Le cuivre est communément utilisé dans de nombreuses industries différentes. Cependant, son extrême ductilité le rend sujet aux déformations et aux rayures. Sur cette page, vous pouvez découvrir comment préparer rapidement et efficacement des échantillons de cuivre exempts de rayures pour l’examen métallographique.
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Bien que le métal cuivre soit présent à l’état naturel, il est principalement extrait de minerais sulfurés dans le cadre d’un processus de fusion métallurgique. Ce processus comprend quatre étapes principales.
1. Un processus de fusion initiale extrait les concentrés de cuivre, produisant une matte de cuivre (75 % de Cu).
2. Dans un convertisseur, de l’air est insufflé dans la matte liquide pour oxyder les sulfures, produisant du cuivre boursouflé (96-98 % de Cu).
3. Le cuivre boursouflé est raffiné dans un four à anode, produisant du cuivre anodique (99 % de Cu).
4. Les impuretés (Ni, Pb, Ag, Pd et Au, notamment) sont éliminées par affinage électrolytique, produisant des cathodes de cuivre (99,99 % de Cu).
Une petite quantité de cuivre est également obtenue par un procédé hydrométallurgique.
Fig. 1 : cuivre avec oxydes de cuivre, éclairage en fond noir, 500x
Fig. 2 : cuivre sans oxygène, traité par attaque au persulfate d’ammonium, 100x
Fig. 3 : cathode de cuivre, attaque selon Klemm, 100x
En ajoutant de l’aluminium, du manganèse, du fer, du nickel, de l’étain ou même de petites quantités de plomb, il est possible de produire des types de laiton spéciaux présentant des propriétés chimiques ou mécaniques spécifiques.
Fig. 4 : laiton α, attaque colorante, 200x
Fig. 5 : laiton fondu α-β (CuZn40Pb2) avec inclusions de plomb gris-bleu, sans attaque, 500x
Fig. 6 : laiton fondu α-β, attaque selon Klemm, solution solide α dans une matrice sombre de solution solide β, 100x
Bronze (alliages cuivre-étain)
Il existe trois types de bronzes : les alliages de corroyage, les alliages coulés et les bronzes pour la fabrication de cloches. En fonction des propriétés requises, de petites quantités de zinc, de phosphore, de plomb, de nickel ou de fer peuvent être ajoutées.
| Exemples d’alliages de laiton spécifiques et leurs propriétés | |
| Bronze à canon (Cu-Sn-Zn) | Bonne résistance à la corrosion ; faible coefficient de frottement |
| Bronzes d’aluminium (jusqu’à 11 % d’aluminium) | Résistance élevée aux températures élevées ; très bonne résistance à la corrosion |
| Bronze au béryllium | Résistance et dureté élevées ; ne produit pas d’étincelles lorsqu’il frappe ou heurte d’autres métaux |
| Alliages cuivre-nickel | Excellente résistance à la corrosion |
| Alliages cuivre-nickel-zinc (argent allemand) | Solidité élevée ; bonne résistance à la corrosion ; facile à former |
Lors du traitement du cuivre et de ses alliages, la métallographie est généralement utilisée pour mesurer la taille des grains, ainsi que pour effectuer des contrôles de la pureté en qualifiant et en quantifiant la teneur en oxyde de cuivre.
Pour certains laitons, il peut être nécessaire de déterminer la répartition du plomb, car elle peut influencer le processus d’usinage.
Pour les alliages coulés, la métallographie est généralement utilisée pour l’évaluation de la structure générale, pour évaluer la répartition des eutectiques ou du plomb et pour évaluer la présence de cavités de retrait ou de porosité.
Fig. 8 : bronze coulé (CuSn10), attaque avec chlorure de fer (III), structure dendritique avec eutectoïde α-δ, 200x
Le cuivre pur est tendre et ductile, ce qui le rend facile à déformer et sujet aux rayures. Même les bronzes et certains laitons durs sont sujets à la formation de rayures importantes. Cela constitue un problème pour les métallographes. Toutefois, il existe des solutions simples :
- Évitez les abrasifs de prépolissage grossier
- Effectuez un polissage diamanté rigoureux avec des draps doux
- Effectuez un polissage fin mécano-chimique
Lisez la suite pour une description détaillée d’une méthode rapide et précise de préparation du cuivre et de ses alliages pour l’analyse métallographique, sans rayures ni déformations.
Fig.9: fil de cuivre pur avec un polissage final avec OP-S, contraste interférentiel, 200x
Fig. 10: même échantillon que la Fig. 9 avec un polissage final avec un mélange de suspension OP-S et d’ammoniaque/eau/peroxyde d’hydrogène, contraste interférentiel, 200x
Fig. 11 : laiton fondu α-β, polissage mécanique, sans attaque, 200x
Fig. 12 : même échantillon que la Fig. 11, polissage électrolytique, sans attaque, 200x. Les inclusions de plomb ont été arrachées et paraissent donc plus grandes et plus nombreuses
Il existe de nombreux réactifs d’attaque pour le cuivre et ses alliages qui sont relativement faciles à appliquer. L'attaque de la plupart des alliages coulés n’est pas difficile. Toutefois, il peut être difficile de trouver la bonne solution de réactif d’attaque pour certains alliages de corroyage, surtout s’ils ont été fortement travaillés à froid. Dans ces cas, une attaque colorante peut être utile.
Il est important de noter que le plomb est attaqué par les réactifs d’attaque et que seuls des trous noirs subsisteront après l'attaque. Par conséquent, des micrographies doivent être réalisées avant l'attaque, afin d'analyser la quantité et la répartition du plomb. Le plomb pur est de couleur gris-bleu.
Fig. 13 : Bronze coulé (CuSn8Pb), sans attaque, présentant des inclusions de plomb gris-bleu de grande et petite taille ; un eutectoïde α-δ bleu pâle est discernable, 500x
Fig.14: même échantillon que la Fig.13, traitement par attaque colorante selon Klemm. La structure dendritique avec un eutectoïde bleu clair et des inclusions de plomb bleues est visible, mais les petites inclusions de plomb ne peuvent être clairement différenciées, 500x
Fig.15: bronze coulé (CuSn10), attaque avec chlorure de fer (III), structure dendritique avec eutectoïde α-δ, 200x
| Application | Réactif d’attaque |
| Attaque des grains pour le cuivre, le laiton et les bronzes | 100 ml d’eau. 10 g de persulfate d’ammonium. Utilisez du réactif fraîchement préparé ! |
| Tous types de cuivre | 100-120 ml d’eau ou d’éthanol. 20-50 ml d’acide chlorhydrique. 5-10 g de chlorure de fer (III) (concentration variable) |
Joints des grains Surfaces de grains |
25 ml d’eau distillée. 25 ml d’ammoniaque. 5-25 ml de peroxyde d’hydrogène, 3 % Moins de peroxyde d’hydrogène Plus de peroxyde d’hydrogène |
| Laiton α-β | 120 ml d’eau. 10 g de chlorure de cuivre d’ammonium (II). Ajoutez de l’ammoniaque jusqu’à dissolution du précipité |
| Polissage rapide et efficace pour le cuivre pur | 100 ml d’eau. 100 ml d’éthanol. 19 g de nitrate de fer (III) |
| Attaque colorante selon Klemm | 100 ml de thiosulfate de sodium saturé à froid. 40 g de métabisulfite de potassium |
Toutes les images ont été réalisées par Marcello Manca, spécialiste applications, Danemark
Pour des informations spécifiques sur la préparation métallographique du cuivre, contactez nos spécialistes applications.