PROPRIÉTÉS DES ALLIAGES DU CUIVRE
taux sont égales, pour revenir lorsque le zinc prédomine.
Tous les alliages, depuis celui de cuivre 99, zincl, jusqu'à celui de cuivre 60, zinc 40, ont un usage industriel; à faible dose, le zinc donne des composés tenaces, très malléables, et très ductiles, mais qui ont le défaut de ne pas être économiques, à cause de leur haute teneur en cuivre ; ils sont connus dans le commerce sous le nom de simili- or, métal du prince Robert, etc. Leur belle couleur d'or les désigne pour servir à la fabrication des objets imitant l'or. Les alliages à 25 pour 100 de zinc sont très employés dans la construction des machines ; les alliages à 40 pour 100 de zinc, appelés métal de Muntz, servent au doublage des navires, ils forment la limite entre les laitons qui peuvent se laminer à froid et ceux qui ne se laminent qu'à chaud. Les alliages plus riches en zinc ne peuvent guère être employés ; ils sont trop nerveux et trop cassants. Cependant les alliages cuivre 5, zinc 95, et cuivre 1 , zinc 99, dont les propriétés se rapprochent de celles du zinc, et qui sont plus durs que ce métal, ont quelques applications notamment pour la dorure.
Alliages Cuivre-Plomb. — Les alliages du cuivre et du plomb sont d'un usage assez rare ; ils ne se rencontrent guère que dans les bijoux en cuivre de certaines peuplades sauvages.
Alliages Cuivre-Fer. — Le cuivre et le fer n'ont aucune affinité l'un pour l'autre ; leur combinaison ne
ALUAOB» CDIVRE-ALLmaNIUM
s'accomplit qu'avec difâculté. Ces alliages n'ont aucune application industrielle, ils sont durs et cassants.
Alliages Cuivre-Nickel. — Les alliages de cuivre et de nickel sont très malléables ; ils sont employés, soit purs, soit alliés au zinc, à un grand nombre d'usages industriels.
Les monnaies de billon en Suisse, en Allemagne et aux Etats-Unis, renferment 25 pour 100 de nickel et 75 pour 100 de cuivre ; les alliages connus sous le nom de maillechort^ packfung et argentan^ renferment du cuivre, du nickel et du zinc. Us possèdent la blancheur et Téclat de l'argent.
Le tableau suivant résume la composition des prin* cipaux métaux blancs employés dans l'industrie :
Cuirra
ZiDo
Nickel
Fer
Packfung chinois . . .
Maillechort parisien . .
Iraces
Maillechort allemand . •
AlféniJe
Maillechort de Sheffield
pour Taiselle ....
Les alliages de cuivre et de nickel sont très employés par les différents services dépendant du Ministère de la guerre; on s'en sert principalement pour la fabrication des enveloppes des balles des fusils Lebel et pour la confection des étuis à cartouches.
Alliages Cuivre^ Aluminium. — L'aluminium s'allie au cuivre avec un vif dégagement de chaleur et
82 PROPRIÉTÂS DES ALUAQBS DU CUIVRE
de lumière; les alliages contenant des quantités d'aluminium inférieures à 12 pour 100 possèdent une dureté très supérieure à celle du bronze ordinaire et comparable à celle des meilleurs aciers; en même temps, ils sont très tenaces et se travaillent à chaud avec autant de facilité que les meilleurs fers doux^ Lorsque la proportion d*aluminium augmente, les alliages deviennent cassants comme du yerre ; en ajoutant du nickel, on peut amener la teneur en aluminium jusqu'à 20 pour 100 sans diminuer la ténacité du métal à chaud.
Alliages Cuivre-Phosphore, Cuivre-Manganèse et Cuivre-Silicium, — Le phosphore, le silicium et le manganèse s'allient au cuivre en donnant des composés un peu analogues aux bronzes d'aluminium; ils agissent comme principes réducteurs et font disparaître les .oxydes métalliques, qui se produisent pendant la fusion des alliages; en même temps ils donnent plus de fluidité aux bronzes.
Les combinaisons du cuivre avec le phosphore, le manganèse et le silicium, forment la base d'un certain nombre d'alliages industriels dont nous étudierons plus loin les propriétés remarquables.
Alliages Cuivre-- Arsenic, Cuivre -Antimoine. — Les alliages de cuivre et d'arsenic sont généralement connus sous le nom de cuivre blanc, ou de tombac; ils possèdent un ton gris éclatant, sont très cassants,
1 Voy. Lejeal, V Aluminium, Paris 1894, J.-B. Baillière et fils.
et fusibles vers 800 degrés. Ils sont recherchés pour la fabrication de petits objets et imitent bien l'argent.
Leur résistance électrique est très considérable ; on les emploie beaucoup pour la construction des boites de résistance; une longueur de quelques mètres de fils, fabriqués en alliage de cuivre et d'arsenic, présente au courant électrique une résistance égale à celle d'une ligne en fer d'un kilomètre de longueur.
Le cuivre et l'antimoine s'allient directement en toutes proportions, et donnent des alliages cassants à couleur violette, que les anciens chimistes appelaient régales de Vénus.
Influence de faibles quantités de métaux étrangers sur le cuivre. — Des quantités infinitésimales de corps étrangers peuvent exercer une influence considérable sur les propriétés du cuivre. C'est ainsi que les cuivres connus dans le commerce sous le nom de cuivres phosphoreux et silicieux, bien que l'analyse chimique n'y décèle pas trace de phosphore ni de silicium, ont une résistance à la rupture bien supérieure aux cuivres ordinaires ; on les obtient en ajoutant au cuivre en fusion des phosphures et des siliciures de cuivre, qui paraissent passer complètement dans les scories et agir en modifiant l'état moléculaire du métal.
Le cuivre à l'état de fusion a la propriété de dissoudre de l'oxyde cuivreux en quantités considérables; les cuivres rosettes^ ainsi nommés à cause de la belle couleur rouge que leur donne l'oxyde de cuivre, sont
86 PROPRIETES DES ALLIAGES DU GUIYRE
d'acide tartrique, et en prolongeant Taction jusqu'à ce que l'acide sulfhydrique 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 dis solution 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 âltration 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 ; l'attaque 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 :
COMPOSITION DU GUITRB RAFFINE d'oXIR
Coropotiton on oorpt timplet
pour 100
Cuivre . . . 99,325 |
Argent . .
Or . . .
Arsenic •
Antimoine . .
Bismuth. .
Plomb . . .
Fer ... .
Cobalt . . .
Nickel . . .
SOMMR . . <
Forme et proportions des éléments
Métol 99,177
Oxyde cuivreux .... 0,1476
Métal.
Métal.
MéUl 0,046
Acide, AbO» 0,044
combinéà BiO», PbO, Fe»0», Cu«0, etc.
Métal 0,331
Acide 0,0619
SbO^^ combiné aux mêmes oxydes que
Tarsenic.
Oxyde combiné à AsO^ et à SbO».
Métal 0,011
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-
88 STHDCTURE MOLÉCULAIRE DBS CUIVRES
moine et l'arsenic se trouvent à l'état métallique dans les cuivres, tandis que le plomb, le bismuth et le fer se trouvent à l'état d'oxydes. Le soufre est généralement à l'état d'acide sulfureux dissous dans le métal ; l'oxygène se trouve soit en combinaison avec divers métaux dans les oxydes, soit à l'état libre, comme l'acide sulfureux.
. m. structura molAculRira d«B cuivres.
Slrupture moléculaire des cuivres. — Tous ces corps étrangers sont d'ailleurs loin d'être répartis d'une manière uniforme dans la masse du métal. Dans des expérieDces que nous avons faites au laboratoire de l'École des Mines, nous avons mis leur place en évidence en attaquant la surface d'une barre de cuivre polie par une solution neutre d'azotate d'argent ; les points où le cuivre est à l'état de métal sont rapidement attaqués, tandis que les poinls où il se trouve à l'état de combinaison sont laissés intacts.
En faisant cette expérience sur la section d'un lingot de cuivre tenant A pour 100 de phosphore et préparé en le laissant refroidir lentement, on aperçoit à l'aide d'une forte loupe la surface du métal divisée en une infinité de petites cellules en forme de parallélogrammes ; le cuivre métal qui occupait le centre de ces cellules a disparu ; les parois seules restent et sont formées par des combinaisons cuivreuses non attaquables par l'azotate
STRUCTURE MOlicULAIRB DBS CUIVRES 89
d'argent. On obtient les mêmes résultats en faisant cette expérience avec les bronzes phosphoreux et siliceux, employés pour l'électricité. L'azotate d'argent révèle donc une cristallisation du cuivre, qui est d'autant plus nette, que le métal est moins pur. Le meilleur cuivre électrolytique est attaqué d'une manière uniforme, et sa surface présente à peine quelques trous irrégulièrement disséminés. Ces expériences montrent bien le rôle joué par les corps étrangers incorporés dans le cuivre. Les parois cellulaires formées par des combinaisons cuivreuses, dures et peu flexibles, augmentent la résistance du métal, et diminuent sa flexibilité et sa malléabilité.
Tous les traitements mécaniques que Ton fait subir au suivre, tels que le laminage, le martelage, l'écrouissage, détruisent cet état cristallin en brisant les cellules ii par conséquent modifient ses propriétés physiques. 2uant à la conductibilité électrique, on peut admettre [u'elle varie en raison inverse du nombre de cellules et le l'épaisseur des parois, qui constituent une sorte l'isolant entre deux noyaux voisins. Les cuivres élecrolytiques chimiquement purs et non cristallisés ont la onductibilité électrique la plus élevée.
Beaucoup de savants électriciens pensent que la dif- ^rence de conductibilité existant entre les cuivres purs i les cuivres impurs est due, non à l'isolement produit ar les cellules, mais à des courants intérieurs, anaigues aux courants de Foucault, et dus au contact des
go STRUCTURE MOLÉCULAIRE DES CUIVRES
différents métaux, composant l'alliage et disséminés dans sa masse.
L'arsenic et l'antimoine 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'argent fin, la conductibilité électrique de l'alliage diminue immédiatement ; 2 pour 100 d'or suffisent pour la réduire de 100 à 61 ; elle décroît ensuite pour arriver à ui minimum de 16,12 pour 200, correspondant à un alliage en parties égales des deux métaux, et remonte à 7j pour l'or pur.
Expériences de M, Guillemin pour déterminer la structure moléculaire des cuivres. — M. Guillemin, le savant ingénieur auquel est due l'inventioo du métal Romay vient de faire de nombreuses re-
BXP&RIBNGBS DE M. OCILUSiaN 01
cherches pour déterminer la structure intime des divers alliages industriels fondus ; il a bien voulu nous communiquer les résultats de ses travaux (jue 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 générale des éléments constituants, et de rechercher comment le métal change de structure sous Tinfluence de la température, du temps et de la pression, enfin de définir les propriétés mécaniques, qui correspondent à une structure déterminée.
M. Guillemin a constaté qu'en attaquant la surface polie d'un alliage par un réactif approprié, et en l'examinant au microscope, on obtient des images qui varient suivant la nature de l'alliage, mais qui sont toujours înTariablement les mêmes pour un alliage déterminé. L examen micrographique des surfaces polies et déroulées 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 a suivante :
On commence par polir Téchantillon à soumettre à 'analyse micrographique. Ce polissage s'exécute en légrossissant la surface à la lime, puis en se servant de tapiers d'émeri de plus en plus fins et en terminant avec la rouge d'Angleterre. Le polissage terminé, on fait
