Copper Le nickel est un métal rouge orangé doté d'excellentes propriétés de conductivité électrique, de résistance à la corrosion et d'antibactérien. Le nickel est un métal argenté brillant offrant une grande résistance, une grande ténacité et une excellente résistance chimique.
L'association de ces deux métaux dans des proportions différentes au niveau métallurgique donne naissance aux alliages cuivre-nickel (CuNi). Ils exploitent les avantages du cuivre et du nickel, offrant un équilibre parfait entre résistance à la corrosion, ductilité et conductivité thermique et électrique.
Comprendre les types d'alliages de cuivre-nickel, leur composition et leurs propriétés, leurs avantages, leurs inconvénients, leurs applications et leurs implications en termes de coûts peut aider à la Matériel d'usinage CNC Sélection ou tout autre projet de fabrication. Examinons donc en détail ces aspects des alliages CuNi.
Qu’est-ce que l’alliage cuivre-nickel ?
Pièces en cupronickels
Un alliage cuivre-nickel, un alliage CuNi ou un alliage cuivre-nickel désigne un alliage métallique formé par la combinaison métallurgique du cuivre et du nickel. Le cuivre et le nickel purs sont fondus ensemble et moulés sous différentes formes. L'alliage est alors moulé avec une microstructure propre aux deux métaux parents. Les atomes de nickel se substituent au réseau de cuivre et forment une nouvelle structure cristalline FCC continue.
Comme tous les autres un matériau d'alliage, la proportion d'éléments d'alliage dans le mélange peut varier selon le type d'alliage. Dans les alliages Cu-Ni, le pourcentage de nickel varie de 10 à 45 %. Plus la quantité de nickel augmente dans la composition, plus celle-ci devient résistante, mais moins usinable. En revanche, les nuances d'alliage avec
Outre le cuivre et le nickel, du manganèse et du fer sont également ajoutés en faibles quantités, environ 2 %, ce qui renforce la résistance à la corrosion. De l'étain et de l'aluminium sont également ajoutés à certains alliages pour les rendre plus performants dans les applications hautes performances.
Propriétés physiques des alliages de cuivre-nickel
Les alliages de cuivre-nickel ne rouillent pas facilement, présentent une bonne ductilité et peuvent être façonnés en tuyaux, tubes et pièces complexes. De plus, ils sont plus denses que le cuivre pur.
| Propriété | Cu-Ni 90/10 | Cu-Ni 70/30 |
| Densité (g·cm⁻³) | 8.9 | 8.95 |
| Chaleur spécifique (J·kg⁻¹·K⁻¹, ≈20°C) | 377 | 377 |
| Conductivité thermique (W·m⁻¹·K⁻¹, ≈20°C) | 50 | 29 |
| Coefficient de dilatation thermique linéaire (10⁻⁶ K⁻¹, 10–300 °C) | 17 | 16 |
| Conductivité électrique (% IACS) | 9% SIGC | 4% |
Propriétés mécaniques des alliages cuivre-nickel
Les alliages cuivre-nickel présentent une bonne résistance mécanique, une bonne résistance à l'usure et à la fatigue. Ils offrent également un bon allongement et une dureté modérée.
| Propriété | Cu-Ni 90/10 | Cu-Ni 70/30 |
| Module de Young (GPa) | 135 | 150-152 |
| Module de cisaillement (GPa) | 50 | 57 GPa |
| Coefficient de Poisson | 0.34 | 0.34 |
| Résistance à la traction (MPa) | 300–420 MPa | 372-517 |
| Limite d'élasticité (MPa) | 100 MPa | 120-130 |
| Allongement (%) | 30% | 30-45% |
| La dureté (HV) | 85-95 | 95-110 |
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Types d'alliages de cuivre-nickel
Types d'alliages CuNi
Selon les pourcentages de nickel et de cuivre dans leur composition, il existe différents types de cuivre-nickel, chacun offrant des propriétés légèrement différentes. On trouve notamment le Cu-Ni 90/10, le Cu-Ni 70/30, le Cu-Ni 80/20 et le Cu-Ni 75/25.
Détaillons brièvement ces alliages de cuivre et de nickel :
Cu–Ni 90/10
Cet alliage contient 90 % de cuivre et 10 % de nickel, avec environ 1 % de manganèse et de fer ajoutés. Il est comparable à l'alliage UNS C70600. De plus, c'est un matériau de qualité marine offrant une bonne ductilité, une bonne soudabilité et une bonne résistance à la corrosion en eau de mer. Le Cu-Ni 90/10 est utilisé dans la quincaillerie marine, la tuyauterie, la construction navale et les échangeurs de chaleur.
Cu–Ni 70/30
La teneur accrue en nickel améliore la résistance mécanique et la résistance à la corrosion. Ses propriétés d'allongement sont légèrement supérieures. L'alliage 70/30 résiste également à la formation de rouille en milieu marin et en eaux vives. De plus, il est équivalent à l'alliage UNS C71500.
Vous pouvez l'utiliser pour des applications supportant des charges mécaniques plus élevées, telles que les stations d'épuration, les canalisations offshore et les tubes de condenseur. Cependant, la teneur élevée en nickel augmente le coût de l'alliage.
Cu–Ni 80/20
Le Cu-Ni 80/20 est équivalent au Cu–Ni 80/20 et est également considéré comme la nuance intermédiaire des Cu-Ni 90/10 et 70/30. Il offre une bonne résistance à la corrosion et une résistance mécanique légèrement inférieure. Il est utilisé dans les tubes, le câblage, l'architecture et la décoration, ainsi que dans certains équipements pour l'eau de mer.
Cu-Ni 75/25
Cet alliage cuivre-nickel est très répandu dans la fabrication de pièces de monnaie et d'objets décoratifs. Il offre une excellente résistance à la corrosion, une bonne ductilité, une bonne résistance à l'usure et un attrait esthétique. On trouve également sur le marché un alliage 75/25 optimisé pour l'emboutissage des métaux.
Avantages des alliages de cuivre-nickel
Les alliages cuivre-nickel exploitent les propriétés des deux métaux parents et offrent de nombreux avantages en fabrication. Ils deviennent très résistants à la corrosion. Ils peuvent également être façonnés selon les besoins et recyclés.
De plus, les cupronickels sont supérieurs aux alliages de zinc et de cuivre lorsqu'il s'agit d'environnements marins et difficiles.
Voyons maintenant les cinq principaux avantages des alliages de cuivre-nickel :
- Résistance à la corrosion : Les alliages de cupronickel offrent une résistance supérieure à la corrosion dans l’eau salée et d’autres environnements difficiles.
- Antibactérien: Ils sont antibactériens et conviennent à certaines applications pharmaceutiques et cryogéniques. Ils sont également bénéfiques en milieu marin, car ils découragent les organismes marins.
- Stabilité thermique: Les alliages Cu-Ni conservent leurs propriétés à haute température, généralement jusqu'à 650 °C. De plus, ils résistent aux contraintes thermiques cycliques.
- Usinabilité et formabilité : Les nickels de cuivre peuvent être usinés CNC en pièces complexes, tandis que les feuilles peuvent être façonnées selon diverses formes grâce à des procédés de fabrication. Les pièces peuvent également être assemblées par soudage et brasage.
- Conductivité: Ces alliages possèdent d'excellentes propriétés de transfert thermique et de conductivité électrique. Ils sont donc particulièrement adaptés au câblage, aux connecteurs et aux échangeurs de chaleur.
Inconvénients des alliages cuivre-nickel
Bien que les nickels de cuivre soient des matériaux extrêmement utiles pour l'usinage et la fabrication de métaux, ils présentent également certaines limites, notamment en termes de coût et de faible usinabilité de certaines nuances.
Voici les inconvénients des alliages de cupronickel:
- Plus coûteux que les autres alliages : En comparaison avec alliage d'extrusion d'aluminium et évaluer acier inoxydable alliages, le cuivre nickel est plus cher.
- Usinabilité Certaines nuances, comme le Cu-Ni 70/30, sont moins usinables et peuvent nécessiter des outils avec un revêtement dur.
- Sensible à la contamination par soudure : Bien que les alliages Cu-Ni présentent une soudabilité élevée, ils sont plus sujets à la contamination par soudage et nécessitent un contrôle précis de la température.
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Applications des alliages de cuivre-nickel (CuNi)
Grâce à leurs nombreuses propriétés avantageuses, les alliages CuNi sont utilisés dans les secteurs maritime, de la tuyauterie, de l'électricité, de l'architecture, etc. Ils constituent souvent la meilleure alternative à l'acier inoxydable pour les systèmes et composants d'eau de mer.
Examinons les principales applications :
Tuyaux et raccords de tuyaux en cuivre-nickel 
Mamelon de tuyau
Grâce à leur biocarburant et à leur résistance à la corrosion, les tubes en cuivre-nickel sont parfaits pour une utilisation sous-marine et sur les plateformes offshore. Par conséquent, les embouts de tubes sont de courts segments de tubes filetés à leurs deux extrémités ; ils sont utilisés dans les raccords et les extensions de tuyauterie.
Exemples d'application: raccords, brides, vannes, tuyauterie offshore, systèmes d'admission/sortie, tuyauterie pour fluides corrosifs dans les industries.
Boucles de refroidissement
Boucles de cuivre CuNi
Les boucles de refroidissement sont un réseau de tubes fermés ou semi-fermés. Elles permettent la circulation du liquide de refroidissement et servent à dissiper la chaleur des machines, outils, équipements et systèmes. Grâce à leurs excellentes propriétés de transfert thermique, les cupronickels conviennent parfaitement à cette application.
Exemples d'application: circuits de refroidissement d'eau de mer, CVC & réfrigération, centrales électriques, condenseurs, etc.
Construction navale
Système de tuyauterie d'eau de mer
Les cuivre-nickels sont utilisés dans la construction navale, l'aménagement intérieur et divers systèmes auxiliaires. Leur résistance, leur durabilité, leur faible tendance à l'encrassement biologique et leur résistance à l'érosion marine en font un matériau précieux.
Exemples d'application: Composants pour équipements sous-marins, conduites hydrauliques, structures offshore, serpentins de chauffage de cargaison, composants de pompe, coques de navires et tuyauterie de cale et de ballast.
Installations de dessalement
Les alliages CuNi sont particulièrement adaptés aux usines de dessalement, qu'elles soient à une ou plusieurs étapes. Ils résistent à l'eau salée sans altérer durablement leur surface.
Exemples d'application: Tuyauterie de la chambre d'évaporation, section de récupération de chaleur, tubes de chauffage de saumure, buses pour chambres d'éclair, vannes et raccords.
Quelle est l’importance du cuivre-nickel ?
L'association du cuivre et du nickel permet d'exploiter leurs deux propriétés. Les alliages sont plus ductiles que le nickel et plus résistants que le cuivre. De plus, ils offrent une stabilité thermique à haute température. L'utilisation d'alliages contribue également à réduire les coûts des matériaux ; leur prix est inférieur à celui du nickel pur.
Les propriétés ci-dessus rendent le cuivre-nickel particulièrement important dans les systèmes et équipements marins, les tuyauteries industrielles et d'eau de mer, les échangeurs de chaleur et l'industrie électrique.
De plus, vous pouvez également personnaliser les propriétés selon vos besoins en modifiant la proportion de nickel, de cuivre et d'autres éléments d'alliage (quantités mineures).
Alliage Cu-Ni vs alliage de titane vs acier allié 
CuNi vs autres alliages
Les alliages de titane sont plus résistants que le CuNi et offrent un rapport résistance/poids plus élevé, mais ils sont plus coûteux. Alliage de titane nuances telles que Ti-6Al-4V, Ti-3Al-2V et Les Ti-6Al-4V ELI sont populaires dans l'usinage CNC.
Les aciers alliés sont formés en alliant plusieurs éléments du fer, tels que chrome, nickel, vanadium, molybdène, soufre et phosphore. En attendant, la différence entre acier allié vs acier au carbone c'est que l'acier au carbone contient un pourcentage élevé de carbone, mais n'implique pas autant de métaux d'alliage.
Le tableau ci-dessous fournit un aperçu comparatif des alliages Cu-Ni, titane et acier :
| Critères | Alliages Cu-Ni | Alliages de titane | Acier allié |
| Résistance à la traction | Modérée | Haute | Plus élevé que le Cu-Ni, plus bas que les alliages Ti |
| Résistance à la corrosion | Excellent en eau de mer | Excellent dans un environnement agressif | Bon |
| Résistance à la température | Modéré (~300°C) | Excellent (jusqu'à ~600°C) | Bon à excellent, selon la nuance d'alliage |
| Poids | Modérée | Léger | Lourde |
| Prix | Modéré à élevé | Haute | Faible à modéré |
| Applications courantes | Quincaillerie marine, échangeurs de chaleur | Aérospatiale, implants médicaux, traitement chimique | Automobile, construction, machines |
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résumer
Les alliages de cuivre-nickel se distinguent par leur excellente résistance à la corrosion en eau de mer et leur bonne résistance mécanique. Ils sont également de bons conducteurs de chaleur et d'électricité. Le CuNi trouve donc de nombreuses applications dans les domaines maritime et maritime.
Au final, pour transformer les nickels de cuivre bruts en une pièce ou un produit utile, il faut des équipements de fabrication et une expertise. ProléanTech, nous vous aidons à fabriquer des composants fonctionnels en Cu-Ni en utilisant le fraisage CNC, le tournage, le perçage, l'EDM, le formage des métaux et diverses autres technologies.
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FAQ
Qu'est-ce que CuNii ?
CuNi est l'appellation des alliages de cuivre-nickel, également appelés cupronickel. Ils sont composés de 10 à 45 % de nickel, de 65 à 90 % de cuivre et de 1 à 2 % de manganèse et de fer.
À quoi sert l'alliage cuivre-nickel ?
L'alliage de cuivre-nickel est utilisé dans des conditions telles que l'eau de mer, l'exposition à la corrosion et l'exposition thermique élevée.
L'alliage cuivre-nickel est-il cher ?
Certes, il est plus cher que la plupart des autres alliages d'usinage CNC, comme l'acier inoxydable et les alliages d'aluminium. Cependant, son prix est justifié dans la plupart des applications.
Quelle est la plage de résistance des alliages cuivre-nickel ?
La résistance exacte dépend du type d'alliage (90/10, 70/30, 80/20) et du traitement thermique. La résistance à la traction est toutefois comprise entre 300 et 520 MPa.
L'alliage CuNi est-il sûr ?
Oui, l'alliage CuNi est sans danger pour les systèmes d'eau, le chauffage et la condensation. Certaines nuances sont même sans danger pour l'industrie alimentaire et les applications médicales.
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