Qu'est-ce que le cuivre
Le cuivre est un métal brun rougeâtre-utilisé depuis l'Antiquité. Il est malléable et ductile, ce qui signifie qu'il peut être plié et formé sans se fracturer, et il possède une excellente conductivité électrique et thermique, ce qui en fait le matériau de référence pour les conducteurs électriques et les échangeurs de chaleur. Une surface de cuivre pur fraîchement exposée est orange rosé- et, dans l'air, elle forme progressivement un oxyde protecteur ou une patine qui confère au métal sa bonne résistance à la corrosion atmosphérique.
Dans le commerce, le métal est fourni sous forme de cuivre électrolytique résistant, de cuivre désoxydé au phosphore-ou de cuivre sans oxygène-, et chacune de ces qualités est définie par une norme telle que ASTM B152 pour les feuilles, bandes et plaques ou ASTM B75 et ASTM B88 pour les tubes et tuyaux.
Qu'est-ce que le nickel
Le nickel est un métal blanc argenté-avec une légère teinte dorée, plus dur que le cuivre mais suffisamment malléable pour être transformé en pièces de monnaie ou transformé en bijoux et en quincaillerie. Il a un point de fusion beaucoup plus élevé que le cuivre et forme un mince film superficiel passif qui lui confère une résistance utile à de nombreux milieux corrosifs, en particulier aux alcalis. En raison de cette combinaison, le nickel est utilisé comme élément d’alliage plutôt que comme métal de structure dans la plupart des applications.
Comparaison de-à-tête
| Propriété | Cuivre | Nickel |
|---|---|---|
| Couleur | Rougeâtre-brun à rosé-orange une fois propre | Blanc argenté-avec une légère teinte dorée |
| Symbole chimique et numéro atomique | Cu, 29 | Ni, 28 |
| Densité | environ 8,96 g/cm³ | environ 8,90 g/cm³ |
| Point de fusion | environ 1083 degrés | environ 1455 degrés |
| Conductivité électrique | environ 59,6 millions de S/m, la référence 100 % SIGC | environ 14,3 millions de S/m, soit environ un quart du cuivre |
| Conductivité thermique | environ 390 W/(m·K) | environ 90 W/(m·K) |
| Dureté | Doux, environ 3 sur l'échelle de Mohs | Plus dur, environ 4 sur l'échelle de Mohs |
| Comportement à la corrosion | Oxyde protecteur ou patine, excellent dans l'atmosphère et dans l'eau | Film passif, bon dans les alcalis, attaqué par les milieux contenant du soufre- |
| Utilisations typiques | Câblage, jeu de barres, plomberie, toiture, échangeurs de chaleur | Acier inoxydable, placage, monnaie, piles, aimants, superalliages |
La plus grande différence pratique est la couleur, c'est pourquoi les deux métaux sont faciles à distinguer à l'œil nu. La seconde est la conductivité électrique : le cuivre transporte environ quatre fois le courant du nickel pour la même section-, le nickel n'est donc jamais utilisé comme conducteur là où le cuivre est disponible. Le troisième est la capacité thermique : le nickel conserve une résistance utile bien au-dessus de la plage de ramollissement du cuivre.
Comparaison de la corrosion et du comportement en service
Le cuivre est utilisé à l'extérieur et dans les systèmes d'approvisionnement en eau, car le film qui se forme à sa surface est stable et autoréparable. Le nickel se comporte différemment : il dépend d'un film passif très efficace dans les environnements fortement alcalins mais moins stable dans les atmosphères soufrées-, c'est pourquoi les pièces nickelées- sont protégées par un revêtement de finition dans les sites industriels agressifs. Dans l’eau de mer courante, aucun des métaux purs n’est idéal en soi, ce qui conduit directement à la famille d’alliages décrite ci-dessous.
La réponse pratique : les alliages de cuivre-nickel
La plupart des utilisateurs industriels ne choisissent pas du tout entre le cuivre et le nickel ; ils choisissent un mélange contrôlé des deux. L'ajout de nickel au cuivre augmente la résistance et améliore considérablement la résistance à l'écoulement de l'eau de mer, tout en conservant suffisamment de conductivité thermique pour être utile dans le transfert de chaleur.
C70600 cuivre-nickel 90/10est le matériau standard des canalisations d'eau de mer et des tubes de condenseur, utilisé dans les centrales électriques, les usines de dessalement et les systèmes à bord des navires.
C71500 cuivre-nickel 70/30offre une plus grande résistance à l’érosion et à l’impaction et est utilisé là où la vitesse de l’eau et les matières en suspension sont plus élevées.
Alliages de maillechortLes métaux contenant du cuivre, du nickel et du zinc combinent un aspect argenté avec une bonne formabilité et sont utilisés pour les pièces d'instruments, la coutellerie et la monnaie.
Ajouts de nickel dans l'acier inoxydablede l'ordre de huit à quatorze pour cent stabilisent la structure austénitique de nuances telles que 304 et 316, qui constituent une utilisation majeure du nickel en volume.
Les tubes d'échangeur de chaleur et de condenseur de la famille cuivre-nickel sont spécifiés selon la norme ASTM B111/B111M, où l'alliage, l'état et les dimensions exacts sont définis pour le service concerné.
Conseils de sélection et durabilité
Choisissez du cuivre lorsque la conductivité électrique ou thermique est l’exigence déterminante.
Choisissez du nickel ou un alliage contenant du nickel-lorsqu'une résistance à haute température, un service alcalin ou une propriété magnétique ou électrochimique spécifique sont nécessaires.
Choisissez un alliage de cuivre-nickel lorsque l'eau de mer ou l'eau de refroidissement saumâtre est impliquée et que la résistance à la corrosion et le transfert de chaleur sont requis.
N'oubliez pas que les deux métaux sont produits à partir de minerais naturels et peuvent être recyclés indéfiniment sans perdre leurs propriétés, c'est pourquoi tous deux conservent une valeur de ferraille élevée en fin de vie.
FAQ
Q : Quelle est la principale différence entre le cuivre et le nickel ?
Couleur et conductivité. Le cuivre est rougeâtre et est le conducteur électrique standard, tandis que le nickel est blanc argenté-, beaucoup plus dur, fond à une température plus élevée et ne transporte qu'environ un quart du courant du cuivre pour la même section-.
Q : Quel métal a un point de fusion plus élevé ?
Nickel, à environ 1 455 degrés, contre environ 1 083 degrés pour le cuivre.
Q : Le nickel est-il un meilleur conducteur que le cuivre ?
Non. Le cuivre a une conductivité électrique d'environ 59,6 millions de Siemens par mètre, ce qui constitue la base de la référence 100 % IACS, tandis que le nickel n'atteint qu'environ 14,3 millions de Siemens par mètre.
Q : Pourquoi le cuivre et le nickel sont-ils combinés dans des alliages ?
La combinaison donne une résistance plus élevée et une bien meilleure résistance à l’eau de mer qui coule que le cuivre pur, tout en conservant une conductivité thermique utile. Les qualités cuivre-nickel sont donc le choix standard pour les tubes de condenseur marins et de centrales électriques.
Q : Quelle norme couvre les tubes de condenseur en cuivre-nickel ?
ASTM B111/B111M couvre les tubes de condenseur et les ferrules sans soudure en cuivre et en alliages de cuivre, y compris les qualités cuivre-nickel 90/10 et 70/30.
Q : Le cuivre et le nickel sont-ils recyclables ?
Oui. Les deux sont produits à partir de minerai naturel et peuvent être recyclés à plusieurs reprises sans perdre leurs propriétés, et tous deux ont une valeur élevée en tant que ferraille.
