Le cuivre est le deuxième métal non-ferreux le plus utilisé dans l’industrie, après l’aluminium. Cet élément possède en effet des propriétés remarquables : conductibilité électrique et thermique, résistance à la corrosion et effet bactéricide.
Le cuivre à l’état pur s’emploie majoritairement pour la fabrication de fils électriques. En revanche, comme beaucoup de métaux purs, il présente des caractéristiques mécaniques insuffisantes, notamment pour l’usinage de pièces.
Les performances du cuivre peuvent heureusement être considérablement améliorées par addition d’autres métaux pour former des alliages. Quels sont les principaux alliages de cuivre, ou cupro-alliages, leurs propriétés et leurs applications ? La réponse dans cet article.
Les laitons, alliages de cuivre et zinc
Alliage de cuivre le plus courant, le laiton contient 5 à 45 % de zinc (Zn). Ses propriétés lui confèrent une grande diversité d’applications : moulage, usinage, décolletage, emboutissage, etc.
Le laiton s’utilise dans tous les secteurs industriels, de l’automobile à l’ornement, ainsi que pour la fabrication de bijoux et de pièces de monnaie. On distingue trois familles de laitons : simples, au plomb ou spéciaux.
Laitons simples
Les laitons simples sont des alliages binaires cuivre/zinc (CuZn) de couleur jaune. Le laiton le plus courant se compose de 60 % de cuivre et 40 % de zinc. Une teneur en zinc élevée améliore la résistance mécanique et la dureté du métal, mais diminue la température de fusion et la conductivité électrique.
Laitons au plomb
Les laitons au plomb sont des alliages ternaires cuivre/zinc/plomb qui contiennent environ 40 % de zinc et 1 à 3 % de plomb. Ce sont d’excellents matériaux pour les opérations d’usinage, en particulier le décolletage. Très malléables à chaud, ils se prêtent également à la production de pièces par matriçage.
Laitons spéciaux
Très nombreux, les laitons spéciaux résultent de l’incorporation d’un ou plusieurs éléments : étain, aluminium, manganèse, fer, silicium, arsenic, etc. Ces alliages de cuivre présentent une résistance à la corrosion et des caractéristiques mécaniques élevées. Les laitons haute résistance possèdent en outre une excellente résistance à l’usure et aux frottements.
Les bronzes, alliages de cuivre et d’étain
Les bronzes sont des alliages de cuivre qui contiennent entre 3 et 20 % d’étain (Sn). La composition du bronze diffère selon le type d’alliage :
- Les bronzes simples : alliages binaires cuivre/étain (CuSn).
- Les bronzes spéciaux : alliages cuivre/étain auxquels sont ajoutés des éléments (zinc, plomb, phosphore, aluminium, etc.) pour en modifier les propriétés.
Doté d’une grande résistance à la corrosion, le bronze est employé pour la robinetterie extérieure. Son faible coefficient d’adhérence avec les fontes et aciers en fait un métal de choix pour la fabrication de pièces soumises à des frottements mécaniques.
Facilement moulable, le bronze s’utilise beaucoup en fonderie. Il intervient également dans l’industrie électronique, sous forme de bandes réalisées par coulée continue. Cet alliage est aussi très recherché pour la sculpture du fait de son aptitude à la patine.
Les alliages de cuivre et de nickel
Les alliages cuivre/nickel (CuNi) constituent une référence en matière de résistance à la corrosion, même en milieu extrême. Le nickel augmente également la malléabilité et la résistivité électrique, mais c’est un métal relativement cher. Les principaux alliages CuNi sont les cupro-nickels et les maillechorts.
Cupro-nickels
Les cupro-nickels sont des alliages de cuivre avec 10 à 30 % de nickel. Ils peuvent également contenir du fer et d’autres éléments (manganèse, silicium, zinc, étain, aluminium, etc.) en plus faible proportion pour renforcer leur résistance mécanique. Les cupro-nickels prennent une couleur argent à partir d’une teneur de 20 % en nickel.
Dotés d’une grande résistance à la corrosion par l’eau de mer et de propriétés antifouling, les cupro-nickels possèdent de nombreux débouchés techniques dans le secteur de la marine, notamment pour la protection des coques de bateaux. Ils servent également à la fabrication de pièces de monnaies, de résistances électriques et de tubes de condenseurs.
Maillechorts
Le maillechort est un alliage ternaire composé de cuivre, de zinc (20 à 28 %) et de nickel (9 à 26 %). Son nom vient de celui de ses inventeurs, Maillet et Chorier. C’est un métal blanc et dur aux reflets argentés, d’où son surnom d’argentan.
Plus résistant que le laiton, le maillechort s’emploie en orfèvrerie et pour la fabrication d’instruments scientifiques. Il présente d’excellentes propriétés pour le travail à froid. Cet alliage possède en revanche une moins bonne résistance à la corrosion que les cupro-nickels.
Les cupro-aluminiums ou bronzes d’aluminium
Les cupro-aluminiums sont des alliages de cuivre contenant 4 à 15 % d’aluminium (Al), avec addition éventuelle d’autres métaux (fer, nickel ou manganèse) à des teneurs maximales de 5 %.
Récemment développés, ces matériaux concurrencent l’acier inoxydable pour de nombreuses applications. Caractérisé par une bonne résistance à la corrosion (notamment en milieu marin) et à la cavitation, le cupro-aluminium est utilisé pour la fabrication d’hélices de bateau ou de pièces de caténaires.
Le cuivre faiblement allié
Il s’agit d’alliages de cuivre dont les éléments d’addition (argent, cadmium, tellure, chrome, béryllium) représentent une teneur maximale de 1 %. Ces métaux améliorent les caractéristiques du cuivre sans dénaturer ses propriétés fondamentales (conductivité électrique et thermique, résistance à la corrosion).
Parmi ces alliages, le cuivre au béryllium s’avère particulièrement intéressant. Grâce à un traitement thermique, il présente des performances mécaniques semblables à celles de certains aciers avec, en outre, des avantages : meilleure élasticité et résistance à la corrosion, aptitude au moulage, etc.
Une gamme considérable d’alliages de cuivre est ainsi disponible. À la variété des propriétés s’ajoute une large palette de couleurs : du jaune des laitons et des bronzes au rouge du cuivre, en passant par le vert de la patine et le blanc des cupro-nickels.
Contactez les professionnels de la métallerie de notre annuaire pour vous orienter dans le choix d’une nuance adaptée aux contraintes techniques de votre projet.
