Certaines performances fonctionnelles de câbles électroniques telles que les propriétés mécaniques et la conductivité électrique, dépendent de celles de leur âme conductrice, dit conducteur.

Un conducteur en cuivre présente une conductivité électrique qui est conventionnellement pris comme une référence dénommée 100% IACS (International Annealed Copper Standard), mais il présente des propriétés mécaniques limitées. Dans le cas de conducteurs miniatures où la section de ceux-ci est faible (à partir d'AWG 22, soit environ une section inférieure ou égale à 0,38 mm ² ), leurs propriétés mécaniques deviennent souvent insuffisantes pour beaucoup d'applications.

A titre d'exemple, la résistance à la rupture à la traction (ci-après Rr) du cuivre étant typiquement de l'ordre 240 MPa, un conducteur AWG 2419 (American Wire Gauge) d'une section de 0,24 mm ² , peut être cassé sous une force de traction de 5,5 kg. Une des solutions à cette problématique consiste donc à recourir à des conducteurs faits d'alliages à base du cuivre, dits alliages cuivreux, qui présentent des propriétés mécaniques supérieures tout en gardant un niveau de conductivité électrique relativement élevé.

La norme ASTM B624 stipule un conducteur présentant les caractéristiques suivantes :

a) Conductivité : 85% IACS.

b) Résistance à la rupture : 414 MPa pour un allongement minimal de 7-9 %. Cette norme a résulté en fait d'une gamme de conducteurs dénommée Tensile-

Flex® ou TF® et faite d'un alliage Cu-Cr-Cd-Zn, qui était devenue pendant longtemps une référence en la matière à l'échelle internationale. Cependant, la récente application de la Directive Européenne dite RoHS (Restriction of the use of certain Hazardous Substances in electrical and electronic equipment) a rendu cette famille de conducteur caduc dans beaucoup de secteurs en Europe car celle-ci contient du cadmium dont la teneur dépasse la limite imposée par ladite directive.

De nombreux travaux de recherche ont été menés ces dernières années afin de mettre au point des conducteurs respectant à la fois la norme ASTM B624 et la directive RoHS. On peut citer par exemple les brevets US6053994 et US6063217 dans lesquels sont décrits une famille de conducteurs faits d'un alliage type Cu-Cr-Zr. Le conducteur ayant la meilleure conductivité électrique dans cette famille présente une conductivité IACS à 85% et une Rr de 420 MPa pour un allongement de 7%.

Il existe donc un besoin à l'heure actuelle de conducteurs qui présentent des performances en conductivité IACS et résistance Rr encore meilleures à l'égard de ASTM B624 et RoHS que celles de l'art antérieur.

L'inventeur a donc découvert un alliage de cuivre présentant cet avantage. Un autre avantage des conducteurs obtenus à partir de cet alliage réside dans le fait qu'ils peuvent être miniaturisés à un faible diamètre par des opérations de transformation telles qu'étirage et tréfilage à froid, ceci grâce à un procédé de fabrication de conducteur approprié.

Ils peuvent en outre être utilisés lorsqu'ils sont revêtus d'argent ou de nickel à des températures d'utilisation pouvant aller jusqu'à 200°C, et même jusqu'à 260 °C, en particulier pendant 20000 heures d'utilisation.

En effet, l'ensemble du procédé a été ajusté de sorte à exploiter au mieux le mécanisme de durcissement structural qui permet d'accroître de manière significative les propriétés mécaniques et la conductivité électrique. La présente invention concerne donc un conducteur électrique en alliage de cuivre constitué essentiellement de (avantageusement constitué par), en pourcentage en poids par rapport au poids total de l'alliage, :

Chrome : 0,15 - 1,3 %

Zirconium : 0,01 - 0,15 %

Argent : 0,01 - 0,15 %

Terres rares, en particulier Cérium, yttrium ou leur mélange: 0,001 - 0,1 % Cuivre : solde

et les impuretés inévitables, telles que par exemple le soufre et/ou le phosphore sous forme de traces, en général à des teneurs inférieures ou égales à quelques dizaines de ppm.

et présentant une conductivité supérieure ou égale à 85% IACS, avantageusement supérieure ou égale à 89% IACS, plus avantageusement supérieure ou égale à 90% IACS. Le rôle de l'ensemble des éléments constituants l'alliage peut être décrit de façon suivante. La solution solide Cu-Cr, grâce à la bonne solubilité du Cr dans le Cu, crée une matrice de base pour le durcissement structural doté d'une stabilité thermique élevée. Les composés intermétalliques Cu-Zr, notamment Cu5Zr, sous forme lamelle permettent de réaliser le durcissement proprement dit. L'élément Ag, permet de renforcer davantage l'effet du durcissement par le mécanisme de solution solide, alors que l'élément terres rares, en particulier cérium, yttrium ou leur mélange permet d'apporter des effets bénéfiques à l'alliage à travers deux actions microstructurelles :

a) en absorbant par sa forte activité des traces d'impuretés, notamment S souvent présent dans les minéraux de Cu, et

b) en réduisant davantage la taille des grains cristallins de celui-ci. Avantageusement, la teneur en chrome de l'alliage est comprise entre 0,15 et 0,5 % en poids par rapport au poids total de l'alliage, en particulier entre 0,2 et 0,35 % en poids.

De façon avantageuse la teneur en zirconium de l'alliage est comprise entre 0,02 et 0,12 % en poids par rapport au poids total de l'alliage, en particulier entre 0,03 et 0,11 % en poids.

En particulier, la teneur en argent de l'alliage est comprise entre 0,03 et 0,12 % en poids par rapport au poids total de l'alliage, en particulier entre 0,04 et 0,11 % en poids. L'alliage selon l'invention contient des terres rares (par exemple La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu, Y et leurs mélanges), en particulier du cérium, de yttrium ou leur mélange, avantageusement du cérium. Sa teneur en terres rares, en particulier en cérium, yttrium ou en leur mélange est comprise entre 0,001 et 0,1 % en poids par rapport au poids total de l'alliage, avantageusement entre 0,005 et 0,05 %, en particulier entre 0,005 et 0,02 % en poids, plus particulièrement entre 0,01 et 0,02% en poids, encore plus particulièrement entre 0,01 et 0,015% en poids.

De façon avantageuse, l'alliage selon la présente invention ne contient pas de silicium ni d'étain. De façon encore plus avantageuse, il ne contient pas de cadmium.

Le conducteur électrique selon la présente invention peut être un conducteur monbbrin ou multibrin. Le conducteur peut ainsi avoir la forme d'un simple fil ou au contraire avoir une construction se composant de plusieurs brins. En effet l'utilisation de plusieurs brins permet d'obtenir différentes constructions qui peuvent améliorer la flexibilité du câble final dans lequel pourra être utilisé le conducteur électrique selon la présente invention. Le nombre de brins a également un impact sur la conductivité électrique en général : plus un conducteur contient de brins, meilleur est son comportement mécanique (en particulier la résistance aux cycles de fatigue et la flexibilité).

En général si le conducteur électrique n'est pas mono brin, il peut contenir 7, 19, 27, 37, 45, et 61 brins et 7*7 brins. Avantageusement le conducteur électrique selon la présente invention contient 19 ou 37 brins, encore plus avantageusement 19 brins. Suivant le nombre de brins, les assemblages suivants peuvent être utilisés : tordons, concentriques (en particulier 19, 61 ou 37 brins), Equilay, semi-concentriques, Unilay (en particulier 19 brins) ou Ropelay (en particulier pour 7 * 7 brins). Avantageusement le conducteur électrique contient 19 brins assemblés en concentriques.

Dans un mode de réalisation avantageux, le conducteur électrique selon la présente invention présente une résistance à la rupture supérieure ou égale à 414 MPa pour un allongement minimal de 7 à 9 %, avantageusement une résistance à la rupture supérieure à 450 MPa pour un allongement minimal de 7 à 9 %.

Dans un mode réalisation avantageux, le conducteur électrique selon la présente invention présente un diamètre≤ 8 mm, avantageusement≤ 1,5 mm, en particulier < 1,2 mm, de façon avantageuse compris entre 0,05 et 1,2mm. Le conducteur électrique selon la présente invention peut présenter un diamètre compris entre 0,1 et 1,2 mm, avantageusement lorsqu'il s'agit d'un conducteur multibrin. Il peut également présenter un diamètre compris entre 0,05 et 0,25 mm lorsqu'il s'agit d'un conducteur monobrin.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, le conducteur électrique ( mono ou multibrin, en particulier multibrin) selon la présente invention présente une section inférieure ou égale à 0,38 mm ² . La présente invention concerne en outre un conducteur électrique en alliage de cuivre tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce que le conducteur est revêtu d'argent ou de nickel (dénommé respectivement conducteur argenté ou conducteur nickelé).

Un tel revêtement permet de renforcer la résistance du conducteur à l'oxydation et à la corrosion et de lui permettre de résister à de hautes températures (typiquement 200°C ou 260°C) tout en gardant de bonnes propriétés mécaniques. Il peut être effectué par des moyens chimiques ou électrolytiques bien connus de l'homme du métier.

Avantageusement l'épaisseur de la couche de nickel est comprise entre 1 et 2 pm, en particulier entre 1 et 1,5 pm.

Avantageusement l'épaisseur de la couche d'argent est comprise entre 9 et 11 pm, en particulier entre 10 et 11 pm, plus particulièrement entre 10 et 10,5 pm.

Dans un mode de réalisation particulier, le conducteur selon l'invention est revêtu d'argent et sa température d'utilisation est inférieure ou égale à 200°C (par exemple il s'agit d'un conducteur argenté classé à 200°C en température de service), avantageusement pendant une durée d'utilisation d'au moins 20000 heures.

Dans un autre mode de réalisation particulier le conducteur selon l'invention est revêtu de nickel et sa température d'utilisation est inférieure ou égale à 260°C (par exemple il s'agit d'un conducteur nickelé classé à 260°C en température de service), avantageusement pendant une durée d'utilisation d'au moins 20000 heures. La présente invention concerne en outre l'utilisation du conducteur électrique selon la présente invention en tant qu'âme conductrice de câbles, avantageusement de câbles miniatures, ou en tant que tresse de blindage de câbles. La présente invention concerne de plus un procédé de fabrication d'un conducteur électrique selon la présente invention caractérisé en ce qu'une étape de traitement thermique de durcissement structural est mise en œuvre sur un conducteur multibrin ou monobrin en alliage de cuivre selon la présente invention. En effet, cette étape de traitement thermique de durcissement structural permet de doter le conducteur de meilleures propriétés électriques et mécaniques.

De façon avantageuse ce traitement thermique de durcissement structural est mis en œuvre à une température comprise entre 300 et 600 °C, avantageusement entre 400 et 600 °C en particulier entre 450 et 540 °C.

Dans un mode de réalisation avantageux, la durée du traitement thermique de durcissement structural selon la présente invention est comprise entre 1 et 5 heures, avantageusement elle est comprise entre 3 et 4 heures.

Ainsi avantageusement l'étape de traitement thermique de durcissement structural selon la présente invention peut être mise en œuvre à une température comprise entre 300 et 600 °C et pendant une durée comprise entre 1 et 5 heures.

Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux ce traitement thermique de durcissement structural est mis en œuvre sur la construction finale du conducteur électrique, en particulier sur un conducteur multibrin.

Dans un mode de réalisation particulier, deux traitements thermiques de durcissement structural successifs, en particulier ayant les caractéristiques indiquées ci-dessus, sont mis en œuvre sur un conducteur multibrin ou monobrin en alliage de cuivre selon la présente invention.

La présente invention concerne en outre un procédé de fabrication discontinu d'un conducteur électrique selon la présente invention caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes : -a) élaboration des alliages mères Cu-Cr et Cu-Zr par fusion et coulée ;

-b) élaboration des alliages de cuivre selon la présente invention sous forme de lingots, en particulier de lingots cylindriques, par fusion et coulée à partir des alliages mères obtenus à l'étape a);

-c) enlèvement des surfaces du lingot obtenu à l'étape b) et homogénéisation par traitement thermique, avantageusement à 850°C pendant 4 heures, de façon avantageuse de façon à obtenir un alliage type solution solide homogène; -d) transformation à froid, en particulier à température ambiante, du lingot obtenu à l'étape c) en barre puis en fil, avantageusement ayant un diamètre de 8mm ;

-e) traitement thermique de trempe de l'alliage du fil obtenu à l'étape d), avantageusement à 920°C pendant 30 minutes ;

-0 tréfilage à froid, avantageusement à température ambiante, de façon à réduire la section du fil obtenu à l'étape e), avantageusement en diminuant son diamètre d'environ 85 %, de façon avantageuse de façon à obtenir un fil de diamètre 1,2 mm ;

-g) éventuel traitement thermique de l'alliage du fil obtenu à l'étape f), avantageusement à 550°C avec une vitesse de défilement de 3m/min ;

-h) éventuel traitement de la surface du fil obtenu à l'éventuelle étape g) ou à l'étape f) par revêtement métallique, avantageusement par un métal choisi parmi Ni, Ag et Sn, plus particulièrement Ni ou Ag, en particulier pour améliorer les propriétés fonctionnelles du fil telles que la tenue à l'oxydation et à la corrosion, la soudabilité, et la conductivité à haute fréquence ;

-Ί) tréfilage à froid, avantageusement à température ambiante, de façon à réduire la section du fil obtenu à l'éventuelle étape h), à l'éventuelle étape g) ou à l'étape f) de façon avantageuse en diminuant son diamètre de 83 à 96 %, et à obtenir un conducteur monobrin, avantageusement ayant un diamètre compris entre 0,05 et 0,25 mm ; -j) éventuel traitement de la surface du fil obtenu à l'étape i) par revêtement métallique, avantageusement par un métal choisi parmi Ni, Ag et Sn, plus particulièrement Ni ou Ag, en particulier pour améliorer les propriétés fonctionnelles du fil telles que la tenue à l'oxydation et à la corrosion, la soudabilité, et la conductivité à haute fréquence, si ce traitement n'a pas déjà été effectué à l'étape h) ;

-k) assemblage de plusieurs brins obtenus à l'étape i) ou à l'éventuelle étape j) de façon à obtenir un conducteur multibrin ;

-I) durcissement structural du conducteur obtenu l'étape k) par traitement thermique de façon à obtenir un conducteur électrique selon la présente invention.

La présente invention concerne enfin un procédé de fabrication continu d'un conducteur électrique selon la présente invention, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes successives suivantes :

-A) élaboration des alliages mères Cu-Cr et Cu-Zr par fusion et coulée ;

-B) élaboration des alliages de cuivre selon la présente invention sous forme de fils, en particulier de diamètre 8 mm, par une opération de fusion- coulée continue à partir des alliages mères obtenus à l'étape a);

-C) traitement thermique de trempe de l'alliage du fil obtenu à l'étape B) avantageusement à 920°C pendant 30 minutes ;

-D) tréfilage à froid, de façon avantageuse à température ambiante, de façon à réduire la section du fil obtenu à l'étape C), avantageusement en diminuant son diamètre d'environ 85 %, en particulier de façon à obtenir un fil de diamètre 1,2 mm ;

-E) éventuel traitement thermique de l'alliage du fil obtenu à l'étape D), avantageusement à 550°C avec une vitesse de défilement de 3m/min;

-F) éventuel traitement de surface du fil obtenu à l'éventuelle étape E) ou à l'étape D) par revêtement métallique, avantageusement par un métal choisi parmi Ni, Ag et Sn, plus particulièrement Ni ou Ag, en particulier pour améliorer les propriétés fonctionnelles du fil telles que la tenue à l'oxydation et à la corrosion, la soudabilité, et la conductivité à haute fréquence ;

-G) tréfilage à froid, avantageusement à température ambiante, de façon à réduire la section du fil obtenu à l'éventuelle étape F), à l'éventuelle étape E) ou à l'étape D) de façon avantageuse en diminuant son diamètre de 83 à 96 %, et à obtenir un conducteur monobrin, avantageusement ayant un diamètre compris entre 0,05 et 0,25 mm ;

-H) éventuel traitement de la surface du fil obtenu à l'étape G) par revêtement métallique, avantageusement par un métal choisi parmi Ni, Ag et Sn, plus particulièrement Ni ou Ag, en particulier pour améliorer les propriétés fonctionnelles du fil telles que la tenue à l'oxydation et à la corrosion, la soudabilité, et la conductivité à haute fréquence, si ce traitement n'a pas déjà été effectué à l'étape E) ;

-I) assemblage de plusieurs brins obtenus à l'étape G) ou à l'éventuelle étape H) de façon à obtenir un conducteur multibrin ;

-J) durcissement structural du conducteur obtenu à l'étape I) par traitement thermique de façon à obtenir un conducteur électrique selon la présente invention. Dans un mode de réalisation particulier des procédés selon la présente invention, les étapes k) et I) sont mises en œuvre par la technique strandeur ou la technique bunch.

En particulier, les étapes I) et J) sont mises en œuvre à une température comprise entre 300 et 600 °C, avantageusement entre 400 et 600 °C en particulier entre 450 et 540 °C. De façon particulière, la durée du traitement thermique des étapes I) et J) est comprise entre 1 et 5 heures, avantageusement elle est comprise entre 3 et 4 heures.

Les procédés selon la présente invention peuvent comporter deux étapes successives de traitement thermique de durcissement structural.

Ainsi donc, deux types de procédés peuvent être utilisés dans le cadre de l'invention : un procédé de type discontinu et un procédé de type continu.

L'invention sera mieux comprise à la lumière des exemples qui suivent.

Exemple 1

Une étude comparative a été menée entre Cu-Cr-Zr, Cu-Cr-Zr-Ag et Cu-Cr-Zr-

Ag-Ce en vue de vérifier l'hypothèse du durcissement structural renforcé et l'impact de la présence de cérium dans les alliages selon la présente invention. Les compositions des alliages sont les suivantes :

Alliage Cu-Cr-Zr de l'art antérieur : Cu-0,3%Cr-0,l%Zr.

Alliage Cu-Cr-Zr-Ag : Cu-0,3%Cr-0,l%Zr-0,l%Ag ;

Alliage selon la présente invention :

Cu-Cr-Zr-Ag-Ce : Cu-0,3%Cr-0,l%Zr-0,l%Ag-0,015%Ce.

Des fils de diamètre de 8 mm en alliages indiqués ci-dessus ont subi un traitement thermique de durcissement structural d'une durée de 3h à différentes températures (entre 300 et 500 °C). On mesure ensuite le RQ et Rr selon les normes ASTM B298 et ASTM B193 de ces fils.

Le tableau 1 ci-dessous donne les valeurs de la résistance électrique et de la résistance à la rupture de ces fils.

Tableau 1 Température Résistance à la rupture (MPa) Conductivité électrique (%IACS) (°C) CuCrZr CuCrZrAg CuCrZrAgCe CuCrZr CuCrZrAg CuCrZrAgCe

300 412 457 472 61,16 57,29 59,30

350 423 465 500 64,89 60,10 60,60

400 454 496 520 83,54 80,13 82,55

450 455 481 495 87,56 82,37 86,38

500 414 450 440 88,35 84,05 88,01

Au vu de ces résultats, on peut en déduire que les propriétés électrique et mécanique sont nettement améliorées après un traitement thermique de durcissement structural à une température de 400-450°C.

Au niveau de la composition, ces résultats ont aussi mis en évidence un renforcement du durcissement structural attendu dans le système Cu-0,3%Cr- 0,l%Zr-0,l%Ag-0,015%Ce par rapport aux systèmes Cu-0,3%Cr-0,l%Zr- 0,l%Ag et Cu-0,3%Cr-0,l%Zr. Exemple 2

Un fil conducteur électrique de diamètre de 1,55 mm a été obtenu par étirage à froid à partir d'un fil de 8,0 mm fait en alliage Cu-0,22Cr-0,04Zr-0,05Ag-0,01Ce. Un traitement thermique en continu (dit réel to réel) a été mis en œuvre sur ce fil dans un équipement tubulaire échauffé à 550°C, la vitesse de défilement étant 3 m/min.

Puis un premier tréfilage à froid a été mis en œuvre et il a été obtenu un fil conducteur de 1,20 mm de diamètre, dénommé ci-après le conducteur ébauche.

Un dépôt d'argent électrolytique en continu a ensuite été réalisé, la vitesse de l'argentage étant de 6 m/min et l'épaisseur d'argent déposé 10,2 pm.

Puis un deuxième tréfilage a été mis en œuvre afin de réduire le diamètre de 1,212 mm à 0,16 mm. Puis il a été procédé à un assemblage de 19 fils de diamètre de 0,16 mm afin d'obtenir un conducteur du type AWG22xl9 de diamètre de 0,8 mm.

Enfin, il a été procédé à un traitement thermique dit de durcissement structural en statique sous l'azote à 455°C pendant 3 heures.

Le conducteur AWG22xl9 obtenu a été caractérisé en mesurant ses propriétés mécaniques et électriques selon les normes ASTM B298 et ASTM B193. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 2 suivant.

Tableau 2

Les résultats obtenus sont conformes à ceux stipulées dans la norme ASTM B624.

Compte tenu de la stabilité thermique de l'alliage et du revêtement, ce conducteur peut être classé en 200°C en température de service, autrement dit, il peut être utilisé dans les applications où la température d'utilisation (tenue en 20000 heures) peut être jusqu'à 200°C.

Exemple 3

Un fil conducteur ébauche de 1,20 mm fabriqué conformément à l'exemple 1 a été utilisé.

Un tréfilage du conducteur ébauche a été mis en uvre en réduisant son diamètre de 1,20 mm à 0,203 mm.

Puis il a été procédé sur ce fil conducteur de diamètre de 0,203 mm à un dépôt électrolytique de nickel en continu et en 5 voies parallèles, l'épaisseur de nickel sur ces 5 fils étant au minimum 1,27 pm.

Un assemblage de 19 fils nickelés de diamètre de 0,203 mm a été mis en œuvre afin d'obtenir un conducteur du type AWG20xl9. Enfin, il a été procédé à un traitement thermique dit de durcissement structural en statique sous l'azote à 460°C pendant 3 heures.

Le conducteur AWG20xl9 obtenu a été caractérisé en mesurant ses propriétés mécaniques et électriques selon les normes ASTM B298 et ASTM B193. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 3 suivant.

Tableau 3

Les résultats obtenus sont conformes à ceux stipulées dans la norme ASTM

B624.

Compte tenu de la stabilité thermique de l'alliage et du revêtement, ce conducteur peut être classé en 260°C en température de service

Exemple 4

Un fil conducteur ébauche de 1,20 mm fabriqué conformément à l'exemple 1 a été utilisé.

Un tréfilage du conducteur ébauche a été mis en œuvre en réduisant son diamètre de 1,20 mm à 0, 127 mm.

Puis il a été procédé sur ce fil conducteur de 0,127 mm en diamètre à un dépôt de nickel en continu et en 5 voies parallèles, l'épaisseur de nickel sur ces 5 fils étant au minimum 1,27 pm.

Puis un assemblage de 19 fils de diamètre de 0,127 mm a été mis en œuvre afin d'obtenir un conducteur du type AWG24xl9.

Enfin, il a été procédé à un traitement thermique dit de durcissement structural en statique sous l'azote à 455°C pendant 3 heures. Le conducteur AWG24xl9 obtenu a été caractérisé en mesurant ses propriétés mécaniques et électriques selon les normes ASTM B298 et ASTM B193. Les résultats obtenus sont rassemblés dans le tableau 4 suivant.

Tableau 4

Les résultats obtenus sont conformes à ceux stipulées dans la norme ASTM B624.

Ce conducteur peut être classé en 260°C en température de service.