures et de wagons ayant pour titre 83,4Cu + 16Za -1-0,51 Ph.
Les images s'observent pins nettement à la périphérie qu'au centre des pièces coulées. La solidification com-
Fia. 33. — Laiton d slum Dium T tre 6SCa + 32Za + iAl.
BéEigtanca à la rupture 40 k logranuuea par m 11 mè re carrd.
Allougement 35 pour 100
menceea effet par la périphérie et la zone centrale, qui, restant plus longtemps liquide, sert en quelque sorte de masselotte au centre. La présence, dans les bronzes phosphoreux, d'une proportion de zinc supérieure à 4 pour 100, rend moins nette et moins lisible la réaction
smucmiiE MolilCDLÀmB des GIHVHRS
micrographique du phosphore, mais il suffit de refondre la prise d'essai pour vaporiser une partie du zinc et faire réapparaître le quadrillage caractéristique du phosphore.
Pio. 31. — BronM nungaoAM tendra, iM A la rupture 3Û kilogrtroniH par mlllimAIre carri. Allongsmtnt 30 pour 100.
J.<J^^4qae les cuivras ou les bronzes renferment d«
raliiiiiinium, la lurf^ce du métal, après l'actiOD de -
l'aciili- M couverte de sillons affectant constammeot la .
forint; do veines de marbre ou de conglomérats, mâma ,
k ^oraqutt la proportion d'aluminium est tellement miaimoT,
EXPÈRIBNCSS DE U. QUILLEUIN 101
que sa présence serait difflcilement décelée par les procédés de la chimie analytique. La figure 33 représente le photogramme d'un laiton d'aluminium ayant pour titre 66Cu + 32Zq + 2A1, laminé k chaud et recuit.
Tia. S&, — Bronze au nunguiAse minJur (brome Romt) lamind i chaud .
Eéaiatanea i la^rupture 45 le grajnmea par miltimètre cairé.
AlloDgement 30 pour 100.
Les bronzes au manganèse donnent également des {hologrammes très caractéristiques, comme le montreûtles trois figures 34, 36 et 37, qui représentent les photogrammes d'un bronze au manganèse tendre fondu au réverbère et coulé en sable à basse température,
104 BTRUCrCRE MOLiCULAIHE D&B CUIVRES
ordinaire, laminé à froid et recuit ayant pour titre ttTCu 4- 33Zn.
La flgure 40 représente le pliotogramme d'un bronze b canons légèrement phosphoreux, étiré à froid en barres rondes et recuit.
Fia. 3B. — Métal aallfrlcUou plombeui k btie d*é(aln.
Pour un alliage déterminé, les photogrammes indiquent encore les circonstances qui ont accompagné la coulée ainsi que la nature du travail mécanique auquel l'alliage a pu être soumis. On peut reconnaître ai le bronze a été coulé trop chaud ou trop froi'l, s'il a été
EXPERIENCES DE M. OCILLEMIN 105
refroidi lentement ou brusquement. Lorsque le bronze a été coulé trop chaud, il roche au moment de la solidification ; on voit sortir des têtes de jets et des parties à jour des masselottes, des filaments vermiculaires
Fio. 39. — Laiton ordinûre. Titra 0ICu + 33Zd.
Béiiitance i la rupture 37 kilograminai par miUimilre curé.
AlloDsem«Dt fli pour 100.
liquides, qui s'amassent en forme de champignon. La composition de ces filaments est bien différente de celle de la pièce coulée. L'ètain et le phosphore s'y trouvent en proportion beaucoup plus considérable. Les
lOfl BTHUCTURK UOLÈCULAraE DBS CUIVRES
photogrammes montrent les canaux par lesquels les filaments se sont écoulas au dehors at qui constituetit les piqûres.
L'image indique également si le métal a été estampa
I l"K'''r"i"uiit i.lioipliumm, i;r»iiiMiHii |iar uillUiii«lr« aitrré.
in [)t,iir lOU.
OU Iamiri(^ h cliaml, M dans quel son» le laminage a éU effectué, Lo IntninaKO h fruid de» métaux Irès malléai blés poNHéilant uti .'ilInn^'fsmFint con»idéral)le, mais ni prenant jiqh rncil''riiorit l'^crouissement, produit l<|
EXPERIENCES DE M. GUILI^EMIN 107
nêmes caractères micrographiques que le laminage à 3haud. Au contraire, s*il s'agit d'alliages qui s'écrouissent facilement, le laminage, le martelage et l'étirage I froid produisent des arrangements moléculaires noureaux — une sorte de trempe — et les photogrammes )btenus sont absolument difierents de ceux qui correspondent au travail à chaud. La figure 35 (page 101) oaontre le photogramme d'un bronzeaumanganèse laminé k chaud.
Ce court résumé des travaux de M. Guillemin mon-^ tre bien toute leur importance pratique ; il apprendra aux consommateurs quelle structure ils doivent exiger d'un métal pour répondre à des besoins connus, lux producteurs quels procédés ils doivent employer pour robtenir*
DEUXIÈME PARTIB
MÉTALLUROIE DU CUIVRE
