Laiton

By Editors Team on June 4, 2022

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc , dans des proportions qui peuvent varier pour obtenir des propriétés mécaniques, électriques et chimiques variables. [1] C’est un Alliage de substitution : les atomes des deux constituants peuvent se remplacer au sein d’une même structure cristalline.

Astrolabe en laiton Lutrin en laiton avec un aigle. Attribué à Aert van Tricht , Limbourg (Pays-Bas) , ch. 1500

Le laiton est similaire au bronze , un autre alliage contenant du cuivre qui utilise de l’ étain à la place du zinc. [2] Le bronze et le laiton peuvent également contenir de petites proportions d’une gamme d’autres éléments , notamment l’arsenic , le plomb , le phosphore , l’ Aluminium , le manganèse et le silicium . Historiquement, la distinction entre les deux alliages a été moins cohérente et claire, [3] et la pratique moderne dans les musées et l’ archéologie évite de plus en plus les deux termes pour les objets historiques en faveur de « l’alliage de cuivre » plus général . [4]

Le laiton est depuis longtemps un matériau populaire pour la décoration en raison de son aspect brillant et doré. utilisé pour les poignées de tiroir et les poignées de porte . Il a également été largement utilisé pour fabriquer des ustensiles en raison de propriétés telles qu’un point de fusion bas, une maniabilité élevée (à la fois avec des outils à main et avec des machines de tournage et de fraisage modernes ), une durabilité et une Conductivité électrique et thermique .

Le laiton est encore couramment utilisé dans les applications nécessitant une résistance à la corrosion et un faible frottement , telles que les serrures , les charnières , les engrenages , les roulements , les douilles de munitions , les fermetures à glissière , la plomberie , les raccords de tuyaux , les vannes et les fiches et prises électriques . Il est largement utilisé pour les instruments de musique tels que les cors et les cloches , et également utilisé comme substitut du cuivre dans la fabrication de Bijoux fantaisie , de Bijoux fantaisie ., et autres bijoux d’imitation. La composition du laiton, généralement 66 % de cuivre et 34 % de zinc, en fait un substitut favorable aux bijoux à base de cuivre, car il présente une plus grande résistance à la corrosion. Le laiton ne convient pas à des articles tels que les hélices de bateau car le zinc réagit avec les minéraux dans l’eau salée, laissant derrière lui du cuivre poreux. L’étain du bronze ne réagira pas avec ces minéraux.

Le laiton est souvent utilisé dans des situations où il est important de ne pas produire d’ étincelles , comme dans les raccords et les outils utilisés à proximité de matériaux inflammables ou explosifs. [5]

Propriétés

Microstructure de laiton laminé et recuit (grossissement 400×)

Le laiton est plus malléable que le bronze ou le zinc. Le point de fusion relativement bas du laiton (900 à 940 °C, 1 650 à 1 720 °F, selon la composition) et ses caractéristiques d’écoulement en font un matériau relativement facile à couler. En faisant varier les proportions de cuivre et de zinc, les propriétés du laiton peuvent être modifiées, permettant des laitons durs et doux. La densité du laiton est de 8,4 à 8,73 g/cm 3 (0,303 à 0,315 lb/cu in). [6]

Aujourd’hui, près de 90 % de tous les alliages de laiton sont recyclés. [7] Parce que le laiton n’est pas ferromagnétique , il peut être séparé de la ferraille en faisant passer la ferraille près d’un aimant puissant. Les déchets de laiton sont collectés et transportés vers la fonderie, où ils sont fondus et refondus en billettes . Les billettes sont chauffées et extrudées dans la forme et la taille souhaitées. La douceur générale du laiton signifie qu’il peut souvent être usiné sans l’utilisation de fluide de coupe , bien qu’il y ait des exceptions à cela. [8]

L’Aluminium rend le laiton plus solide et plus résistant à la corrosion. L’Aluminium provoque également la formation d’une couche dure très bénéfique d’ oxyde d’Aluminium (Al 2 O 3 ) sur la surface qui est mince, transparente et autocicatrisante. L’étain a un effet similaire et trouve son utilisation surtout dans les applications d’ eau de mer (laitons navals). Des combinaisons de fer, d’Aluminium, de silicium et de manganèse rendent le laiton résistant à l’ usure et à la déchirure . [9] Notamment, l’ajout d’aussi peu que 1% de fer à un alliage de laiton se traduira par un alliage avec une attraction magnétique notable. [dix]

Diagramme de phase binaire

Le laiton se corrode en présence d’humidité, de chlorures , d’ acétates , d’ammoniac et de certains acides. Cela se produit souvent lorsque le cuivre réagit avec le soufre pour former une couche superficielle brune et éventuellement noire de sulfure de cuivre qui, si elle est régulièrement exposée à de l’eau légèrement acide comme l’eau de pluie urbaine, peut alors s’oxyder à l’air pour former une patine de sulfate de cuivre vert-bleu. . [ clarification nécessaire ] Selon la façon dont la couche de sulfure/sulfate a été formée, cette couche peut protéger le laiton sous-jacent contre d’autres dommages. [11]

Bien que le cuivre et le zinc aient une grande différence de Potentiel électrique , l’alliage de laiton résultant ne subit pas de corrosion galvanique intériorisée en raison de l’absence d’environnement corrosif dans le mélange. Cependant, si le laiton est mis en contact avec un métal plus noble tel que l’argent ou l’or dans un tel environnement, le laiton se corrodera galvaniquement ; à l’inverse, si le laiton est en contact avec un métal moins noble comme le zinc ou le fer, le métal le moins noble se corrodera et le laiton sera protégé.

Teneur en plomb

Pour améliorer l’usinabilité du laiton, du plomb est souvent ajouté à des concentrations d’environ 2 %. Le plomb ayant un point de fusion plus bas que les autres constituants du laiton, il a tendance à migrer vers les joints de grains sous forme de globules lors de son refroidissement après coulée. Le motif que les globules forment à la surface du laiton augmente la surface de plomb disponible qui à son tour affecte le degré de lixiviation. De plus, les opérations de coupe peuvent répandre les globules de plomb sur la surface. Ces effets peuvent conduire à une lixiviation importante du plomb à partir de laitons à teneur en plomb relativement faible. [12]

En octobre 1999, le procureur général de l’État de Californie a poursuivi 13 fabricants et distributeurs clés pour contenu en plomb. Lors de tests en laboratoire, des chercheurs de l’État ont découvert que la clé en laiton moyenne, neuve ou ancienne, dépassait les limites de la proposition 65 de la Californie d’un facteur moyen de 19, en supposant une manipulation deux fois par jour. [13] En avril 2001, les fabricants ont accepté de réduire la teneur en plomb à 1,5 %, sinon ils seront tenus d’avertir les consommateurs de la teneur en plomb. Les clés plaquées avec d’autres métaux ne sont pas affectées par le règlement et peuvent continuer à utiliser des alliages de laiton avec un pourcentage plus élevé de teneur en plomb. [14] [15]

Toujours en Californie, des matériaux sans plomb doivent être utilisés pour “chaque composant qui entre en contact avec la surface mouillée des tuyaux et des raccords de tuyauterie, des raccords et des accessoires de plomberie”. Le 1er janvier 2010, la quantité maximale de plomb dans le «laiton sans plomb» en Californie a été réduite de 4% à 0,25% de plomb. [16] [17]

Laiton résistant à la corrosion pour les environnements difficiles

Robinet de prélèvement en laiton avec poignée en acier inoxydable

Les laitons résistants à la dézincification ( DZR ou DR), parfois appelés laitons CR ( résistants à la corrosion ), sont utilisés lorsqu’il existe un risque de corrosion important et lorsque les laitons normaux ne répondent pas aux exigences. Les applications avec des températures d’eau élevées, des chlorures présents ou des qualités d’eau différentes ( Eau douce ) jouent un rôle. Le laiton DZR est excellent dans les systèmes de chaudières à eau . Cet alliage de laiton doit être produit avec beaucoup de soin, en accordant une attention particulière à une composition équilibrée et à des températures et paramètres de production appropriés pour éviter les défaillances à long terme. [18] [19]

Un exemple de laiton DZR est le laiton C352, avec environ 30 % de zinc, 61 à 63 % de cuivre, 1,7 à 2,8 % de plomb et 0,02 à 0,15 % d’arsenic. Le plomb et l’arsenic suppriment considérablement la perte de zinc. [20]

Les “laitons rouges”, famille d’alliages à forte proportion de cuivre et généralement à moins de 15% de zinc, sont plus résistants à la perte de zinc. L’un des métaux appelé «laiton rouge» est composé de 85% de cuivre, 5% d’étain, 5% de plomb et 5% de zinc. L’alliage de cuivre C23000, également connu sous le nom de “laiton rouge”, contient 84 à 86% de cuivre, 0,05% de fer et de plomb, le reste étant du zinc. [21]

Un autre matériau de ce type est le bronze à canon , de la famille des laitons rouges. Les alliages de bronze à canon contiennent environ 88 % de cuivre, 8 à 10 % d’étain et 2 à 4 % de zinc. Le plomb peut être ajouté pour faciliter l’usinage ou pour les alliages de roulement. [22]

Le « laiton naval », destiné à être utilisé dans l’eau de mer, contient 40 % de zinc mais aussi 1 % d’étain. L’ajout d’étain supprime la lixiviation du zinc. [23]

La NSF International exige que les laitons contenant plus de 15 % de zinc, utilisés dans les Raccords de tuyauterie et de plomberie , soient résistants à la dézincification. [24]

Utilisation dans les instruments de musique

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Une collection de cuivres

La malléabilité et la maniabilité élevées, la résistance relativement bonne à la corrosion et les propriétés acoustiques traditionnellement attribuées au laiton en ont fait le métal de choix habituel pour la construction d’ instruments de musique dont les résonateurs acoustiques sont constitués de tubes longs et relativement étroits, souvent pliés ou enroulés pour plus de compacité. ; l’argent et ses alliages, et même l’or , ont été utilisés pour les mêmes raisons, mais le laiton est le choix le plus économique. Connu collectivement sous le nom d’ instruments de cuivres , ceux-ci incluent le trombone , le tuba , la trompette , le cornet ,cor baryton , euphonium , cor ténor et cor français , et de nombreux autres ” cors “, dont beaucoup appartiennent à des familles de tailles diverses, comme les Saxhorns .

D’autres instruments à vent peuvent être construits en laiton ou en d’autres métaux, et en effet, la plupart des flûtes et piccolos modernes pour étudiants sont fabriqués à partir d’une variété de laiton, généralement un alliage de cupronickel similaire au maillechort (également connu sous le nom d’argent allemand) . Les Clarinettes , en particulier les Clarinettes basses telles que la contrebasse et la sous -contrebasse , sont parfois en métal en raison de l’approvisionnement limité en Bois durs tropicaux denses et à grain fin traditionnellement préférés pour les petits Bois . Pour la même raison, certaines Clarinettes basses, bassons et contrebassonsprésentent une construction hybride, avec de longues sections droites de Bois et des articulations courbes, un col et / ou une cloche en métal. L’utilisation du métal évite également les risques d’exposer les instruments en Bois à des changements de température ou d’humidité, qui peuvent provoquer des fissures soudaines. Même si les saxophones et les sarrusophones sont classés comme instruments à vent, ils sont normalement fabriqués en laiton pour des raisons similaires, et parce que leurs larges alésages coniques et leurs corps à parois minces sont plus facilement et efficacement fabriqués en formant de la tôle qu’en usinant du Bois.

Le clétage de la plupart des Bois modernes, y compris les instruments à corps en Bois, est également généralement constitué d’un alliage tel que le maillechort. Ces alliages sont plus rigides et plus durables que le laiton utilisé pour construire les corps d’instruments, mais restent utilisables avec de simples outils à main, une aubaine pour des réparations rapides. Les embouchures des cuivres et, moins fréquemment, des instruments à vent sont souvent en laiton parmi d’autres métaux.

À côté des cuivres, l’utilisation la plus notable des cuivres dans la musique est dans divers instruments à percussion , notamment les cymbales , les gongs et les cloches d’orchestre (tubulaires) (les grandes cloches ” d’église” sont normalement en bronze ). Les petites clochettes et les ” jingle bell ” sont également couramment en laiton.

L’ harmonica est un aérophone à anche libre , également souvent en laiton. Dans les tuyaux d’orgue de la famille des anches, des bandes de laiton (appelées languettes) sont utilisées comme anches, qui battent contre l’ échalote (ou battent “à travers” l’échalote dans le cas d’une anche “libre”). Bien qu’elles ne fassent pas partie de la section des cuivres, les caisses claires sont aussi parfois en laiton. Certaines pièces des Guitares électriques sont également en laiton, en particulier les blocs d’inertie sur les systèmes de trémolo pour ses propriétés tonales, et pour les noix de cordes et les selles pour les propriétés tonales et sa faible friction. [25]

Applications germicides et antimicrobiennes

Les propriétés bactéricides du laiton sont observées depuis des siècles, notamment en milieu marin où il prévient les biosalissures . Selon le type et la concentration d’ agents pathogènes et le milieu dans lequel ils se trouvent, le laiton tue ces micro -organismes en quelques minutes à quelques heures de contact. [26] [27] [28]

Un grand nombre d’études indépendantes [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] confirment cet effet antimicrobien, même contre les bactéries résistantes aux antibiotiques telles que le SARM et le VRSA. Les mécanismes d’action antimicrobienne du cuivre et de ses alliages, y compris le laiton, font l’objet d’investigations intenses et continues. [27] [33] [34]

Fissuration de la saison

Fissuration du laiton causée par une attaque à l’ammoniac

Le laiton est sensible à la fissuration par corrosion sous contrainte , [35] en particulier à cause de l’ammoniac ou de substances contenant ou libérant de l’ammoniac. Le problème est parfois connu sous le nom de fissures saisonnières après avoir été découvert pour la première fois dans des cartouches en laiton utilisées pour les munitions de fusil dans les années 1920 dans l ‘ armée indienne britannique . Le problème a été causé par des contraintes résiduelles élevéesdu formage à froid des boîtiers lors de la fabrication, ainsi que de l’attaque chimique par des traces d’ammoniac dans l’atmosphère. Les cartouches étaient stockées dans des écuries et la concentration d’ammoniac augmentait pendant les chauds mois d’été, initiant ainsi des fissures cassantes. Le problème a été résolu en recuit les boîtiers et en stockant les cartouches ailleurs.

Les types

Classe Proportion en poids (%) Remarques
Cuivre Zinc
Alpha laitons > 65 < 35 Les laitons alpha sont malléables, peuvent être travaillés à froid et sont utilisés dans le pressage, le forgeage ou des applications similaires. Ils ne contiennent qu’une seule phase, avec une structure cristalline cubique à faces centrées . Avec leur forte proportion de cuivre, ces laitons ont une teinte plus dorée que les autres. La phase alpha est une solution solide de substitution du zinc dans le cuivre. Il a des propriétés proches du cuivre, résistant, solide et quelque peu difficile à usiner. La meilleure formabilité est avec 32% de zinc. Les laitons rouges résistants à la corrosion, avec 15 % de zinc ou moins, ont leur place ici.
Laitons alpha-bêta 55–65 35–45 Aussi appelés laitons duplex , ils sont adaptés au travail à chaud. Ils contiennent à la fois des phases α et β ‘; la phase β’ est cubique ordonnée centrée sur le corps , avec des atomes de zinc au centre des cubes, et est plus dure et plus forte que α. Les laitons alpha-bêta sont généralement travaillés à chaud. La proportion plus élevée de zinc signifie que ces laitons sont plus brillants que les laitons alpha. À 45 % de zinc, l’alliage a la résistance la plus élevée.
Laitons bêta [ citation nécessaire ] 50–55 45–50 Les laitons bêta ne peuvent être travaillés qu’à chaud et sont plus durs, plus solides et adaptés à la coulée. La teneur élevée en zinc et à faible teneur en cuivre signifie qu’il s’agit de l’un des laitons les plus brillants et les moins dorés.
Laitons gamma 33–39 61–67 Il existe également des laitons gamma Ag-Zn et Au-Zn, Ag 30–50%, Au 41%. [36] La phase gamma est un composé intermétallique à réseau cubique , Cu 5 Zn 8 .
Laiton blanc < 50 > 50 Ceux-ci sont trop fragiles pour un usage général. Le terme peut également faire référence à certains types d’alliages de nickel-argent ainsi qu’aux alliages Cu-Zn-Sn avec des proportions élevées (généralement 40 % +) d’étain et/ou de zinc, ainsi qu’aux alliages de coulée à prédominance de zinc avec des additifs de cuivre. Ceux-ci n’ont pratiquement aucune coloration jaune et ont plutôt un aspect beaucoup plus argenté.

D’autres phases que α, β et γ sont ε, un intermétallique hexagonal CuZn 3 , et η, une solution solide de cuivre dans du zinc.

Alliages de laiton
Nom de l’alliage Proportion en poids (%) Autre Remarques
Cuivre Zinc Étain Mener
Or d’Abyssinie 90 dix
Laiton de l’Amirauté 69 30 1 L’étain inhibe la perte de zinc dans de nombreux environnements.
Alliage d’Aich 60,66 36,58 1.02 1,74 % de fer Conçu pour une utilisation en service marin en raison de sa résistance à la corrosion, de sa dureté et de sa ténacité. Une application caractéristique est la protection des fonds des navires, mais des méthodes plus modernes de protection cathodique ont rendu son utilisation moins courante. Son aspect ressemble à celui de l’or. [37]
Laiton Aluminium 77,5 20,5 2% Aluminium L’Aluminium améliore la résistance à la corrosion. Il est utilisé pour les tubes des échangeurs de chaleur et des condenseurs. [38]
Laiton à l’arsenic arsenic ; souvent en Aluminium Utilisé pour les foyers de chaudière .
Cartouche laiton (C260) 70 30 — ≤ 0,07 [39] Bonnes propriétés de travail à froid . Utilisé pour les caisses de munitions, la plomberie et le matériel.
Laiton commun 63 37 Aussi appelé rivet en laiton . Bon marché et standard pour le travail à froid.
Laiton DZR Arsenic Laiton résistant à la dézincification avec un faible pourcentage d’arsenic.
Delta métal 55 41–43 1 à 3 % de fer, le reste étant constitué de divers autres métaux. Les proportions utilisées rendent le matériau plus dur et adapté aux soupapes et aux roulements.
Laiton d’usinage libre (C360) 61,5 35,5 2,5–3,7 0,35 % de fer Aussi appelé laiton 360 ou C360. Usinabilité élevée. [39]
Dorure métal 95 5 Le type de laiton le plus doux couramment disponible. Le métal de dorure est généralement utilisé pour les «vestes» de balles de munitions; par exemple, des balles à enveloppe entièrement métallique . De couleur presque rouge.
Haut laiton 65 35 A une haute résistance à la traction et est utilisé pour les ressorts , les vis et les rivets .
Laiton au plomb > 0 Un laiton alpha-bêta avec un ajout de plomb pour une meilleure usinabilité.
Laiton sans plomb < 0,25 Défini par California Assembly Bill AB 1953 contient “pas plus de 0,25% de teneur en plomb”. [16] La limite supérieure antérieure était de 4 %.
Laiton bas 80 20 Couleur or clair, très ductile; utilisé pour les flexibles métalliques et les soufflets métalliques .
Laiton au manganèse 70 29 1,3 % de manganèse Plus particulièrement utilisé dans la fabrication de pièces en dollars d’or aux États-Unis. [40]
Muntz métal 60 40 Traces de fer Utilisé comme doublure sur les bateaux.
Laiton naval 59 40 1 Semblable au laiton de l’amirauté. Aussi connu sous le nom de bronze de Tobin. [41]
Laiton nickelé 70–76 20–24,5 4 à 5,5 % de nickel L’anneau extérieur des pièces bimétalliques d’ une livre et de deux livres sterling et de la pièce d’ un euro , ainsi que la partie centrale de la pièce de deux euros. Anciennement utilisé pour la pièce ronde d’une livre.
Or nordique 89 5 1 5% Aluminium Utilisé dans les pièces de 10, 20 et 50 centimes d’ euro .
Orichalque 75-80 15-20 Trace Des traces de nickel et de fer Déterminé à partir de 39 lingots récupérés d’un ancien naufrage à Gela , en Sicile .
Le métal du prince 75 25 Un type de laiton alpha. En raison de sa couleur jaune, il est utilisé comme imitation de l’or. [42] Également appelé métal de Prince Rupert , l’alliage porte le nom de Prince Rupert du Rhin .
Laiton rouge, Laiton rose (C230) 85 5 5 5 À la fois un terme américain pour l’alliage cuivre-zinc-étain connu sous le nom de bronze à canon et un alliage qui est considéré à la fois comme un laiton et un bronze. [43] [44] Le laiton rouge est également un nom alternatif pour l’alliage de cuivre C23000 , qui est composé de 14 à 16 % de zinc, d’un minimum de 0,05 % de fer et d’un minimum de 0,07 % de plomb, [39] et le reste de cuivre. [45] Il peut également faire référence à l’ once de métal , un autre alliage cuivre-zinc-étain.
Cuivres graves riches, Tombac 5–20 Souvent utilisé dans les applications de bijoux.
Tombac en silicone 80 16 4% de silicium Utilisé comme alternative pour les pièces en acier moulé à la cire perdue.
Laiton de Tonval > 0 Aussi appelé CW617N ou CZ122 ou OT58. Il n’est pas recommandé pour une utilisation en eau de mer, étant sensible à la dézincification. [46] [47]
Laiton jaune 67 33 Terme américain désignant 33 % de laiton de zinc.

Histoire

Bien que des formes de laiton aient été utilisées depuis la préhistoire [48] , sa véritable nature en tant qu’alliage cuivre-zinc n’a été comprise qu’à la période post-médiévale car la vapeur de zinc qui réagissait avec le cuivre pour fabriquer du laiton n’était pas reconnue comme un métal . [49] La Bible King James fait de nombreuses références à “l’airain” [50] pour traduire “nechosheth” (bronze ou cuivre) de l’hébreu vers l’anglais. L’ utilisation anglaise shakespearienne du mot «laiton» peut signifier n’importe quel alliage de bronze ou de cuivre, une définition encore moins précise que la définition moderne. [ citation nécessaire ]Les premiers laitons étaient peut-être des alliages naturels issus de la fusion de minerais de cuivre riches en zinc . [51] À l’ époque romaine , le laiton était délibérément produit à partir de minéraux métalliques de cuivre et de zinc en utilisant le processus de cémentation , dont le produit était le laiton à la calamine , et des variations de cette méthode se sont poursuivies jusqu’au milieu du XIXe siècle. [52] Il a finalement été remplacé par le speltering , l’alliage direct du cuivre et du zinc métallique qui a été introduit en Europe au 16ème siècle. [51]

Le laiton a parfois été appelé “cuivre jaune”. [53] [54]

Premiers alliages cuivre-zinc

En Asie occidentale et en Méditerranée orientale , les premiers alliages cuivre – zinc sont maintenant connus en petit nombre sur un certain nombre de sites du 3e millénaire avant J. Inde , Ouzbékistan , Iran , Syrie , Irak et Canaan . [55] Des exemples isolés d’ alliages cuivre-zinc sont connus en Chineà partir du 1er siècle après JC, longtemps après que le bronze ait été largement utilisé. [56]

Les compositions de ces premiers objets en “laiton” sont très variables et la plupart ont des teneurs en zinc comprises entre 5% et 15% en poids, ce qui est inférieur à celui du laiton produit par cémentation. [57] Il peut s’agir d’« alliages naturels » fabriqués en fondant des minerais de cuivre riches en zinc dans des conditions redox . Beaucoup ont des teneurs en étain similaires à celles des artefacts contemporains en bronze et il est possible que certains alliages cuivre-zinc aient été accidentels et peut-être même pas distingués du cuivre. [57] Cependant, le grand nombre d’alliages cuivre-zinc maintenant connus suggère qu’au moins certains ont été délibérément fabriqués et beaucoup ont des teneurs en zinc supérieures à 12% en poids, ce qui aurait entraîné une couleur dorée distinctive. [57] [58]

Aux 8ème et 7ème siècles avant JC , des tablettes cunéiformes assyriennes mentionnent l’exploitation du «cuivre des montagnes» et cela peut faire référence au laiton «naturel». [59] « Oreikhalkon » (cuivre de montagne), [60] la traduction grecque antique de ce terme, a ensuite été adaptée au latin aurichalcum signifiant « cuivre doré » qui est devenu le terme standard pour le laiton. [61] Au 4ème siècle avant JC , Platon savait que l’ orichalkos était aussi rare et presque aussi précieux que l’or [62] et Pline décrit comment l’ aurichalcum était venu de Chypre gisements de minerai épuisés au 1er siècle après JC. [63] L’analyse par fluorescence aux rayons X de 39 lingots d’ orichalque récupérés d’un naufrage vieux de 2 600 ans au large de la Sicile a révélé qu’il s’agissait d’un alliage composé de 75 à 80 % de cuivre, de 15 à 20 % de zinc et de faibles pourcentages de nickel, de plomb et de le fer. [64] [65]

Monde romain

Aiguière persane du VIIe siècle en laiton avec incrustation de cuivre

Au cours de la dernière partie du premier millénaire avant notre ère, l’utilisation du laiton s’est répandue dans une vaste zone géographique allant de la Grande-Bretagne [66] et de l’Espagne [67] à l’ouest à l’ Iran et à l’ Inde à l’est. [68] Cela semble avoir été encouragé par les exportations et l’influence du Moyen-Orient et de la Méditerranée orientale où la production délibérée de laiton à partir de minerais métalliques de cuivre et de zinc avait été introduite. [69] L’écrivain du IVe siècle av. J.-C. Théopompe , cité par Strabon , décrit comment chauffer la terre d’ Andeira en Turquieproduit des “gouttelettes de faux argent”, probablement du zinc métallique, qui pourraient être utilisées pour transformer le cuivre en oreichalkos. [70] Au 1er siècle av. J.-C., le grec Dioscoride semble avoir reconnu un lien entre les minéraux de zinc et le laiton décrivant comment la cadmie ( oxyde de zinc ) a été trouvée sur les parois des fours utilisés pour chauffer le minerai de zinc ou le cuivre et expliquant qu’elle peut alors être utilisé pour fabriquer du laiton. [71]

Au premier siècle avant JC, le laiton était disponible en quantité suffisante pour être utilisé comme monnaie en Phrygie et en Bithynie , [72] et après la réforme monétaire augustéenne de 23 avant JC, il était également utilisé pour fabriquer des dupondii et sestertii romains . [73] L’utilisation uniforme du laiton pour la monnaie et l’équipement militaire à travers le monde romain peut indiquer un degré d’implication de l’État dans l’industrie, [74] [75] et le laiton semble même avoir été délibérément boycotté par les communautés juives de Palestine en raison de son association avec l’autorité romaine. [76]

Le laiton a été produit par le processus de cémentation où le cuivre et le minerai de zinc sont chauffés ensemble jusqu’à ce que de la vapeur de zinc soit produite qui réagit avec le cuivre. Il existe de bonnes preuves archéologiques de ce processus et des creusets utilisés pour produire du laiton par cémentation ont été trouvés sur des sites de la période romaine, notamment Xanten [77] et Nidda [78] en Allemagne , Lyon en France [79] et sur un certain nombre de sites en Grande-Bretagne. . [80] Ils varient en taille, allant de minuscules glands à de grandes amphores ressemblant à des vaisseaux, mais tous ont des niveaux élevés de zinc à l’intérieur et sont couverts. [79]Ils ne montrent aucun signe de scories ou de perles métalliques suggérant que les minéraux de zinc ont été chauffés pour produire de la vapeur de zinc qui a réagi avec le cuivre métallique dans une réaction à l’état solide . Le tissu de ces creusets est poreux, probablement conçu pour empêcher une accumulation de pression, et beaucoup ont de petits trous dans les couvercles qui peuvent être conçus pour relâcher la pression [79] ou pour ajouter des minéraux de zinc supplémentaires vers la fin du processus. Dioscoride a mentionné que les minéraux de zinc étaient utilisés à la fois pour le travail et la finition du laiton, suggérant peut-être des ajouts secondaires. [81]

Le laiton fabriqué au début de la période romaine semble avoir varié entre 20% et 28% en poids de zinc. [81] La forte teneur en zinc des pièces de monnaie et des objets en laiton a diminué après le premier siècle après JC et il a été suggéré que cela reflète la perte de zinc lors du recyclage et donc une interruption de la production de nouveau laiton. [73] Cependant, on pense maintenant qu’il s’agissait probablement d’un changement délibéré de composition [82] et, dans l’ensemble, l’utilisation du laiton augmente au cours de cette période, représentant environ 40% de tous les alliages de cuivre utilisés dans le monde romain au 4ème siècle après JC. [83]

Période médiévale

Baptême du Christ sur les fonts baptismaux du XIIe siècle

On sait peu de choses sur la production de laiton au cours des siècles immédiatement après l’effondrement de l’ Empire romain . La perturbation du commerce de l’étain contre le bronze en provenance d’Europe occidentale a peut-être contribué à la popularité croissante du laiton à l’est et aux VIe et VIIe siècles après JC, plus de 90% des artefacts en alliage de cuivre d’ Égypte étaient en laiton. [84] Cependant, d’autres alliages tels que le bronze à faible teneur en étain ont également été utilisés et ils varient en fonction des attitudes culturelles locales, du but du métal et de l’accès au zinc, en particulier entre le monde islamique et byzantin . [85]À l’inverse, l’utilisation du vrai laiton semble avoir diminué en Europe occidentale au cours de cette période au profit des bronzes à canon et d’autres alliages mixtes [86] mais par environ 1000 objets en laiton sont trouvés dans des tombes scandinaves en Écosse , [87] le laiton était utilisé dans le fabrication de pièces de monnaie en Northumbrie [88] et il existe des preuves archéologiques et historiques de la production de laiton calamine en Allemagne [77] et aux Pays-Bas , [89] régions riches en minerai de calamine .

Ces lieux resteront d’importants centres de fabrication de laiton tout au long de la période médiévale , [90] surtout Dinant . Les objets en laiton sont encore collectivement connus sous le nom de dinanderie en français. Les fonts baptismaux de l’église Saint-Barthélemy de Liège dans la Belgique moderne (avant 1117) sont un chef-d’œuvre exceptionnel de la fonte romane en laiton, bien qu’ils soient également souvent décrits comme du bronze. Le métal du chandelier Gloucester du début du XIIe siècle est inhabituel, même selon les normes médiévales, en ce qu’il est un mélange de cuivre, de zinc, d’étain, de plomb, de nickel , de fer, d’antimoine et d’ arsenic .avec une quantité inhabituellement élevée d’ argent , allant de 22,5% dans la base à 5,76% dans la casserole sous la bougie. Les proportions de ce mélange peuvent suggérer que le chandelier a été fabriqué à partir d’un trésor de pièces de monnaie anciennes, probablement de la fin de l’époque romaine. [91] Latten est un terme désignant les bordures décoratives et les objets similaires découpés dans de la tôle, qu’elle soit en laiton ou en bronze. Les aquamaniles étaient généralement fabriqués en laiton dans les mondes européen et islamique.

Aquamanile en laiton de Basse-Saxe , Allemagne, c. 1250

Le processus de cimentation a continué à être utilisé, mais des sources littéraires d’Europe et du monde islamique semblent décrire des variantes d’un processus liquide à température plus élevée qui a eu lieu dans des creusets à dessus ouvert. [92] La cimentation islamique semble avoir utilisé de l’oxyde de zinc connu sous le nom de tutiya ou tutty plutôt que des minerais de zinc pour la fabrication du laiton, ce qui donne un métal avec moins d’ impuretés de fer . [93] Un certain nombre d’écrivains islamiques et le Marco Polo italien du XIIIe siècle décrivent comment cela a été obtenu par sublimation à partir de minerais de zinc et condensé sur de l’argileou des barres de fer, dont des exemples archéologiques ont été identifiés à Kush en Iran. [94] Il pourrait alors être utilisé pour la fabrication du laiton ou à des fins médicinales. Au 10ème siècle , le Yémen al-Hamdani a décrit comment l’étalement d’al-iglimiya , probablement de l’oxyde de zinc, sur la surface du cuivre fondu produisait de la vapeur de tutiya qui réagissait ensuite avec le métal. [95] L’écrivain iranien du 13ème siècle al-Kashani décrit un processus plus complexe par lequel tutiya a été mélangé avec des raisins secs et doucement torréfié avant d’être ajouté à la surface du métal fondu. Un couvercle temporaire a été ajouté à ce stade, vraisemblablement pour minimiser la fuite de vapeur de zinc.[96]

En Europe, un processus liquide similaire dans des creusets à sommet ouvert a eu lieu, qui était probablement moins efficace que le processus romain et l’utilisation du terme tutty par Albertus Magnus au 13ème siècle suggère l’influence de la technologie islamique. [97] Le moine allemand du XIIe siècle Theophilus a décrit comment les creusets préchauffés étaient remplis au sixième de calamine en poudre et de charbon de Bois, puis remplis de cuivre et de charbon de Bois avant d’être fondus, agités puis remplis à nouveau. Le produit final a été coulé , puis à nouveau fondu avec de la calamine. Il a été suggéré que cette deuxième fusion peut avoir eu lieu à une température plus basse pour permettre à plus de zinc d’être absorbé .[98] Albertus Magnus a noté que le “pouvoir” de la calamine et du tutty pouvait s’évaporer et a décrit comment l’ajout de poudre de verre pouvait créer un film pour le lier au métal. [99] Des creusets de fabrication de laiton allemands sont connus de Dortmund datant du 10ème siècle après JC et de Soest et Schwerte en Westphalie datant d’environ le 13ème siècle confirment le récit de Théophile, car ils sont à dessus ouvert, bien que des disques en céramique de Soest aient pu servir sous forme de couvercles lâches qui peuvent avoir été utilisés pour réduire l’ évaporation du zinc et avoir des scories à l’intérieur résultant d’un processus liquide. [100]

Afrique

” Tête en bronze d’Ife ” du XIIe siècle , en réalité en “zinc-laiton fortement plombé”

Certains des objets les plus célèbres de l’art africain sont les moulages à la cire perdue d’Afrique de l’Ouest, principalement de l’actuel Nigeria , produits d’abord par le royaume d’Ife puis par l’ empire du Bénin . Bien que normalement décrits comme des “bronzes”, les bronzes du Bénin , maintenant principalement au British Museum et dans d’autres collections occidentales, et les grandes têtes de portrait telles que la tête de bronze d’Ife en “zinc-laiton fortement plombé” et la tête de bronze de la reine Idia , tous deux également du British Museum, sont mieux décrits comme des cuivres, bien que de compositions variables. [101] Le travail du laiton ou du bronze continue d’être important dansL’ art béninois et d’autres traditions ouest-africaines telles que les poids- or Akan , où le métal était considéré comme un matériau plus précieux qu’en Europe.

Renaissance et Europe post-médiévale

La Renaissance a vu des changements importants à la fois dans la théorie et la pratique de la fabrication du laiton en Europe. Au 15ème siècle, il existe des preuves de l’utilisation renouvelée des creusets de cimentation à couvercle à Zwickau en Allemagne. [102] Ces grands creusets étaient capables de produire environ 20 kg de laiton. [103] Il y a des traces de scories et de morceaux de métal à l’intérieur. Leur composition irrégulière suggère qu’il s’agissait d’un processus à basse température, pas entièrement liquide. [104] Les couvercles des creusets avaient de petits trous qui étaient bouchés avec des bouchons d’argile vers la fin du processus, probablement pour maximiser l’ absorption du zinc dans les étapes finales. [105]Des creusets triangulaires ont ensuite été utilisés pour faire fondre le laiton pour la coulée . [106]

Des rédacteurs techniques du XVIe siècle tels que Biringuccio , Ercker et Agricola ont décrit une variété de techniques de fabrication de laiton par cémentation et se sont rapprochés de la véritable nature du processus en notant que le cuivre devenait plus lourd à mesure qu’il se transformait en laiton et qu’il devenait plus doré en tant que calamine supplémentaire. était ajouté. [107] Le zinc métallique devenait également plus courant. En 1513, des lingots de zinc métallique d’Inde et de Chine arrivaient à Londres et des pastilles de zinc condensées dans des conduits de four à Rammelsberg en Allemagne étaient exploitées pour la fabrication de laiton de cémentation à partir d’environ 1550. [108]

Finalement, on a découvert que le zinc métallique pouvait être allié avec du cuivre pour fabriquer du laiton, un processus connu sous le nom de speltering, [109] et en 1657, le chimiste allemand Johann Glauber avait reconnu que la calamine n’était “rien d’autre que du zinc infusible” et que le zinc était un “métal à moitié mûr”. [110] Cependant, certains laitons antérieurs à haute teneur en zinc et à faible teneur en fer, tels que la plaque commémorative en laiton Wightman de 1530 en Angleterre, peuvent avoir été fabriqués en alliant du cuivre avec du zinc et inclure des traces de cadmium similaires à celles trouvées dans certains lingots de zinc en provenance de Chine. [109]

Cependant, le processus de cémentation n’a pas été abandonné et, jusqu’au début du 19e siècle, il existe des descriptions de cémentation à l’état solide dans un four à dôme à environ 900–950 ° C et pouvant durer jusqu’à 10 heures. [111] L’industrie européenne du laiton a continué à prospérer dans la période post-médiévale, stimulée par des innovations telles que l’introduction au XVIe siècle de marteaux à eau pour la production de batteries . [112] En 1559, la seule ville allemande d’ Aix- la-Chapelle était capable de produire 300 000 quintaux de laiton par an. [112]Après plusieurs faux départs au cours des XVIe et XVIIe siècles, l’industrie du laiton s’est également établie en Angleterre, profitant des approvisionnements abondants en cuivre bon marché fondu dans le nouveau four à réverbère alimenté au charbon . [113] En 1723 , le brasseur de Bristol Nehemiah Champion a breveté l’utilisation de cuivre granulé , produit en versant du métal fondu dans de l’eau froide. [114] Cela a augmenté la surface du cuivre en l’aidant à réagir et des teneurs en zinc allant jusqu’à 33% en poids ont été signalées en utilisant cette nouvelle technique. [115]

En 1738, le fils de Néhémie, William Champion, a breveté une technique pour la première distillation à l’échelle industrielle du zinc métallique connue sous le nom de distillation per descencum ou “le procédé anglais”. [116] [117] Ce zinc local a été utilisé dans la coulée et a permis un meilleur contrôle sur la teneur en zinc du laiton et la production d’alliages de cuivre à haute teneur en zinc qui auraient été difficiles ou impossibles à produire par cémentation, pour une utilisation dans des objets coûteux tels que comme instruments scientifiques , horloges , boutons en laiton et Bijoux fantaisie . [118]Cependant, Champion a continué à utiliser la méthode de cémentation à la calamine moins chère pour produire du laiton à faible teneur en zinc [118] et les vestiges archéologiques de fours de cémentation en forme de ruche ont été identifiés dans ses travaux à Warmley . [119] Vers le milieu et la fin du 18e siècle, les développements de la distillation du zinc moins chère tels que les fours horizontaux de John-Jaques Dony en Belgique et la réduction des tarifs sur le zinc [120] ainsi que la demande d’ alliages à haute teneur en zinc résistant à la corrosion a accru la popularité de l’épuration et, par conséquent, la cimentation a été largement abandonnée au milieu du XIXe siècle. [121]

Voir également

Wikimedia Commons a des médias liés à Brass .
  • Auxbrebis
  • Lit en laiton
  • Frottement du laiton
  • Liste des alliages de cuivre
  • Pinchbeck (alliage)
  • Or nordique

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Liens externes

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