Le laiton / Cuivre / Bronze ...

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, aux proportions variables, il est d'origine Arabe. Il contient souvent également d'autres métaux tels que le plomb, l'étain, le nickel, le chrome et le magnésium. Le nickel est utilisé dans les pièces de monnaie ou pour le plaquage du laiton, en raison de sa résistance à l'oxydation et à la corrosion. La corrosion fait apparaître à la surface du laiton une couche appelée vert-de-gris.

Le laiton est connu depuis la préhistoire, les Grecs le connaissaient aussi dans l'Antiquité.

Il ne faut pas confondre le laiton avec le bronze, qui est un alliage de cuivre et d'étain, ni avec le régule, alliage d'étain ou de plomb et d'antimoine.

Le laiton est très facile à usiner mais relativement fragile. On l'utilise depuis longtemps pour la fabrication d'instruments de précision, d'éléments décoratifs pour le mobilier, d'instruments de musique, de robinetterie, de serrurerie, etc. Le laiton est le plus utilisé des alliages de cuivre. C'est l'un des principaux métaux utilisés par l'industrie du décolletage (fabrication de petites pièces tournées en très grandes séries).

Le laiton est le métal utilisé en papeterie pour l'impression des filigranes, des vergeures et pontuseaux.

Le laiton est aussi utilisé dans la fabriquation des douilles d'obus.

Les laminés de laiton (plaques) sont utilisés en décoration pour la gravure et le guillochage (vernies, elle deviennent les plaques sur les portes des médecins par exemple).

Les laitons servent aussi de base à la fabrication des alliages à mémoire de forme.

La masse volumique du laiton est de 8 400 kg·m^-3, sa conductivité thermique est d'environ 121 W·m^-1·K^-1. Sa température de fusion est d'environ 900°  et elle varie en fonction de la proportion Zinc-Cuivre (source : sens commun)

Il existe trois catégories de laiton :

• les laitons simples (binaires) : ils ne contiennent que du cuivre et du zinc. L'ajout de zinc abaisse la température du point de fusion de l'alliage ainsi que sa conductivité électrique, mais en augmente la dureté et la résistance mécanique.
• les laitons au plomb (environ 60 % de cuivre, 40 % de zinc, 1 % à 3 % de plomb) : le plomb améliore l'usinabilité en se disséminant en fins globules qui permettent une meilleure fragmentation des copeaux.
• les laitons spéciaux : ils ont pour but d'augmenter les propriétés mécaniques par l'addition d'éléments d'alliage (étain, aluminium, arsenic, magnésium, nickel, fer, silicium…).

Le cuivre pourrait bien être le premier métal à avoir été utilisé par l'homme, étant donné que des objets en cuivre datant de 8700 avant J.-C. ont été trouvés. Traditionnellement, on situe l'âge du cuivre au Chalcolithique, c'est-à-dire entre 2 300 et 1 800 av. J.C. Dans l'Antiquité le cuivre était pincipalement extrait dans l'île de Chypre. Le « métal de Chypre » était nommé aes cyprium, puis cuprum. C'est là l'origine du mot cuivre.

Le cuivre est rarement utilisé pur, sauf pour les conducteurs électriques et dans le cas où l'on souhaite une grande conductivité thermique. Le cuivre pur est très ductile (élongation à la rupture élevée).

• les pièces de conduction : Il est montré que la conductivité thermique et électrique du cuivre sont liées très fortement. Cela résulte du mode de transmission de la chaleur et de l'électricité dans les métaux qui se fait majoritairement par déplacement d'électrons. On notera à ce titre que le cuivre servant dans ce domaine doit être extrêmement pur (couramment 99,999% Cu). Les impuretés solubles dans la matrice de cuivre telles que le phosphore (même en très faible proportion) diminuent très fortement la conductivité. A l'heure actuelle, le cuivre est souvent écarté au profit de l'aluminium. Ce dernier présente de fait un rapport conductivité sur densité bien plus favorable. Plus aucun radiateur d'automobile n'est aujourd'hui en cuivre. Quand on sait également que l'aluminium est beaucoup moins cher que le cuivre, on comprend pourquoi il en est de même pour les câbles électriques HT.
• Le cuivre est couramment utilisé en laboratoire comme cible dans les tubes à rayons X pour la diffraction sur poudres. La raie Kα du cuivre a pour longueur d'onde moyenne 1,54182 Å.

• Les alliages de cuivre, par contre, sont très largement utilisés dans de nombreux domaines. Les alliages les plus célèbres sont certainement le laiton (Cu-Zn) et le bronze (Cu-Sn) qui ont été élaborés bien avant qu'on ne fasse les premières coulées de cuivre pur. Les Fonts baptismaux de la collégiale St Barthélémy de Liège ont fasciné les chercheurs à ce niveau. Il a fallu se rendre à l'évidence que le laiton est plus facilement élaborable que le cuivre pur et le zinc pur séparés. Cela résulte simplement de la thermodynamique des solutions, produire un métal impur à partir d'un minerai impur est plus facile qu'extraire un métal pur d'un minerai impur.

• pièces mécaniques : le cuivre pur ou légèrement allié présente des propriétés mécaniques satisfaisantes mais il n'est généralement pas utilisé en raison de sa densité élevée (comparé au magnésium et à l'aluminium ou même au fer), sa rareté et son coût d'élaboration (et donc d'achat) limite fortement son utilisation. Actuellement, la présence de cuivre dans certains alliages est plus pour son caractère semi-noble que mécanique pur.
• pièces de frottement et d'usure .
• pièces devant résister à la corrosion, l'oxyde de cuivre est stable à température ambiante et recouvre généralement par une fine couche isolante les pièces en cuivre. Il est assez semblable à l'aluminium à ce niveau.

Le bronze est un nom générique qui était donné autrefois à tous les alliages de cuivre. Aujourd'hui, son sens est le plus souvent restreint aux alliages de cuivre ayant l'étain comme principal élément d'alliage.

Le terme airain désigne aussi le bronze en poésie et dans les textes littéraires, ainsi qu'en campanologie, où il désigne l’alliage utilisé pour la fonderie des cloches.

Les bronzes sont, pour la plupart, composés de plus de 54 % de cuivre (qui peut aller jusqu'à avoisiner les 95 %¹) et d'une proportion variable, non seulement d'étain, mais aussi d'aluminium, de plomb, de béryllium, de manganèse et de tungstène, ainsi qu'accessoirement de silicium et de phosphore, mais pas de zinc en quantité notable (ne pas confondre avec le laiton, dont le terme anglais brass est souvent traduit à tort par « bronze »).

Leurs caractéristiques principales sont une bonne résistance à l'usure, une résistance moyenne à la corrosion et une bonne conductivité électrique. On les utilise souvent comme matériau de frottement en face de l'acier. La corrosion des pièces en bronze est une entrave à leur usage dans le secteur de la marine et de l'industrie navale. Dans ce domaine on leur préfère des alliages cupro-aluminium.

Le point de fusion du bronze est d'environ 1 000 °C.

Le bronze est travaillé par un bronzier...... ou un décolleteur !