Tungsteno puro
Il tungsteno puro è stato utilizzato come elettrodo di saldatura all'inizio del processo TIG, negli anni '40. La saldatura TIG è stata sviluppata per unire in modo efficiente leghe di alluminio e magnesio, e il tungsteno puro aveva senso all'epoca, poiché ha la temperatura di fusione più alta di tutti i metalli.
1. Resistenza alle alte temperature
Di tutti i metalli nella loro forma più pura, il tungsteno puro ha il punto di fusione più alto (3422 gradi). Ciò può essere estremamente vantaggioso in determinate situazioni (in particolare se confrontato con altri metalli più comuni). Ad esempio, rende il tungsteno puro un materiale eccellente per ambienti ad alta temperatura, ed è per questo che è così ampiamente utilizzato nei settori aerospaziale, automatico e delle costruzioni.
Il metallo di tungsteno viene anche regolarmente utilizzato per creare leghe e superleghe. Il suo punto di fusione estremamente elevato e la resistenza allo scorrimento termico aiutano a rafforzare la lega, rendendola adatta per applicazioni più intensive dal punto di vista termico, dove altri metalli fallirebbero.
2. Alta densità
Il tungsteno puro trae vantaggio da una densità molto elevata. Infatti, con 19,3 g/cm3, è tra i metalli con la densità più alta, con una densità del tungsteno che misura circa 19,3 volte superiore a quella dell'acqua e 1,7 volte superiore a quella del piombo.
Grazie a questa proprietà, il tungsteno può sostenere molto più peso in un pacchetto più piccolo, ed è comunemente utilizzato per applicazioni in cui è richiesta massa in piccole dimensioni. Ad esempio, grazie all'elevata densità del tungsteno, è un'opzione fantastica per realizzare zavorre per auto da corsa, zavorre per aeromobili e munizioni cinetiche, che devono essere piccole e aerodinamiche, ma in grado di trasferire molta energia.
3. Bassa dilatazione termica
Il tungsteno puro ha il coefficiente di dilatazione termica più basso di tutti i metalli puri. Rispetto ai comuni materiali di fabbricazione (ad esempio l'acciaio), questo gli conferisce il vantaggio di una maggiore stabilità in condizioni di calore estremo. Ha una solidità strutturale ineguagliata da altri metalli ed è particolarmente utile quando è richiesta rigidità ad alte temperature, come negli utensili da taglio in carburo di tungsteno puro o nelle pale delle turbine dei motori a reazione.
4. Struttura elettronica
Grazie alle sue proprietà conduttive e alla relativa inerzia, il metallo di tungsteno è ampiamente utilizzato nell'industria elettronica e in ambienti che comportano alti livelli di radiazioni. Per questo motivo, insieme alla sua altissima densità, il tungsteno è una delle principali fonti di metallo per bersagli a raggi X e altre schermature per radiazioni ad alta energia, poiché il materiale relativamente inerte e ad altissima densità è difficile da penetrare per i raggi X. Il metallo di tungsteno trova spesso impiego anche in elettrodi, conduttori e pellicole metalliche.
5. Resistenza alla corrosione
Il tungsteno puro è altamente resistente alla corrosione e può essere utilizzato in una gamma di ambienti corrosivi e applicazioni esterne. Ad esempio, è particolarmente utile quando è probabile un'esposizione prolungata a sostanze corrosive, come acqua, acido o solventi.
Un ambiente corrosivo comunemente incontrato, che molti metalli non sono in grado di gestire, è l'ambiente marino. L'acqua salata, in particolare, è estremamente corrosiva per molti metalli. Tuttavia, quando legato ad altri metalli, la resistenza del metallo di tungsteno lo rende estremamente adatto a un ambiente così duro, consentendone l'uso nella costruzione navale, nelle esche da pesca e nella gioielleria.
6. Forza nella fabbricazione
Il tungsteno puro è un metallo estremamente robusto, con la più alta resistenza alla trazione di tutti i metalli puri. Mentre questo può renderlo fragile in determinate circostanze, quando si tratta del processo di fabbricazione del metallo, la rigidità del tungsteno puro significa che può essere trasformato in fili molto sottili senza fratturarsi.
Forse l'esempio più ovvio di questo è l'uso del tungsteno nel contesto dei filamenti delle lampadine. In questa particolare applicazione, fili estremamente sottili devono essere riscaldati a temperature estremamente elevate, per emettere luce, e l'elevato punto di fusione del tungsteno è un fattore cruciale per consentire che ciò accada.
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Proprietà chimiche del tungsteno puro
Il tungsteno puro 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 tungsteno puro è un solido a temperatura ambiente a causa di una formazione cristallina isometrica stabile che può essere vista ai raggi X.
Il tungsteno puro 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 il nitrato di potassio o l'idrossido di sodio. Il tungsteno puro 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 tungsteno puro
Il tungsteno puro 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.
Il tungsteno puro è il metallo ingegneristico più pesante conosciuto e ha una densità molto elevata (19,25 g/cm³). Ciò è dovuto alla sua densa formazione cristallina. Ha un punto di fusione molto elevato di 3 140 gradi e un punto di ebollizione elevato a 5 700 gradi. Il tungsteno puro ha la più bassa pressione di vapore di tutti i metalli e ha il più alto modulo di elasticità di tutti i metalli a 400 GPa.
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 puro è anche ecologico e non si decompone o si rompe facilmente.
Produzione di tungsteno puro
Il tungsteno puro viene estratto e purificato dal suo minerale in diverse fasi. Il minerale viene infine trasformato in ossido di tungsteno (VI) (WO3) che viene poi riscaldato con un combustibile a base di idrogeno o carbonio per produrre una forma di polvere di tungsteno. Il tungsteno non può essere modellato in lingotti perché ha un punto di fusione molto alto e la fusione non è commercialmente fattibile.
Il tungsteno in polvere viene quindi preparato mescolandolo con piccole quantità di nichel o altri metalli preziosi e viene sinterizzato. Durante la procedura di sinterizzazione il nichel si diffonde e forma una lega di tungsteno.
Il tungsteno può essere estratto dall'idrogeno nella riduzione del fluoruro di tungsteno (WF6)
WF6 + 3H2 → W + 6HF
Per realizzare prodotti in tungsteno puro, i produttori iniziano sinterizzando e talvolta modellando le leghe di tungsteno create in billette di blocchi o barre solide. Queste billette vengono poi trasformate in lamine di tungsteno, barre di tungsteno, piastre di tungsteno o fogli di tungsteno. Ciò avviene tramite messa a terra, trafilatura, fustellatura o stampaggio. Alcuni dei suoi prodotti richiedono ulteriore lavorazione.
La maggior parte dei prodotti in tungsteno puro sono venduti per l'uso in tre diverse condizioni, vale a dire nero, una forma che conserva il suo rivestimento di lubrificante, e ossido. L'altra forma è la forma pulita in cui il rivestimento è stato rimosso con l'uso di vari prodotti chimici. Infine c'è la forma macinata in cui il metallo è stato fortificato con macchinari al carburo di silicio diamantato per rimuovere il rivestimento e ottenere una levigatezza specifica e un diametro desiderato.
Applicazione del tungsteno puro
Applicazioni del tungsteno puro
Il punto di fusione del tungsteno puro è il più alto di tutti gli elementi metallici, la densità è elevata ed è vicina all'oro, anche la durezza del tungsteno è molto elevata, la durezza del carburo di tungsteno è vicina al diamante. Inoltre, il tungsteno ha anche una buona conduttività elettrica e conduttività termica, basso coefficiente, che è ampiamente utilizzato in leghe, elettronica, industria chimica.
Campo di lega
La durezza del tungsteno puro è molto elevata e vicina a quella dell'oro, quindi può migliorare la resistenza, la durezza e la resistenza all'usura dell'acciaio, è un importante elemento di lega, è ampiamente utilizzato in tutti i tipi di produzione di acciaio, gli acciai al tungsteno più comuni sono l'acciaio rapido, l'acciaio al tungsteno e l'acciaio magnetico al tungsteno-cobalto, l'acciaio è utilizzato principalmente nella fabbricazione di vari utensili come trapani, frese, filiere per trafilatura, matrici e stampi, ecc.
Lega dura a base di carburo di tungsteno
Il carburo di tungsteno ha un'elevata resistenza all'usura e refrattario, la sua durezza è vicina al diamante, che è spesso utilizzato in alcune leghe dure. Attualmente, la lega dura a base di carburo di tungsteno è il più grande campo di consumo di tungsteno, il carburo è un prodotto di metallurgia delle polveri che è fatto di polvere di micron di carburo di tungsteno e legante metallico (come cobalto, nichel, molibdeno) in forno a vuoto o forno di sinterizzazione con riduzione di idrogeno. La lega dura a base di carburo di tungsteno può essere generalmente divisa in quattro tipi come carburo di tungsteno - cobalto - carburo di tungsteno, carburo di titanio - cobalto - carburo di tungsteno, carburo di titanio, carburo di tantalio - cobalto e lega dura legata in acciaio, la lega dura a base di carburo di tungsteno è utilizzata principalmente nella fabbricazione di utensili da taglio, utensili per l'estrazione mineraria e filiere per trafilatura, ecc.
Leghe resistenti al calore e all'usura
Il tungsteno puro ha il punto di fusione più alto tra tutti i metalli, la sua durezza è molto elevata, per questo viene spesso utilizzato per produrre leghe resistenti al calore e all'usura; ad esempio, le leghe di tungsteno puro, cobalto, cromo e carbonio vengono utilizzate per produrre parti ad alta resistenza e resistenti all'usura come valvole per motori aeronautici, giranti per turbine, ecc.; le leghe di tungsteno puro e di altri metalli refrattari vengono utilizzate per produrre parti ad alta resistenza come ugelli per motori di razzi ad aria compressa.
Lega ad alta gravità
Poiché il tungsteno puro ha un'elevata densità e un'elevata durezza, è diventato il materiale ideale per realizzare una lega ad alta percentuale. In base alla composizione, alle proprietà e agli usi, la lega ad alta percentuale è divisa in W-Ni-Fe, W-Ni-Cu, W-Co, W-WC-Cu, W-Ag e altre serie principali, questa lega ha molte proprietà come pesantezza, elevata resistenza, capacità di assorbimento delle radiazioni, conduttività termica e coefficiente di dilatazione termica, buone proprietà conduttive, saldabilità e buona lavorazione, ampiamente utilizzata in aerospaziale, aviazione, militare, trivellazione petrolifera, strumentazione elettrica, medicina e altre industrie, come la produzione di materiali di contatto, bilanciamento del martello, pinna, timone e controllo come interruttore, interruttore automatico, elettrodo per saldatura a punti, ecc.
Campo elettronico
Il tungsteno puro è ampiamente utilizzato nell'industria elettronica ed energetica per la sua elevata plasticità, bassa velocità di evaporazione, alto punto di fusione e alta capacità di emissione di elettroni. Ad esempio, con l'elevata velocità di luce e lunga durata, il tungsteno è ampiamente utilizzato nella fabbricazione di vari filamenti di lampadine, come lampade a incandescenza, lampade alogene, il filo di tungsteno può anche essere utilizzato nella fabbricazione di tubi elettronici catodo caldo diretto, gate e una varietà di strumenti elettronici tramite riscaldatore a catodo caldo. Le proprietà del tungsteno lo rendono adatto all'uso nella saldatura TIG e altri materiali simili.
Campo chimico
Il composto di tungsteno puro viene utilizzato come catalizzatore, mentre i colori inorganici, come il solfuro di tungsteno, vengono utilizzati come lubrificante e catalizzatore nella sintesi della benzina; l'ossido di tungsteno viene utilizzato nella verniciatura, mentre il tungsteno di calcio o magnesio viene utilizzato nella polvere fluorescente.
Altri campi
Poiché la sua dilatazione termica è simile a quella del vetro borosilicato, viene utilizzato per realizzare guarnizioni in vetro o metallo. La sensibilità del tungsteno è bassa, quindi viene utilizzato per produrre gioielli in tungsteno ad alta purezza. Inoltre, il tungsteno è stato utilizzato anche nella medicina radioattiva, alcuni strumenti utilizzeranno anche filo di tungsteno.
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