Cuivre et aluminium en électrotechnique

Pas de guides - nulle part

Cuivre (lat. Cuprum) — l'un des sept métaux connus depuis l'Antiquité. Des réserves importantes de minerai de cuivre se trouvent aux États-Unis, au Chili, en Russie (Oural), au Kazakhstan (Jezkazgan), au Canada, en Zambie et au Zaïre.

Le cuivre fait partie de plus de 150 minéraux, dont 17 ont trouvé une utilisation industrielle, dont : la bornite (Cu5FeS4), la chalcopyrite (pyrite de cuivre — CuFeS2), la chalcocite (cuivre lustré — Cu2S), la covellite (CuS), la malachite (Cu2 ( OH ) 2 [CO3]). Le traitement des minerais sulfurés fournit environ 80 % de tout le cuivre extrait.

Le miel local se trouve également dans la nature.

Cuivre pur - métal cassant rose tendre et malléable, assez lourd, excellent conducteur de chaleur et d'électricité, facilement soumis à un traitement sous pression. Ce sont ces qualités qui permettent d'utiliser les produits en cuivre dans l'électrotechnique — actuellement plus de 70 % de tout le cuivre produit est utilisé pour la fabrication de produits électriques. Pour les produits à conductivité électrique maximale, le cuivre dit « sans oxygène » est utilisé. Dans d'autres cas, le cuivre pur commercial contenant 0,02 à 0,04 % d'oxygène convient également.

Les principales caractéristiques du cuivre: densité - 8,93 g / cm3, point de fusion - 1083 ° C,résistance électrique cuivre à 20°C 0,0167 Ohm*mm2/m. Le cuivre pur a une conductivité électrique élevée (juste après l'argent). Cette qualité de cuivre est utilisée dans l'industrie pour fabriquer des jeux de barres électriques à partir de cuivre.

Les jeux de barres en cuivre sont produits conformément à GOST 434-78. L'état dans lequel les jeux de barres en cuivre sont livrés au consommateur : jeux de barres non chauffés (marquage T-dur), recuits (M-soft) et durs TV en cuivre sans oxygène.

A l'état déformé, la résistance du cuivre est supérieure à celle du métal recuit et les valeurs de conductivité électrique sont réduites.

Les alliages qui augmentent la résistance et améliorent d'autres propriétés du cuivre sont obtenus en y introduisant des additifs, tels que le zinc, l'étain, le silicium, le plomb, l'aluminium, le manganèse et le nickel. Plus de 30% de cuivre est utilisé pour les alliages.

Laiton - alliages de cuivre et de zinc (cuivre de 60 à 90% et zinc de 40 à 10%) - plus résistants que le cuivre et moins sensibles à l'oxydation. Avec l'ajout de silicium et de plomb au laiton, ses propriétés anti-friction sont augmentées, avec l'ajout d'étain, d'aluminium, de manganèse et de nickel, la résistance anti-corrosion est augmentée. Les tôles et les produits moulés sont utilisés dans la construction de machines, notamment dans l'industrie chimique, dans l'optique et la fabrication d'instruments, dans la production de filets pour l'industrie de la pâte à papier et du papier.

Bronze... Auparavant, les alliages de cuivre (80-94%) et d'étain (20-6%) étaient appelés bronze. Des bronzes sans lumière sont maintenant produits, nommés d'après le composant principal après le cuivre.

Les bronzes d'aluminium contiennent 5 à 11% d'aluminium, ont des propriétés mécaniques élevées combinées à une résistance à la corrosion.

Les bronzes au plomb contenant 25 à 33 % de plomb sont principalement utilisés pour la fabrication de roulements fonctionnant à haute pression et à haute vitesse de glissement.

Les bronzes au silicium contenant 4 à 5 % de silicium sont utilisés comme substituts bon marché des bronzes à l'étain.

Les bronzes au béryllium contenant 1,8 à 2,3% de béryllium se caractérisent par une dureté après durcissement et une élasticité élevée. Des ressorts et des produits de printemps en sont fabriqués.

Les bronzes au cadmium - alliages de cuivre contenant une petite quantité de cadmium (jusqu'à 1%) - sont utilisés dans la fabrication de chariots pour chariots, pour la fabrication de raccords pour conduites d'eau et de gaz et dans l'ingénierie.

Soudures - alliages de métaux non ferreux utilisés dans la soudure pour obtenir un cordon de soudure monolithique. Parmi les brasures dures, un alliage cuivre-argent (44,5-45,5 % Ag ; 29-31 % Cu ; le reste est du zinc) est connu.

En Russie, les pneus en cuivre sont produits par plusieurs usines : OCM Kamensk-Uralsky, OCM Kolchuginsky, OCM Kirovsky.

La production mondiale de cuivre en 2007 a augmenté de 2,5% par rapport à 2006 et s'est élevée à 17,76 millions de tonnes. La consommation de cuivre a augmenté de 4 % en 2007, la consommation de cuivre de la Chine ayant bondi de 25 % d'une année sur l'autre, tandis que la consommation de cuivre des États-Unis a fortement chuté de 20 %.

Aluminium et ses alliages

L'aluminium et un certain nombre d'alliages à base de celui-ci sont utilisés en génie électrique en raison de leur bonne conductivité électrique, de leur résistance à la corrosion, de leur faible densité et, surtout, de leur coût inférieur par rapport au cuivre et à ses alliages conducteurs.

En fonction de l'amplitude de la résistance électrique, les alliages d'aluminium sont divisés en alliages conducteurs et alliages à haute résistance électrique.

La conductivité électrique spécifique des nuances d'aluminium électrique A7E et A5E est d'environ 60% de la conductivité du cuivre recuit selon la norme internationale. L'aluminium technique AD0 et l'aluminium électrique A5E sont utilisés pour la production de fils, câbles et pneumatiques. Les alliages d'aluminium faiblement alliés des systèmes Al-Mg-Si AD31, AD31E sont utilisés dans l'industrie électrique.

La croûte terrestre contient 8,8 % d'aluminium. C'est le troisième élément le plus abondant dans la nature après l'oxygène et le silicium et le premier parmi les métaux. Il fait partie des argiles, feldspaths, micas. Plusieurs centaines de minéraux Al sont connus (aluminosilicates, bauxites, alunites et autres). Le minéral d'aluminium le plus important - la bauxite contient 28 à 60% d'oxyde d'aluminium - l'oxyde d'aluminium Al2O3.

Sous sa forme pure, l'aluminium a été obtenu pour la première fois par le physicien danois H. Oersted en 1825, bien qu'il soit le métal le plus répandu dans la nature.

La production d'aluminium est réalisée par électrolyse d'oxyde d'aluminium Al2O3 dans de la cryolithe fondue NaAlF4 à une température de 950°C.

Les principales caractéristiques de l'aluminium: densité - 2,7 × 103 kg / m3, chaleur spécifique de l'aluminium à 20 ° C - 0,21 cal / deg, point de fusion - 658,7 ° C, point d'ébullition de l'aluminium - 2000 ° C, coefficient de dilatation linéaire de aluminium (à une température d'environ 20 ° C): — 22,9 × 106 (1 / deg)

Les alliages d'aluminium, qui augmentent sa résistance et améliorent d'autres propriétés, sont obtenus en y introduisant des additifs d'alliage tels que le cuivre, le silicium, le magnésium, le zinc, le manganèse.

Duralumin (duralumin, duralumin, du nom de la ville allemande où la production industrielle de l'alliage a commencé) - fonte d'aluminium (base) avec du cuivre (Cu : 2,2-5,2%), du magnésium (Mg : 0,2-2,7%) du manganèse ( Mn : 0,2-1%). Trempé et vieilli, souvent doublé d'aluminium. C'est un matériau structurel pour l'aviation et l'ingénierie des transports.

Silumin — alliages légers d'aluminium (base) avec du silicium (Si : 4-13 %), parfois jusqu'à 23 % et quelques autres éléments : Cu, Mn, Mg, Zn, Ti, Be). Des pièces de configuration complexe en sont produites, principalement dans les industries automobile et aéronautique.

Magnalia - alliages d'aluminium (base) avec du magnésium (Mg : 1-13%) et d'autres éléments à haute résistance à la corrosion, bonne soudabilité, haute plasticité. Ils sont utilisés pour fabriquer des pièces moulées (cast magnalia), des tôles, du fil, des rivets, etc. (Magnalia déformable).

En termes de domaine d'application, les alliages d'aluminium occupent la deuxième place après l'acier et la fonte.

Quelques faits intéressants sur l'aluminium :

• jusqu'à 140 mg d'aluminium sont présents dans l'organisme d'un adulte,

• 1 kg d'aluminium dans une voiture permet d'économiser plus de 10 litres d'essence tous les 200 000 kilomètres,

• même les pommes contiennent de l'aluminium — jusqu'à 150 mg / kg,

• chaque 20e des atomes qui composent la couche supérieure de notre planète est un atome d'aluminium,

• les besoins quotidiens d'un adulte en aluminium sont estimés à 2,45 mg.

Avec une conductivité spécifique plus faible (environ 56% de cuivre recuit), les alliages conducteurs d'aluminium ont le même objectif que l'aluminium électrique. Ces alliages sont utilisés pour répondre à des exigences élevées en matière de résistance, de fluage et d'autres exigences particulières.Les pneus en aluminium sont produits selon GOST 15176-89 à partir des alliages AD31 et AD31T, moins souvent AD0.

La consommation mondiale d'aluminium primaire en 2007 était de 37,52 millions de tonnes, soit 3,184 millions de tonnes (ou 9,3 %) de plus qu'en 2006. La production mondiale d'aluminium primaire a augmenté en 2007 de 4,024 millions de tonnes par rapport à 2006 et a atteint 38,02 millions de tonnes.

Fabricants de produits en cuivre

Le plus grand producteur de cuivre sur le marché russe — MMC Norilsk Nickel

Le deuxième plus grand producteur de miel de notre pays est la holding UMMC.

Le troisième acteur majeur sur le marché russe est la Russian Copper Company. CJSC "Russian Copper Company" comprend 11 entreprises opérant dans quatre régions de Russie, ainsi que sur le territoire du Kazakhstan

Il existe sur le marché des pneus en cuivre provenant de plusieurs usines: Kamensk-Uralsky OCM, Kolchuginsky OCM, Artemovsky OCM, Kirovsky OCM. Kirovsky et Kolchuginsky OCM font partie de l'OJSC UMMC.

Technologies et prix

La technologie de production des bus en cuivre étant connue et pratiquement la même dans toutes les usines, le rapport qualité/prix passe au premier plan pour le consommateur. Entreprises nationales - les leaders de l'industrie produisent actuellement des produits de qualité et se font concurrence, principalement sur les prix. Mais en parlant de la qualité des jeux de barres en cuivre, il convient de noter que les impuretés, même en très petites quantités, réduisent considérablement la conductivité électrique du cuivre. Par conséquent, le mariage n'a pas sa place ici.

Dans le même temps, les entreprises étrangères et locales proposent des solutions innovantes qui leur permettent de fabriquer des produits avec des paramètres de qualité clairement définis.De plus, dans des moments particulièrement critiques, la production de pneus en cuivre s'effectue selon nos propres solutions, parfois originales.

Par exemple, OJSC « KUZOTSM » produit des rubans collecteurs en alliage cuivre-argent. Un tel alliage surpasse le cuivre dans ses caractéristiques opérationnelles et, contrairement à l'alliage de cuivre avec du cadmium, est respectueux de l'environnement. L'usine produit également un certain nombre de profils électriques critiques. Il s'agit notamment de profilés électriques rectangulaires en cuivre, tels que des pneumatiques semi-rigides, des pneumatiques pleins à couverture de surface accrue : pneumatiques avec arrondi complet des petits côtés de la section de dureté différente, etc.

Les pneus semi-rigides sont fabriqués pour répondre aux exigences de qualité de surface britanniques BS1432 et pour obtenir des propriétés mécaniques semi-rigides. Les pneumatiques sont fabriqués à partir d'une billette pressée en deux passes d'étirage avec recuit intermédiaire, et la finition est réalisée avec un degré de déformation réduit par rapport au schéma de fabrication de pneumatique plein traditionnel.

Pneus avec une pureté de surface accrue, destinés à leur revêtement électrolytique ultérieur avec de l'argent, offrant la conductivité électrique la plus élevée au point de contact, ce qui dicte des exigences particulières pour leur rugosité de surface (Rz≤0,63 microns selon GOST 2789-73). L'indicateur de rugosité requis par le client a été atteint chez KUZOTsM par un certain nombre de méthodes technologiques - l'utilisation de réductions totales accrues pendant l'étirage, une préparation supplémentaire de la surface d'étirage avant l'achèvement de l'étirage et le traitement correspondant d'un canal de forme spéciale à partir de matrices composites et monolithiques . Le niveau de rugosité garanti ci-dessus (Rz ≤ 0,63 microns) permet l'application de revêtements d'une épaisseur donnée uniformément sur la surface du pneumatique.De cette manière, il est possible de créer des surfaces de contact avec une faible résistance de contact et une conductivité électrique élevée.

Les pneus avec arrondi complet des petits côtés de la section, c'est-à-dire avec un rayon de courbure égal à la moitié de l'épaisseur du pneu, présentent certains avantages par rapport aux pneus traditionnels : la résistance à l'usure du revêtement isolant augmente en raison de l'absence de courbures dans les coins du profil, des économies importantes sont réalisées sur le cuivre, et les indicateurs de la répartition de la charge actuelle sur la section sont des pneus améliorés.

Dans quelques mois, les relations entre les fabricants russes de produits électriques et leurs concurrents étrangers devraient franchir une nouvelle étape. Cela est dû à l'entrée dans l'OMC. D'une part, l'adhésion à l'OMC ouvre un marché étranger aux fabricants russes. D'autre part, l'adhésion à l'OMC signifie une réduction obligatoire des droits d'importation, qui devraient être réduits de près d'une fois et demie en 3 à 4 ans. La principale concurrence sera dans la qualité des produits.

N. Alexandrov. Métaux et prix