1. Coefficient de dilatation thermique du cuivre pur
Le cuivre pur (cuivre sans oxygène- ou cuivre pur commercial tel que T2, C11000) a un coefficient de dilatation thermique linéaire relativement élevé, qui est l'une de ses propriétés physiques importantes dans les applications d'ingénierie.
De 20 degré à 100 degré : environ 16,5 × 10⁻⁶ / degré
De 20 degrés à 200 degrés : environ 17,3 × 10⁻⁶ / degré
De 20 degré à 300 degré : environ 17,7 × 10⁻⁶ / degré
Cela signifie que lorsque la température augmente, le cuivre pur se dilate sensiblement, ce qui doit être pris en compte dans la conception thermique, les ajustements d'assemblage et les composants structurels-à haute température.
2. Le cuivre pur est-il adapté à un service à long-température élevée- ?
2.1 Conclusion
Le cuivre pur ne convient PAS à une utilisation à long terme à des températures élevées, en particulier au-dessus de 250 degrés.
Il ne peut maintenir des performances stables que pour un service à long terme-à des températures inférieures à 150 degrés dans des atmosphères non corrosives. Au-dessus de cette température, l'oxydation, le ramollissement, la perte de résistance et la dégradation structurelle deviennent graves et limitent sa durée de vie.
2.2 Dégradation des performances du cuivre pur à haute température
(1) Oxydation accélérée
En dessous de 300 degrés, le cuivre forme un mince film d'oxyde (Cu₂O et CuO) qui offre une protection limitée.
Au-dessus de 300 degrés, l’oxydation s’accélère considérablement. La couche d'oxyde devient épaisse, lâche et non protectrice, pénétrant continuellement vers l'intérieur. Au-dessus de 500 degrés, l'oxydation est extrêmement rapide, entraînant une consommation de matériau, une fragilisation de la surface et des fissures.
Dans les environnements contenant du soufre, du chlore ou d'autres éléments corrosifs, la corrosion à haute -température est encore accélérée, provoquant une défaillance précoce.
(2) Perte importante de résistance mécanique
Le cuivre pur a une faible résistance aux températures élevées et est sujet au ramollissement et au fluage.
À 100-200 degrés, la résistance diminue d'environ 10 à 20 %. À 300 à 400 degrés, la résistance diminue de 30 à 50 % et la déformation plastique sous charge devient inévitable.
Au-dessus de 500 degrés, la résistance résiduelle est inférieure à un tiers de la résistance à température ambiante, ce qui la rend impropre à toute structure porteuse.
(3) Détérioration de la conductivité électrique et thermique
Bien que le cuivre reste hautement conducteur à haute température, sa résistivité électrique augmente avec la température (environ +0.4 % par degré).
À 500 degrés, la résistivité double presque, réduisant l'efficacité de conduction et augmentant la génération de chaleur.
La conductivité thermique diminue également progressivement à des températures élevées, affaiblissant ainsi son avantage en matière de dissipation thermique.
2.3 Plages de températures de fonctionnement recommandées à long terme
Inférieure ou égale à 120 degrés : température standard de longue durée pour les composants électriques, les câbles et les échangeurs de chaleur ; stable et fiable.
120–250 degrés : Acceptable pour un service à moyen terme mais avec un vieillissement accéléré ; nécessite une inspection régulière.
>250 degrés : Non recommandé pour une utilisation continue à long terme.
>500 degrés : uniquement pour une exposition à très court terme ; une utilisation à long terme entraînera un échec rapide.
2.4 Mesures d'amélioration pour les applications à haute température
Si le cuivre pur doit être utilisé à des températures élevées, les mesures suivantes peuvent prolonger la durée de vie :
Revêtement de surface : nickelage, étamage ou argentage pour isoler l'oxygène.
Atmosphère contrôlée : Utilisation en atmosphères inertes ou réductrices (azote, hydrogène) pour supprimer l'oxydation.
Substitution d'alliages : les alliages de laiton, de bronze ou de cuivre-nickel offrent une bien meilleure stabilité à haute température.
Conception structurelle : permet un espace de dilatation thermique et réduit les contraintes thermiques.
2.5 Résumé
Le cuivre pur est excellent pour la conduction thermique et électrique à des températures basses à modérées (inférieures ou égales à 150 degrés).
Cependant, en raison d'une oxydation rapide, d'un ramollissement important et du déclin des propriétés mécaniques, il ne convient pas à un service à long terme à haute température supérieure à 250 degrés. Pour les applications techniques à haute température, la sélection des matériaux doit privilégier les alliages de cuivre résistants à la chaleur ou les composants en cuivre protégés en surface, avec des limites strictes sur la température de fonctionnement et l'environnement de service.
