Applications générales du cuivre au béryllium

Le cuivre au béryllium, ou BeCu, ou encore bronze au béryllium, est un alliage de cuivre à haute performance contenant un faible pourcentage de béryllium (0,2 % à 2 %). Ce mélange unique confère à l'alliage d'excellentes caractéristiques : résistance élevée, bonne conductivité électrique et thermique, résistance à la corrosion, comportement non magnétique et résistance aux étincelles.

C'est pourquoi le cuivre au béryllium est utilisé dans l'électronique, l'aérospatiale, le pétrole et le gaz. Voici les applications les plus courantes du cuivre au béryllium :

1. Composants élastiques et conducteurs

Les alliages de cuivre au béryllium sont utilisés dans la fabrication de composants élastiques conducteurs, tels que les interrupteurs, les connecteurs et les contacts à ressort. Sa résistance est presque deux fois supérieure à celle des autres alliages de cuivre. Le BeCu présente également une conductivité élevée. Il peut donc supporter des flexions fréquentes sans fatigue ni déformation.

Dans les secteurs des télécommunications et de l'électronique, le cuivre au béryllium est souvent utilisé pour fabriquer des connecteurs de signaux, des bornes électriques et des contacts de batterie. Ces composants doivent être précis et durables dans des espaces limités.

2. Roulements et bagues résistants à l'usure

En raison de sa résistance à l'usure, le cuivre au béryllium est couramment utilisé pour fabriquer des paliers lisses et des bagues. Ces pièces sont généralement soumises à des frottements, des vibrations et de lourdes charges. La résistance à la fatigue du cuivre au béryllium le rend apte à une utilisation prolongée.

Un exemple bien connu est celui du secteur aérien. American Airlines a remplacé les roulements en cuivre traditionnels par des roulements en cuivre au béryllium. La durée de vie des roulements a ensuite été améliorée de 8 000 à 28 000 heures. Ce type de résistance réduit considérablement les temps d'arrêt et les coûts de maintenance.

3. Outils antidéflagrants

Une autre excellente caractéristique du cuivre au béryllium est qu'il ne produit pas d'étincelles. Les outils fabriqués à partir de métaux normaux, lorsqu'ils sont frappés contre une surface dure, émettent des étincelles, ce qui constitue un énorme danger pour la sécurité dans les environnements explosifs tels que les raffineries de pétrole, les usines chimiques et les mines.

Les outils en cuivre au béryllium, en revanche, éliminent ce risque. Ils sont utilisés dans les clés, les tournevis, les marteaux et les burins dans les endroits où il peut y avoir des vapeurs ou des gaz inflammables. Ces outils donnent aux employés un sentiment de sécurité et répondent aux exigences strictes de sécurité dans les environnements de travail dangereux.

4. Moules de précision et moulage sous pression

Le cuivre au béryllium possède une bonne conductivité thermique, une dureté élevée et une résistance à la déformation par la chaleur. Il convient donc à l'utilisation de moules, en particulier pour les moules d'injection plastique et de moulage sous pression. Sa bonne conductivité thermique permet également un refroidissement rapide des pièces en plastique.

Les moules en cuivre au béryllium sont également connus pour leur bonne finition de surface et leur faible fatigue thermique. Ces alliages permettent également de maintenir des tolérances étroites. De plus, la réutilisation de l'alliage réduit les coûts globaux de fabrication des moules.

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5. Composants électriques à haute conductivité

Certains alliages de cuivre au béryllium (Cu-Ni-Be et Co-Cu-Be) sont largement utilisés dans les applications de résistance et de haute conductivité électrique. Ils peuvent offrir une conductivité électrique allant jusqu'à 50 % de la norme IACS (International Annealed Copper Standard) et sont utilisés pour les contacts électriques, les électrodes, ainsi que dans les éléments de relais à haute performance.

Par exemple, il est utilisé dans les électrodes de soudage par résistance. Ces électrodes doivent transporter des courants électriques élevés. Elles doivent également résister à l'usure mécanique et aux contraintes thermiques.

Types d'alliages de cuivre au béryllium

Les alliages de cuivre au béryllium sont classés en deux catégories :

-Cuivre au béryllium à haute conductivité (0,2 %-0,6 % Be) : Il se concentre sur la conductivité au détriment de la résistance ; il est utilisé dans les domaines de l'électricité et de l'électronique.

-Cuivre au béryllium à haute résistance (1,6 %-2,0 % Be) : Offre une résistance maximale et une grande conductivité ; convient aux applications structurelles et mécaniques ;

Ils peuvent également être classés en 4 types principaux selon la norme américaine :

1. C17200 (1,8-2,0%Be)

• Résistance maximale (jusqu'à 200 ksi après traitement thermique), grande résistance à la fatigue et à l'usure.
• Utilisé dans l'aérospatiale, les instruments de précision, les connecteurs, les moules.

2. C17300 (0,2-0,6 %Be, plomb ajouté)

• Résistance plus faible mais meilleure usinabilité.
• Utilisé pour fabriquer des connecteurs électriques, des interrupteurs, des fixations.

3. C17500 (0,4-0,7%Be, cobalt ajouté)

• Bonne conductivité électrique et thermique, résistance modérée.
• Peut être utilisé dans les composants de soudure par résistance, les contacts électriques.

4. C17510 (0,4-0,7%Be, nickel ajouté)

• Résistance plus élevée que le C17500, toujours bonne conductivité.
• Il trouve des applications dans les systèmes électriques automobiles et aérospatiaux.

Pour en savoir plus : Types courants de cuivre au béryllium

Conclusion

La résistance et les propriétés du cuivre au béryllium le rendent utile dans de nombreuses industries. On le trouve dans les connecteurs électroniques ou dans les outils anti-étincelles. Les alliages de BeCu ne déçoivent jamais. Pour plus d'alliages de cuivre au béryllium, veuillez consulter le site Stanford Advanced Materials (SAM).

Tableau récapitulatif : Applications générales du cuivre au béryllium

Référence :

[1] Baum, Markus & Jasser, Fabian & Stricker, Michael & Anders, Denis & Lake, Simone. (2022). Numerical simulation of the mold filling process and its experimental validation (Simulation numérique du processus de remplissage des moules et sa validation expérimentale). The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 120. 1-12. 10.1007/s00170-022-08888-9.