Cuivre & alliages de cuivre

À propos du matériau

Le cuivre et ses alliages comptent parmi les plus anciens matériaux techniques et sont aujourd’hui encore incontournables, en particulier dans l’électrotechnique, la mécanique de précision et l’industrie horlogère. Le cuivre pur offre la conductivité électrique et thermique la plus élevée de tous les métaux usuels. À cela s’ajoutent une excellente aptitude au formage et une résistance naturelle à la corrosion.

Un alliage ciblé avec des éléments tels que le zinc, l’étain, le nickel ou le béryllium permet d’élargir considérablement le profil de propriétés du cuivre, par exemple pour une plus grande solidité, une meilleure résistance à la relaxation ou une meilleure résistance à l’usure.

Studer-Biennaform transforme des matériaux en cuivre en fil plat de précision laminé à froid. Celui-ci est utilisé comme conducteur électrique, dans les contacts à ressort, les connecteurs et les composants décoratifs ou comme élément de précision dans les montres, soit partout où la fiabilité, la précision de forme et la conductivité sont décisives.

Cuivre pur

Le cuivre électrolytique Cu-ETP (EN CW004A) et le cuivre sans oxygène Cu-OF (CW008A) comptent parmi les principaux types de cuivre pur pour les applications techniques.

Le Cu-ETP contient au moins 99,90 % de cuivre et environ 0,02 à 0,04 % d’oxygène. À l’état recuit, il atteint une conductivité électrique de près de 100 % IACS (International Annealed Copper Standard, env. 58 MS/m) et constitue ainsi le matériau standard pour les composants conducteurs de courant dans l’électrotechnique et la transmission d’énergie.

Avec 99,99 %, le Cu-OF est encore plus pur et entièrement désoxydé (O < 0,001 %). De ce fait, il atteint également près de 100 % IACS, mais est insensible à la fragilisation par l’hydrogène : un avantage pour les applications à haute température et dans le vide. Lorsqu’il est chauffé dans un environnement contrôlé, l’alliage ne forme pas d’oxyde de cuivre ni de phases fragiles. Il reste ductile même incandescent et convient donc à des domaines d’application particulièrement exigeants.
Ces deux matériaux ne sont pas magnétiques, sont facilement formables à froid et présentent un niveau de résistance modéré à l’état tendre (résistance à la traction env. 200 à 250 MPa, nettement plus élevé après écrouissage). La qualité de surface est très élevée : le Cu-ETP et le Cu-OF peuvent être polis, revêtus, plaqués et structurés.

Applications typiques :

• Cu-ETP : rails conducteurs, ressorts de contact, câbles et torons, câbles de raccordement, enroulements de transformateurs, bobines de moteurs, circuits imprimés, soit partout où de faibles pertes de ligne sont décisives.
• Cu-OF : électrodes de soudage, composants à vide poussé, supports de miroirs dans les appareils laser, rails de conduction thermique ou composants restant ductiles pour des plages de températures élevées. Le Cu-OF présente également des avantages en mécanique de précision, par exemple pour les contacts à ressort flexibles ou les pièces fonctionnelles polies miroir.

Dans l’industrie horlogère, le cuivre pur ne joue qu’un rôle secondaire, mais il est utilisé dans certaines applications spéciales. Les deux nuances peuvent être facilement revêtues par galvanisation (p. ex. argentage de contacts électriques) et anodisées décoratives, ce qui permet d’obtenir des couches d’oxyde incolores.

Laiton

Le laiton désigne des alliages de cuivre contenant généralement 5 à 40 % de zinc. Selon sa composition, ses propriétés mécaniques, son aptitude au formage et sa couleur peuvent être influencées de manière ciblée. Les nuances connues sont le CuZn36 (CW507L) et le CuZn37 (CW508L) en laiton de malaxage classique, ainsi que le CuZn39Pb3 (CW614N), un laiton de décolletage contenant du plomb pour l’usinage.

Plus la teneur en zinc augmente, plus la résistance augmente, tandis que la couleur passe du rougeâtre (en cas de faible teneur en Zn) au jaune brillant. Le laiton avec environ 37 à 39 % de zinc offre une grande résistance pour une ductilité encore suffisante. Au-delà de 40 %, la déformabilité à froid diminue sensiblement. Dans le même temps, le zinc améliore la déformabilité sous pression à des températures élevées, par exemple lors du pressage à chaud de barres en laiton. Les nuances de laiton ne sont pas magnétiques et offrent une bonne à très bonne résistance à la corrosion à l’air, à l’eau et à de nombreuses solutions salines.

Le laiton est un matériau extrêmement polyvalent. Sa couleur proche de celle de l’or le prédestine à des applications décoratives, comme les boîtiers et les cadrans dans l’industrie horlogère et joaillière, les instruments de musique, les ferrures ou les éléments esthétiques en aménagement intérieur.

Le laiton est largement utilisé dans le domaine technique :

• Le CuZn39Pb3 (laiton de décolletage) est usiné sur des tours automatiques pour des pièces de précision telles que roues dentées, soupapes, douilles filetées ou mouvements de montre.
• L’industrie automobile utilise des conduites de refroidissement, des connecteurs ou des contacts en laiton.
• Le CuZn36 et le CuZn37 sont des nuances standard pour les pièces découpées et pliées telles que les douilles en tôle, les clips, les agrafes ou les vis.

Grâce à son aptitude au formage, à sa bonne usinabilité et à son aspect attrayant, le laiton est un matériau éprouvé pour la fonctionnalité et le design.

Cuivre-béryllium

Les alliages de cuivre et de béryllium tels que le CuBe2 allient résistance mécanique et conductivité électrique à un niveau rarement atteint en même temps avec les matériaux à base de cuivre. Ces alliages offrent une force de ressort exceptionnellement élevée, associée à une très bonne résistance à la fatigue et à la relaxation.

Le CuBe présente une excellente résistance à la flexion répétée et conserve sa forme même en cas de charge dynamique permanente. Sa résistance à la relaxation est exceptionnelle : même à des températures allant jusqu’à environ 200 °C, les ressorts en CuBe conservent largement leur tension. Ils surpassent ainsi nettement les alliages classiques tels que le bronze ou le laiton. En même temps, le CuBe résiste à la corrosion et forme une couche d’oxyde protectrice à l’air. Le matériau n’est pas magnétique et peut être travaillé sans étincelles.

Applications typiques :

• Électronique : ressorts miniatures, languettes de contact, broches de connecteurs, ressorts de relais, contacts de batterie, soit partout où une conductivité élevée doit être combinée avec une force de ressort définie.
• Technique de mesure et capteurs : ressorts de mesure de pression et éléments élastiques similaires qui doivent rester stables à long terme et garder leur forme.
•  Technique médicale : outils et instruments chirurgicaux compatibles avec l’IRM, nécessitant une absence d’étincelles et une absence de magnétisme.
• Industrie horlogère : ressorts de montre spéciaux (p. ex. ressorts de torsion, ressorts à spirale dans les complications) qui résistent aux vibrations pendant des décennies.
• Aéronautique et aérospatiale : ressorts de contact, composants de soupapes, sécurités à ressort dans des environnements vibrants, soit là où il est nécessaire d’exclure toute défaillance.

Le cuivre-béryllium est ainsi un matériau haute performance pour les éléments de précision à ressort et fortement sollicités : fiable, durable et polyvalent.