Quelles sont les propriétés thermiques des alliages de cuivre – Définition

Les alliages de cuivre sont des alliages à base de cuivre, dans lesquels les principaux éléments d’alliage sont Zn, Sn, Si, Al, Ni. Les alliages à base de Cu constituent principalement des solutions solides de substitution, pour lesquelles des atomes de soluté ou d’impureté remplacent ou se substituent aux atomes hôtes. Plusieurs caractéristiques des atomes de soluté et de solvant déterminent le degré de dissolution du premier dans le second. Celles-ci sont exprimées par les règles de Hume-Rothery. Il existe jusqu’à 400 compositions différentes de cuivre et d’alliages de cuivre vaguement regroupés en catégories: cuivre, alliage à haute teneur en cuivre, laitons, bronzes, nickels de cuivre, cuivre-nickel-zinc (maillechort), cuivre au plomb et alliages spéciaux. De plus, un nombre limité d’alliages de cuivre peuvent être renforcés par traitement thermique. par conséquent, le travail à froid et/ou l’alliage en solution solide doivent être utilisés pour améliorer ces propriétés mécaniques.

Les alliages à base de cuivre ont une excellente conductivité thermique. Le cuivre a une conductivité thermique 60 % plus élevée que l’aluminium, il est donc mieux à même de réduire les points chauds thermiques dans les systèmes de câblage électrique. Les conductivités électriques et thermiques des métaux proviennent du fait que leurs électrons externes sont délocalisés.

Types d’alliages de cuivre

Comme cela a été écrit, il existe jusqu’à 400 compositions différentes de cuivre et d’alliages de cuivre regroupées dans les catégories suivantes: cuivre, alliage à haute teneur en cuivre, laitons, bronzes, nickels de cuivre, cuivre-nickel-zinc (argent nickel), cuivre au plomb et métaux spéciaux. alliages. Dans les points suivants, nous résumons les principales propriétés de certains matériaux à base de cuivre.

• Cuivre à brai électrolytique (ETP). Le cuivre de brai dur électrolytique, UNS C11000, est du cuivre pur (avec un maximum de 0,0355% d’impuretés) raffiné par un processus de raffinage électrolytique et c’est la qualité de cuivre la plus largement utilisée dans le monde. L’ETP a une conductivité minimale de 100 % IACS et doit être pure à 99,9 %. Il a 0,02% à 0,04% d’oxygène contenu (typique). Le câblage électrique est le marché le plus important pour l’industrie du cuivre. Cela comprend le câblage d’alimentation structurel, le câble de distribution d’alimentation, le fil d’appareil, le câble de communication, le fil et le câble automobile et le fil magnétique. Environ la moitié de tout le cuivre extrait est utilisé pour les conducteurs de fils et de câbles électriques. Le cuivre pur a la meilleure conductivité électrique et thermique de tous les métaux commerciaux. La conductivité du cuivre est de 97% celle de l’argent. En raison de son coût beaucoup plus faible et de sa plus grande abondance, le cuivre est traditionnellement le matériau standard utilisé pour les applications de transmission d’électricité.
• Laiton. Le laiton est le terme générique désignant une gamme d’ alliages cuivre-zinc. Le laiton peut être allié au zinc dans différentes proportions, ce qui donne un matériau aux propriétés mécaniques, anticorrosion et thermiques variables. Des quantités accrues de zinc confèrent au matériau une résistance et une ductilité améliorées. Les laitons ayant une teneur en cuivre supérieure à 63 % sont les plus ductiles de tous les alliages de cuivre et sont façonnés par des opérations complexes de formage à froid. Le laiton a une plus grande malléabilité que le bronze ou le zinc. Le point de fusion relativement bas du laiton et sa fluidité en font un matériau relativement facile à couler. Le laiton peut avoir une couleur de surface allant du rouge au jaune en fonction de la teneur en zinc. Certaines des utilisations courantes des alliages de laiton comprennent les bijoux de fantaisie, les serrures, les charnières, les engrenages, les roulements, les raccords de tuyaux, les douilles de munitions, les radiateurs automobiles, les instruments de musique, les emballages électroniques et les pièces de monnaie.
• Bronze. Les bronzes sont une famille d’alliages à base de cuivre traditionnellement alliés à l’étain, mais peuvent désigner des alliages de cuivre et d’autres éléments (par exemple l’aluminium, le silicium et le nickel). Les bronzes sont un peu plus résistants que les laitons, mais ils ont toujours un degré élevé de résistance à la corrosion. Généralement, ils sont utilisés lorsque, en plus de la résistance à la corrosion, de bonnes propriétés de traction sont requises. Par exemple, le cuivre au béryllium atteint la plus grande résistance (jusqu’à 1 400 MPa) de tous les alliages à base de cuivre.
• Alliage cuivre-nickel. Les cupronickels sont des alliages cuivre-nickel qui contiennent généralement de 60 à 90 % de cuivre et de nickel comme élément d’alliage principal. Les deux principaux alliages sont le 90/10 et le 70/30. D’autres éléments de renforcement, tels que le manganèse et le fer, peuvent également être contenus. Les cupronickels ont une excellente résistance à la corrosion causée par l’eau de mer. Malgré sa forte teneur en cuivre, le cupronickel est de couleur argentée. L’ajout de nickel au cuivre améliore également la solidité et la résistance à la corrosion, mais une bonne ductilité est conservée.
• Maillechort. Le maillechort, également connu sous le nom d’argent allemand, de laiton nickelé ou d’alpaga, est un alliage de cuivre avec du nickel et souvent du zinc. Par exemple, l’alliage de cuivre nickel argent 65-12 UNS C75700 a une bonne résistance à la corrosion et au ternissement, et une formabilité élevée. Le maillechort est nommé en raison de son aspect argenté, mais il ne contient pas d’argent élémentaire à moins qu’il ne soit plaqué.

Propriétés thermiques des alliages de cuivre

Les propriétés thermiques des matériaux font référence à la réponse des matériaux aux changements de leur température et à l’application de chaleur. Lorsqu’un solide absorbe de l’énergie sous forme de chaleur, sa température augmente et ses dimensions augmentent. Mais différents matériaux réagissent différemment à l’application de chaleur.

La capacité calorifique, la dilatation thermique et la conductivité thermique sont des propriétés qui sont souvent critiques dans l’utilisation pratique des solides.

Point de fusion des alliages de cuivre

Le point de fusion du cuivre à brai électrolytique (ETP) est d’environ 1085 °C.

Le point de fusion du laiton de cartouche – UNS C26000 est d’environ 950 °C.

Le point de fusion du bronze d’aluminium – UNS C95400 est d’environ 1030 °C.

Le point de fusion du bronze à l’étain – UNS C90500 – le bronze à canon est d’environ 1000 °C.

Le point de fusion du cuivre béryllium – UNS C17200 est d’environ 866 °C.

Le point de fusion du cupronickel – UNS C70600 est d’environ 1100 °C.

Le point de fusion du maillechort – UNS C75700 est d’environ 1040 °C.

En général, la fusion est un changement de phase d’une substance de la phase solide à la phase liquide. Le point de fusion d’une substance est la température à laquelle ce changement de phase se produit. Le point de fusion définit également une condition dans laquelle le solide et le liquide peuvent exister en équilibre.

Conductivité thermique des alliages de cuivre

La conductivité thermique du cuivre à brai électrolytique (ETP) est de 394 W/(mK).

La conductivité thermique du laiton cartouche – UNS C26000 est de 120 W/(mK).

La conductivité thermique du bronze d’aluminium – UNS C95400 est de 59 W/(mK).

La conductivité thermique du bronze à l’étain – UNS C90500 – bronze à canon est de 75 W/(mK).

La conductivité thermique du cuivre béryllium – UNS C17200 est de 115 W/(mK).

La conductivité thermique du cupronickel – UNS C70600 est de 40 W/(mK).

La conductivité thermique du maillechort – UNS C75700 est de 40 W/(mK).

Les caractéristiques de transfert de chaleur d’un matériau solide sont mesurées par une propriété appelée la conductivité thermique, k (ou λ), mesurée en W/mK. C’est une mesure de la capacité d’une substance à transférer de la chaleur à travers un matériau par conduction. Notez que la loi de Fourier s’applique à toute matière, quel que soit son état (solide, liquide ou gazeux), par conséquent, elle est également définie pour les liquides et les gaz.

La conductivité thermique de la plupart des liquides et des solides varie avec la température. Pour les vapeurs, cela dépend aussi de la pression. En général:

La plupart des matériaux sont presque homogènes, nous pouvons donc généralement écrire k = k (T). Des définitions similaires sont associées aux conductivités thermiques dans les directions y et z (ky, kz), mais pour un matériau isotrope, la conductivité thermique est indépendante de la direction de transfert, kx = ky = kz = k.

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Voir ci-dessus:
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