Metallo di tungsteno
Il tungsteno è un elemento chimico; ha simbolo W e numero atomico 74. Il tungsteno è un metallo raro che si trova naturalmente sulla Terra quasi esclusivamente come composto con altri elementi. È stato identificato come nuovo elemento nel 1781 e isolato per la prima volta come metallo nel 1783.
1. Il tungsteno è il metallo con il coefficiente di dilatazione termica più basso tra i metalli puri e garantisce stabilità in condizioni di calore estremo, rendendolo essenziale per utensili come gli utensili da taglio in carburo di tungsteno e le pale delle turbine dei motori a reazione.
2. Le minuscole munizioni cinetiche e la zavorra delle auto da corsa sono due esempi di applicazioni in cui il metallo di tungsteno brilla. La sua densità è circa 1,7 volte superiore a quella del piombo e 19,3 volte superiore a quella dell'acqua.
3. Grazie alle sue proprietà conduttive e alla sua inerzia, il metallo di tungsteno è ampiamente utilizzato in elettronica e in ambienti ad alta radiazione. Funge da fonte chiave per i bersagli a raggi X e trova applicazioni in elettrodi, conduttori e pellicole metalliche.
4. Grazie alla sua grande resistenza alla corrosione, il metallo di tungsteno può essere esposto a materiali corrosivi, tra cui solventi, acqua e acidi, per periodi prolungati. La sua resilienza aumenta la sua applicabilità in contesti marittimi, tra cui: gioielli, esche da pesca e cantieristica navale.
5. Il tungsteno vanta il punto di fusione più elevato tra i metalli puri (3.422 gradi), il che lo rende fondamentale per le applicazioni in ambienti ad alta temperatura, in particolare nei settori aerospaziale e edile.
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Metallo di tungsteno contro acciaio inossidabile
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Articolo |
Acciaio al tungsteno |
Acciaio inossidabile |
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Composizione chimica |
Acciaio, C, W, ecc. |
Fe, Cr, Ni e altri elementi |
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Proprietà |
Elevata durezza, stabilità termica e resistenza al calore. |
Eccellente resistenza alla corrosione, al calore e alle alte temperature. |
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Vantaggi |
Ha eccellenti prestazioni di taglio e resistenza all'usura, il che lo rende adatto alla lavorazione di materiali duri. Ha anche una buona stabilità termica, che gli consente di mantenere un'elevata durezza a temperature elevate. |
Non arrugginisce nemmeno in caso di uso prolungato in ambienti acidi o alcalini. |
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Svantaggi |
Ha costi di produzione più elevati ed è difficile da lavorare. |
Ha una resistenza relativamente inferiore ed è soggetto a deformazione plastica. |
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Applicazioni |
Settore aerospaziale, militare, medico industriale, ecc. |
Edilizia, trasformazione alimentare, dispositivi medici, prodotti chimici, ecc. |
Quali sono le applicazioni del metallo tungsteno?
Elettronica
Il metallo di tungsteno è essenziale per l'elettronica come materiale di interconnessione per circuiti integrati. Il metallo di tungsteno è famoso per la sua elevata conduttività elettrica e resilienza. Ciò garantisce un trasferimento efficace del segnale tra diversi costituenti negli apparati elettronici, aumentando quindi la loro funzionalità affidabile e rafforzando la complessa interconnettività indispensabile per le tecnologie contemporanee.
Leghe
È prassi comune combinare il tungsteno con metalli refrattari per creare leghe con qualità adatte a una varietà di utilizzi, come pale di turbine e ugelli di motori di razzi, nonché freccette sottili.
Energia da fusione
Nella potenza di fusione, il tungsteno metallico supera il carbonio per i materiali rivolti al plasma (PFM) nei futuri reattori nucleari. La sua eccezionale resistenza alle alte temperature, l'erosione minima, l'efficiente conduttività termica, la bassa ritenzione di trizio e l'attivazione relativamente bassa sotto irradiazione di neutroni rendono il tungsteno la scelta preferita per garantire la fattibilità e la sicurezza dei futuri reattori a fusione.
Magneti permanenti
Le applicazioni del metallo tungsteno includono il miglioramento delle caratteristiche magnetiche dei nanocompositi magnetici permanenti SmFeN– -Fe. Il tungsteno viene aggiunto nell'intervallo 0–17% per modificare la microstruttura e il comportamento magnetico. Ciò si ottiene legando meccanicamente polveri di Sm, Fe e W, quindi ricottura e nitrurazione della miscela. Di conseguenza, i magneti permanenti funzionano e hanno prestazioni migliori.
Applicazioni mediche
Le leghe di tungsteno sono parte integrante di diverse applicazioni mediche, offrendo resistenza e protezione. Sono utilizzate nella radiografia gamma, negli strumenti oncologici e come contenitori per sorgenti radioattive. Inoltre, gli schermi per siringhe in lega di tungsteno forniscono una difesa robusta contro l'esposizione alle radiazioni, garantendo sicurezza ed efficacia nelle procedure mediche.
Nanofili
I nanofili di ossido di tungsteno, composti da atomi di tungsteno e ossigeno, dimostrano un'eccellente conduttività elettrica e proprietà ottiche uniche, trovando applicazioni nella rilevazione, nell'elettronica, nell'optoelettronica e nell'accumulo di energia.
Materiali militari
Il tungsteno, apprezzato per la sua elevata durezza e resistenza alla temperatura, è utilizzato in applicazioni militari, ad esempio per proiettili in lega di tungsteno, teste di schegge e proiettili perforanti.
Applicazioni chimiche
Nell'industria chimica, i composti di tungsteno sono essenziali perché aiutano a produrre un'ampia gamma di materiali. Questi composti sfruttano le qualità speciali del tungsteno per influenzare la formulazione di un'ampia gamma di prodotti chimici necessari in diverse applicazioni industriali, dai pigmenti e vernici ai catalizzatori, inchiostri e lubrificanti.
Il metallo tungsteno fu scoperto per la prima volta nel 1783 attraverso la riduzione con carbone dell'ossido presente nella wolframite. È stato utilizzato per secoli in varie forme come parte della fabbricazione di porcellana per la fabbricazione di ceramiche. In molti paesi, è chiamato wolfram invece che tungsteno. Il termine tungsteno deriva dallo svedese e significa "pietra pesante". Wolframite deriva dalle parole tedesche "wolf rahm" che significa "crema di lupo".
Il metallo di tungsteno è utilizzato come elemento di base e di lega, con la lega di carburo di tungsteno che è la sua forma più comune. Scheelite e wolframite sono due importanti minerali di tungsteno. L'uso moderno iniziale del tungsteno è stato come materiale per il filamento delle lampadine, che è ancora popolare oggi.
Il carburo di tungsteno è un composto che contiene parti uguali di atomi di tungsteno e atomi di carburo. È una polvere grigia compressa e modellata tramite sinterizzazione per l'uso in attrezzature, utensili da taglio, abrasivi, gusci perforanti e gioielli. Come il tungsteno, il carburo di tungsteno ha un'elevata temperatura di fusione di 5200 gradi F o 2870 gradi con un punto di ebollizione di 10830 gradi F o 6000 gradi.
I due tipi di composti di carburo di tungsteno sono il carburo di tungsteno (WC) e il semicarbazide di tungsteno (W2C). Inoltre, altre due categorie di carburo di tungsteno sono a-WC e ß-WC, con a-WC che ha una forma esagonale e ß-WC che ha una forma cubica ad alta temperatura.
Carburo di tungsteno
Il carburo di tungsteno è una combinazione di tungsteno e carbonio in un rapporto di 1 a 1. È una polvere grigia fine che viene lavorata in altre forme e materiali utili. Il carburo di tungsteno è una lega estremamente forte che è in grado di resistere all'esposizione a sostanze chimiche come acidi, alcali e agli effetti di ossigeno e acqua. Ha una resistenza doppia rispetto all'acciaio di alta qualità ed è più denso del titanio o dell'acciaio. Esistono oltre 20 gradi di polvere di carburo di tungsteno, che variano in base alla granulometria, alla resistenza alla trazione, alla durezza e ai punti di fusione.
La produzione di carburo di tungsteno include la sinterizzazione e la pressatura della polvere di carburo di tungsteno in prodotti, utensili e parti resistenti e durevoli. Grazie alla sua elevata resistenza, il carburo di tungsteno è molto utile nell'industria mineraria, nei cantieri edili e nella lavorazione dei metalli. Statisticamente il 60% di tutte le leghe di carburo di tungsteno sono realizzate esclusivamente per queste industrie.
Carburo cementato
Questa è una delle leghe di tungsteno più comuni. È una lega di carburo di tungsteno ulteriormente legata con cobalto, che viene utilizzato come legante per formare il cemento. Il cobalto rafforza il tungsteno e contrasta la sua tendenza a essere fragile sotto alta pressione, consentendone così l'uso in applicazioni strutturali critiche.
Tungsteno legato
Il tungsteno legato è un termine generico che si riferisce alle varie leghe realizzate mescolando tungsteno con diversi tipi di metalli. Esempi comuni sono le leghe di rame e ferro. Le varie leghe sono utili sia nelle applicazioni industriali che commerciali. Il tungsteno nichel ferro è un esempio delle leghe di tungsteno. Il nichel aggiunge densità, migliora la resistenza e migliora la duttilità della nuova lega metallica. Il tungsteno nichel rame è un'altra lega di tungsteno valida che ha alcune capacità uniche. La presenza di rame in una lega rende sostanzialmente la nuova lega non magnetica. Ciò crea quindi un metallo molto forte che non ha proprietà magnetiche. È molto importante per i sistemi e le attività oncologiche in cui la schermatura dei sensori elettrici è fondamentale.
Tungsteno puro
Nella sua forma più pura, il tungsteno è un conduttore elettrico estremamente buono e viene utilizzato principalmente in applicazioni elettriche. In elettronica, il tungsteno puro viene utilizzato come mezzo di collegamento per i componenti su un pannello di circuito.
Come viene isolato e raffinato il metallo di tungsteno
Se sei mai stato curioso di sapere come è nato il tuo adorabile (o estremamente maschile e robusto) carburo di tungsteno, scoprirai che c'è molto di più nel processo che ordinare il tuo anello dal tuo gioielliere di tungsteno di buona reputazione. Scavare nell'anello di carburo di tungsteno può essere un processo molto illuminante e confuso che inizia con, beh, lo scavo.
Una volta che il minerale di tungsteno estratto dalla terra è pronto per la lavorazione ed è stato preparato. Il processo di preparazione del tungsteno è lo stesso utilizzato da quando è stato inizialmente estratto dai fratelli e chimici spagnoli Juan Jose e Fausto d'Elhuyar y de Suvisa. Tuttavia, a differenza del metodo utilizzato dai fratelli d'Elhuvar y de Suvisa, l'estrazione e la preparazione moderne richiedono un passaggio aggiuntivo e complicato. Oggi, durante il processo viene prodotta un'estrazione chimica complessa. La sostanza chimica è chiamata paratungstato di ammonio, o più comunemente noto come APT.
L'APT viene prodotto in due modi diversi. I metodi sono la lisciviazione acida e l'autoclave-soda. Il minerale viene miscelato con carbonato di sodio ad alte temperature e pressione nel processo autoclave-soda. I cristalli di APT si formano dopo che l'ammoniaca viene aggiunta alla soluzione di tungstato di sodio.
Nel processo di lisciviazione acida, il minerale metallico di tungsteno viene scomposto usando acido cloridrico, producendo acido tungstico solido e cloruro di calcio. L'ammoniaca viene usata come nel processo autoclave-soda. L'ammoniaca viene usata per sciogliere l'acido tungstico. Dopo l'evaporazione e la filtrazione della miscela, vengono prodotti cristalli di APT.
Ora, potresti chiederti cosa c'entrano i cristalli con gli anelli in carburo di tungsteno che hai acquistato presso il tuo rivenditore locale o online. Bene, il processo deve ancora essere completato. La parte successiva del processo è la produzione di ossido di tungsteno.
I cristalli APT vengono riscaldati in un forno rotativo per formare uno dei tre tipi di ossidi che si formano. In questo processo, l'idrogeno viene soffiato sui cristalli. Durante questo processo, ci sono essenzialmente tre zone con diversi livelli di calore estremo. Nella zona con il calore più elevato, l'idrogeno converte l'ammoniaca nell'APT in idrogeno e azoto. Alla fine, la polvere di tungsteno viene prodotta riducendo l'ossido in un forno. Dopo che la polvere di tungsteno è formata, può essere trasformata in metallo solido tramite un processo noto come sinterizzazione.
Ci vogliono molta scienza e anni di scoperte per isolare il metallo tungsteno. Sebbene sia un processo laborioso, il risultato finale crea molto, molto di più di semplici anelli in tungsteno e altri gioielli raffinati.
Proprietà del metallo di tungsteno
Proprietà chimiche del metallo tungsteno
Il metallo tungsteno si trova nel gruppo di transizione della tavola periodica della chimica e ha stati di ossidazione + 2, + 3, + 4, + 5 e + 6. Ha un numero atomico di 74 e una massa atomica relativa di 183,84. Il metallo tungsteno è un solido a temperatura ambiente a causa di una formazione cristallina isometrica stabile che può essere vista ai raggi X.
Il metallo di tungsteno è molto resistente alla corrosione da acidi ed è vulnerabile solo all'acido nitrico e all'acido fluoridrico. Inoltre, può essere indebolito da fusioni ossidanti alcaline come nitrato di potassio o idrossido di sodio. Il metallo di tungsteno è molto resistente alla corrosione ma si combina facilmente con l'ossigeno a temperature molto elevate per produrre triossidi.
Naturalmente, il metallo è una miscela di 5 isotopi stabili, vale a dire tungsteno-180, tungsteno-182, tungsteno-183, tungsteno-184 e tungsteno-186, che hanno una composizione percentuale rispettivamente del 0,12%, 26,5%, 14,3%, 30,6% e 28,4%.
Proprietà fisiche del metallo tungsteno
Il metallo di tungsteno nella sua forma più pura è un metallo bianco lucido che può essere facilmente lavorato. Tuttavia contiene tracce di ossigeno e carbonio nella sua composizione chimica e questo lo rende molto fragile quando sottoposto a tremenda pressione e forza.
Presenta inoltre un coefficiente di dilatazione termica molto basso, pari a 4,4×2 mm, che è più o meno lo stesso del vetro borosilicato, ed è per questo che viene utilizzato per le guarnizioni in vetro-metallo. Il tungsteno è anche ecologico e non si decompone o si rompe facilmente.
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