Brevet FR2182212A1 — publié le 19731207

.Vour-l'aluminium utilisé en tant que matière conductrice de l'électricité , on spécifié normalement que la conductivité doit dépasser une certaine valeur minimum . Il est habituellement nécessaire que la conductivité s'élève à au moins 5 61% de. la conductivité du cuivre recuit suivant la norme internationale (International Annealed Copper Standard). Ceci signifie » que de petites quantités d'autres éléments dans l'aluminium , tels que par exemple le fer et le silicium, peuvent être admises. On peut quelquefois accepter une conductivité légèrement inférieure lO à la valeur spécifiée. Ceci est en particulier le cas si d'autres avantages sont obtenus , comme par exemple des propriétés mécaniques améliorées. On peut utiliser l'aluminium comme matière conductrice de l'électricité entre autres dans des câbles, dans 15 des fils pour dfes machines et des appareils électriques et dans des barres destinées par exemple à des appareillages de commutation. Lorsqu'on utilise de l'aluminium en tant que matière pour -des conducteurs électriques, on rencontre des dif-20 ficultés considérables pour parvenir à un contact efficace et durable entre le conducteur et les dispositifs de connexion, comme par exemple des pinces et des raccords de câble . Ces difficultés sont particulièrement prononcées si le contact entre le conducteur en aluminium et le dispositif de connexion est purement 25 mécanique, par exemple lorsqu'on utilise un joint à vis et pince. Même si un bon contact , c'ést-à-dire une faible résistance de transition ou de transfert , peut être obtenu entre le conducteur en aluminium et le dispositif de connexion dans la fixation , il s'est révélé que la résistance de transition augmen-30 te au cours du temps, en particulier si le contact est soumis à la chaleur et/ou à l'humidité. On a essayé d'éviter ces difficultés de différentes façons. Entre autres , un procédé bien connu estde doter la surface d'aluminium d'un revêtement d'un autre métal, tel que de l'argent. , de l'étain, du nickel, du cuivre 3 5 et du zinc , qui procure une faible résistance de contact pour le dispositif de connexion ,même lors d'un fonctionnement pendant une longue période de temps dans des conditions variables. Ceci peut être^obtenu par exemple grâce à un dépôt électrolytique 2 73 15479 2182212 de ces métaux sur la surface en aluminium. On utilise également un procédé pour la connexion d'un conducteur en cuivre au conducteur en aluminium grâce à un soudage sous pression à froid , suivant lequel le conducteur doit être amené en contact avec le 5 dispositif de connexion. Un autre procédé bien connu pour chercher à éviter une-augmentation de la résistance de contact, con- t siste à assurer qu'une pression de contact requise soit maintenue en tout temps entre le conducteur en aluminium et le dispositif de connexion. Ceci peut être réalisé en utilisant un dispositif de connexion élastique . Les procédés connus précédemment soit entraînent un travail supplémentaire et onéreux, soit procurait à la longue un contact peut satisfaisant avec une résistance de contact trop élevée entre le conducteur en aluminium et le dispositif de connexion. Un autre problème avec les conducteurs en aluminium consiste à obtenir des propriétés prédéterminées dans le produit obtenu dans son ensemble lorsque le conducteur est fabriqué à échelle industrielle. Ceci est en liaison avec le fait qu' en particulier les propriétés mécaniques , telles que la résistance à la traction et l'allongement, dépendent fortement des conditions au cours des processus de travail du métal. Le's problèmes existants sont résolus suivant la présente invention qui concerne un conducteur à l'aluminium qui peut être connecté directement à un dispositif de connexion en procurant un contact avec une faible résistance de contact durable même si le contact est soumis à la chaleur et/ou à l'humidité et qui possède également de bonnes propriétés mécaniques prédéterminées , y compris de bonnes propriétés de relaxation. -Il est également possible d'atteindre une conductivité du conducteur d'au moins 61% de la norme internationale IACS . Le fait que le conducteur possède de bonnes propriétés de relaxation signifie que la pression de contact entre le conducteur et le dispositif de connexion est maintenue de manière efficace. Une caractéristique de la présente invention est que l'obtention de ces propriétés dépend dans une très faible mesure des conditions régnant au cours des processus de travail du métal. La présente invention concerne un conducteur électrique en aluminium possédant une conductivité électrique 20 25 30 35 73 15479 3 2182212 d'au moins 59% et de préférence d'au moins 61% de la conductivité pour le cuivre recuit suivant la norme internationale (International Annealed Copper Standard, IACS), qui se caractérise par le fait que l'aluminium contient de 0,001 à 0,10 et 5 de préférence de 0,01 à 0,05% en poids de béryllium , de 0,05 à 0,35 et de préférence, de 0,05 à 0,24% en poids de cuivre et de 0,01 à 0,20 et de préférence de 0,03 à 0,12 % en poids de magnésium , la quantité totale de béryllium, de cuivre et de magnésium atteignant au plus 0,50 pour-cent en poids et de pré-10 férence au plus 0,40 pour-cent en poids. Il est essentiel suivant la présente invention que le béryllium , le cuivre et le magnésium soient incorpo-fcés avec les teneurs spécifiées précédemment pour parvenir aux propriétés définies précédemment. 15 Le pourcentage d'aluminium dans le conducteur est d'au moins 98,5 pour-cent en poids et de préférence au moins 99,0 pour-cent en poids. Un pourcentage d^aluminium d'au moins 99,2 pour-cent en poids çgfc particulièrement préféré. L'aluminium contient de préférence du silicium en une quantité de 0,02 à 20 0,12 pour-cent en poids et du fer en une quantité atteignant de 0,05 à 0,45 pour-cent en poids , c'est-à-dire des teneur s normales pour ces matières. En outre, l'aluminium peut contenir de petites quantités d'autres éléments fréquemment présats dans 1' aluminium servant de matière conductrice , tels que du chrome, 25 du titane, de zirconium, du vanadium , du molybdène, du bore, de l'étain, du zinc, du cadmium, du manganèse , du nickel , du cobalt, de l'antimoine et des métaux de terres rares. La teneur totale en autres éléments à part l'aluminium dans la matière conductrice atteint au plus 1,5-'pour-cent en poids et de préfé— 30 rence au plus 1,0 pour-cent en poids . On préfère tout particulièrement une teneur totale en éléments autres que l'aluminium de 0,8 pour-cent en poids. Le béryllium, le cuivre et le magnésium sont ajoutés de préférence sous la forme d'alliage-mère à de l'alù-35 minium en fusion mais peuvent aussi être ajoutés sous une forme pure directement à l'aluminium. A titre d'exemples d'alliages-mères appropriés parmi un grand nombre disponible ,on peut mentionner un alliage de béryllium et d'aluminium contenant 5 pour- 15479 4 2182212 cent en poids de béryllium et 95 pour-cent en poids d'aluminium, un alliage de cuivre et d'aluminium contenant 20 pour-cent en poids de cuivre et 80 pour-cent en poids d'aluminium et un alliage de magnésium-aluminium contenant 25 pour-cent en poids de magnésium et 75 pour-cent en poids d'aluminium. D'autres éléments qui doivent être incorporés dans le produit final, sont également a'joutës à l'aluminium en fusion, pour autant qu'ils ne soferfc pas présentsdans la matière première utilisée pour l'aluminium. Apçès ceci, la masse en fusion est coulée suivant des procédés classiques en un lingot qui est transformé , par laminage , pressage ou un autre façonnage, habituellement avec un chauffage , en un produit de la forme désirée , par exemple en bartes ou rubans . Un usinage à froid uLtérieur a fréquemment lieu , par exemple un laminage ou un étirage pour la fabrication d'un.produit final offrant la dimension désirée , par exemple un fil pour des enroulements. Le conducteur en aluminium suivant l'invention est de préférence soumis à un traitement thermique soit en tant que produit final, soit au cours d'une étape précoce de la fabrication. Une caractéristique importante de l'invention est que le traitement thermique peut être effectué sur le produit final , c'est-à-dire le conducteur fini, et que les propriétés prédéterminées du produit final peuvent être obtenues même dans des conditions de traitement thermique variant fortement. Le traitement thermique est effectué de préférence à 250-350°.C pendant 6,5 à 20 et de préférence 0,5 à 10 heures, mais il peut aussi avoir lieu dans d'autres conditions utilisées de manière classique. Pour certaines applications , par exemple pour un fil conducteur destiné à des lignes de transmission aériennes , les propriétés les plus appropriées du conducteur en aluminium sont obtenues sans traitement thermique. Pour d'autres applications, par exemple lors de l'extrusion à chaud de barres, le traite-meni?thermique qui a lieu en combinaison avec le façonnage ou le formage est suffisant dans de nombreux cas. D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après , donnée à titre d'exemple non limitatif et en. se référant au- dessin annexé . dont les figures sont des diagrammes donnant les propriétés d' un conducteur en aluminium suivant l'invention. 5 73 15479 2182212 EXEMPLE 1 99,68 pour-cent en poids d'une matière première constituée par 99,7 pour-cent en poids d'aluminium , 0,17 pour-cent en poids de fer, 0,07 pour-cent en poids de silicium , 0,1 5 pour-cent en poids de zinc et du bore, du titane, du vanadium et du manganèse avec à chaque fois des teneurs inférieures à 0,005 i pour-cent en poids, sont mis- en fusion dans un four et on leur ajoute 0,01 pour-cent en poids de béryllium , 0,23 pour-cent en poids de cuivre et 0,04 pour-cent en poids de magnésium , le bé-10 ryllium , le cuivre et le magnésium formant alors un alliage avec l'aluminium. Le produit en fusion est coulé dans une machine Properzi et laminé à chaud en une barre ayant un diamètre de 9,5 mm. Celle-ci est alors étirée jusqu'en un fil avec un diamètre de 2,0 mm dans une machine d'étirage. Après ceci le fil est trai-15 té thermiquement par chauffage à environ 300°C pendant 2 heures dans l'air. Des morceaux d'essai dû fil obtenu sont conservés conjointement avec des morceaux d'essai du fil correspondant sans les additions de béryllium , de cuivre et de magnésium , dans des chambres de chauffage à 100°C ainsi que dans des chambres 20 d'humidification à 60°C. La résistance de contact avec un dispositif de connexion sous la forme d'une pince est mesurée chaque jour. Alors que la résistance de contact pour les morceaux d'essai avec les additions de béryllium, de cuivre et de magnésium . ..est inchangée dans les deux essais par rapport à la valeur inia-25 le encore après 400 heures , la résistance de contact pour les morceaux d'essai sans les éléments supplémentaires augmente à la fois dans la chambre de chauffage et dans la chambre d'humidification après 100 heures jusqu'à plus de dix fois la valeur i-nitiale. La résistance à la traction du fil traité thermiquement 30 est de 13,5 kp/mm et l'allongement de 13,0 pour-cent. La conduc-. tivité est de 61,5 pour-cent IACS. EXEMPLE 2 A 98,18 parties en poids de la matière première définie à. l'exemple 1 , on ajoute après fusion 0,6 partie en 35 poids d'un alliage de béryllium-aluminium constitué par 5 pour-cent en poids de béryllium et 95 pour-cent en poids d'aluminium, ainsi que 0,5 partie d'un alliage de cuivre et d'aluminium constitué par 20 pour-cent en poids de ciivre et 80 pour-cent en poids 73 15479 2182211 d'aluminium et finalement 0.72 partie d'un alliage de magnésium-aluminium constitué par 25 pour-cent en poids de magnésium et 75 pour-cent en poids d'aluminium. Le produit de fusion est alors 5 coulé et traité de la manière spécifiée dans l'exemple 1. Le fil obtenu offre dans ne cas également une résistance de contact très inférieure après le traitement dans les chambres de chauffage et d'humidification par rapport au fil correspondant sans additif. EXEMPLE 3 10 A 99,70 parties en poids de bmatière première dË.nie dans l'exemple 1 , on ajoute après fusion 0,02 partie en poids de béryllium, 0,20 partie de cuivre et 0,08 partie de magnésium. Le produit de fusion est coulé et traité de la manière définie dans l'exemple 1, la barre étant toutefois étirée jusqu'à un diamètre 15 de 1,78 mm. Le traitement thermique est effectué de la manière définie dans l'exemple 1. La conductivité du fil traité thermiquement est de 61,4 pour-cent IACS. Afin de mesurer les propriétés de relaxation , le fil est serré entre une plaque massive et une vis présntant des surfaces d'extrémité massives , sous une 20 charge de 30 kp. La charge résiduelle est mesurée après différentes périodes jusqu'à 500 heures. Au bout de 500 heures , la charge résiduelle est de 26 kp. Pour un fil correspondant sans additions de béryllium , de cuivre ou de magnésium , la valeur correspondante est de 15 kp et la résistance de contact après vieillissement 25 sous l'effet de la chaleur et de l'humidité est beaucoup plus éle- 2 vée. La résistance à la traction du fil œcuit est de 14 kp/ mm et 1''allongement de 12 pour-cent. EXEMPLE 4 Un fil avec la composition indiquée dans 1' 30 exemple 3 est coulé, laminé et étiré en un fil avec un diamètre de 0,50 mm . Le traitement thermique est effectué à 300°C et un morceau du fil est prélevé toutes les demi-heures pendant une période atteignant jusqu'à 15 heures et il est examiné en ce qui concerne la résistance à la traction , l'allongement et la conduc-35 tivité électrique. Les résultats obtenus sont indiqués dans les diagrammes des figures 1 à 3, dans lesquels la figure 1 indique la dépendance entre la résistance à la traction et le temps de traitement thermique , la figure 2 la dépendance entre l'allon- 73 15479 7 2182212 gobent" et le temos de traitement thermique et la figure 3 la dépendance entre la conductivité électrique et le temps de traitement thermique. Les diagrammes indiquent qie le conducteur, après une brève période de traitement thermique-,i atteint une combinai-5 son de propriétés qui est favorable pour les types courants de fil et de conducteurs de câble et que cette combinaison favorable de propriétés n'est pas perdue au cours de la poursuite du traitement thermique. Il doit être entendu que la présente invention 10 n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre du présent brevet. 73 15479 2182212 REVENDICATIONS 1. Conducteur électrique en aluminium possédant une conductivité électrique d'au moins 59 pour-cent de la conductivité du cuivre recuit suivant la norme internationale 5 (International Annealed Copper Standard,IACS) , caractérisé en ce que l'aluminium contient de 0,001 à 0,10 pour-cent en poids de béryllium, de 0,05 à 6,35 pour-cent en poids de cuivre et de 0,01 à 0,20 pour-cent en poids de magnésium , la quantité totale de béryllium, de cuivre et de magnésium atteignant au plus 0,50 10 pour-cent en poids. 2. Conducteur électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en aluminium dans le conducteur s'élève à au moins 99,0 pour-cent en poids . 3. Procédé de fabrication d'un conducteur 15 électrique en aluminium suivant la revendication 1, caractérisé en ce que de 0,001 à 0,10 pour-cent en poids de béryllium , de 0,05 à 0,35 pour-cent en poids de cuivre et de 0,01 à o^3 pour-cent en poids de magnésium sont ajoutés à l'aluminium , la quantité totale de béryllium de cuivre et de magnésium s'élevant 20 au plus à 0,50 pour-cent en poids , après quoi l'aluminium avec les matières d'alliage ajoutées est façonné en un conducteur ayant la forme finale. 4. Procédé de fabrication suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le conducteur avec sa forme fi- 25 nale est soumis à un traitement thermiqué;