Tungstène pur
Le tungstène pur a été utilisé comme électrode de soudage au début du procédé TIG, dans les années 1940. Le soudage TIG a été développé pour assembler efficacement les alliages d'aluminium et de magnésium, et le tungstène pur avait du sens à l'époque, car il a la température de fusion la plus élevée de tous les métaux.
1. Résistance aux températures élevées
De tous les métaux dans leur forme la plus pure, le tungstène pur a le point de fusion le plus élevé (3422 degrés). Cela peut être extrêmement bénéfique dans certaines situations (en particulier par rapport à d'autres métaux plus courants). Par exemple, cela fait du tungstène pur un excellent matériau pour les environnements à haute température – et c'est pourquoi il est si largement utilisé dans les industries aérospatiale, automatique et de la construction.
Le tungstène est également régulièrement utilisé pour créer des alliages et des superalliages. Son point de fusion extrêmement élevé et sa résistance au fluage thermique contribuent à renforcer l'alliage, le rendant ainsi adapté à des applications plus intensives en termes de résistance thermique, là où d'autres métaux échoueraient.
2. Haute densité
Le tungstène pur bénéficie d'une densité très élevée. En fait, avec 19,3 g/cm3, il est parmi les plus élevés de tous les métaux, la densité du tungstène étant environ 19,3 fois supérieure à celle de l'eau et 1,7 fois supérieure à celle du plomb.
Grâce à cette propriété, le tungstène peut supporter beaucoup plus de poids dans un format plus petit. Il est donc couramment utilisé pour des applications où la masse est requise dans des dimensions réduites. Par exemple, en raison de la densité élevée du tungstène, il constitue une option fantastique pour la fabrication de ballasts pour voitures de course, de ballasts pour avions et de munitions cinétiques, qui doivent être petits et profilés, tout en étant capables de transférer beaucoup d'énergie.
3. Faible dilatation thermique
Le tungstène pur présente le coefficient de dilatation thermique le plus faible de tous les métaux purs. Par rapport aux matériaux de fabrication courants (par exemple l'acier), cela lui confère l'avantage d'une stabilité accrue sous une chaleur extrême. Il présente une solidité structurelle inégalée par d'autres métaux et est particulièrement utile lorsque la rigidité à haute température est requise, comme dans les outils de coupe en carbure de tungstène pur ou les aubes de turbine de moteurs à réaction.
4. Structure électronique
En raison de ses propriétés conductrices et de sa relative inertie, le tungstène est largement utilisé dans l'industrie électronique et dans les environnements impliquant des niveaux élevés de rayonnement. Pour cette raison, en plus de sa très haute densité, le tungstène est l'une des principales sources de métal pour les cibles à rayons X et autres protections contre les rayonnements à haute énergie, car ce matériau relativement inerte et à très haute densité est difficile à pénétrer par les rayons X. Le tungstène est également fréquemment utilisé dans les électrodes, les conducteurs et les films métalliques.
5. Résistance à la corrosion
Le tungstène pur est très résistant à la corrosion et peut être utilisé dans de nombreux environnements corrosifs et applications extérieures. Par exemple, il est particulièrement utile lorsqu'une exposition prolongée à des substances corrosives, telles que l'eau, l'acide ou les solvants, est probable.
Un environnement corrosif fréquemment rencontré, auquel de nombreux métaux ne peuvent pas faire face, est l'environnement marin. L'eau salée, en particulier, est extrêmement corrosive pour de nombreux métaux. Cependant, lorsqu'il est allié à d'autres métaux, la résistance du tungstène le rend extrêmement adapté à un environnement aussi hostile, ce qui lui permet d'être utilisé dans la construction navale, les leurres de pêche et la bijouterie.
6. Résistance dans la fabrication
Le tungstène pur est un métal extrêmement robuste, avec la plus grande résistance à la traction de tous les métaux purs. Bien que cela puisse le rendre cassant dans certaines circonstances, lorsqu'il s'agit du processus de fabrication du métal, la rigidité du tungstène pur signifie qu'il peut être étiré en fils très fins sans se fracturer.
L'exemple le plus évident est peut-être l'utilisation du tungstène dans le contexte des filaments d'ampoules électriques. Dans cette application particulière, des fils extrêmement fins doivent être chauffés à des températures extrêmement élevées pour émettre de la lumière. Le point de fusion élevé du tungstène est un facteur crucial pour que cela se produise.
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Propriétés chimiques du tungstène pur
Le tungstène pur fait partie du groupe de transition du tableau périodique de la chimie et possède les états d'oxydation + 2, + 3, + 4, + 5 et + 6. Son numéro atomique est de 74 et sa masse atomique relative de 183,84. Le tungstène pur est solide à température ambiante en raison d'une formation cristalline isométrique stable qui peut être observée aux rayons X.
Le tungstène pur est très résistant à la corrosion par les acides et n'est vulnérable qu'à l'acide nitrique et à l'acide fluorhydrique. Il peut également être affaibli par des produits de fusion oxydants alcalins comme le nitrate de potassium ou l'hydroxyde de sodium. Le tungstène pur est très résistant à la corrosion mais se combine facilement avec l'oxygène à très haute température pour produire des trioxydes.
Naturellement, le métal est un mélange de 5 isotopes stables, à savoir le tungstène-180, le tungstène-182, le tungstène-183, le tungstène-184 et le tungstène-186, qui ont une composition en pourcentage de 0,12 %, 26,5 %, 14,3 %, 30,6 % et 28,4 % respectivement.
Propriétés physiques du tungstène pur
Le tungstène pur dans sa forme la plus pure est un métal blanc brillant qui peut être facilement traité. Il contient cependant des traces d'oxygène et de carbone dans sa composition chimique, ce qui le rend très cassant lorsqu'il est soumis à une contrainte et une force énormes.
Le tungstène pur est le métal technique le plus lourd connu et possède une densité très élevée (19,25 g/cm³). Cela est dû à sa formation cristalline dense. Il a un point de fusion très élevé de 3 140 degrés et un point d'ébullition élevé de 5 700 degrés. Le tungstène pur a la pression de vapeur la plus basse de tous les métaux et a le module d'élasticité le plus élevé de tous les métaux à 400 GPa.
Il a également un coefficient de dilatation thermique très faible de 4,4 × 10-6 mm, ce qui est à peu près le même que celui du verre borosilicaté et c'est pourquoi il est utilisé pour les joints en verre et en métal. Le tungstène pur est également respectueux de l'environnement et ne se décompose pas ou ne se brise pas facilement.
Production de tungstène pur
Le tungstène pur est extrait et purifié de son minerai en plusieurs étapes. Le minerai est finalement transformé en oxyde de tungstène (VI) (WO3) qui est ensuite chauffé avec un combustible à base d'hydrogène ou de carbone pour produire une forme de poudre de tungstène. Le tungstène ne peut pas être moulé en lingots car il a un point de fusion très élevé et la fusion n'est pas réalisable commercialement.
La poudre de tungstène est préparée en la mélangeant avec de petites quantités de nickel ou d'autres métaux précieux et elle est frittée. Au cours du processus de frittage, le nickel se diffuse et forme un alliage de tungstène.
Le tungstène peut être extrait par l'hydrogène lors de la réduction du fluorure de tungstène (WF6)
WF6 + 3H2 → W + 6HF
Pour fabriquer des produits en tungstène pur, les fabricants commencent par fritter et parfois mouler les alliages de tungstène créés en billettes de blocs ou de barres solides. Ces billettes sont ensuite fabriquées en feuilles de tungstène, en barres de tungstène, en plaques de tungstène ou en feuilles de tungstène. Cela se fait par rectification, étirage, découpage à l'emporte-pièce ou moulage. Certains de ses produits nécessitent un traitement supplémentaire.
La plupart des produits en tungstène pur sont vendus pour être utilisés dans trois états différents, à savoir le noir, une forme qui conserve son revêtement de lubrifiant et l'oxyde. L'autre forme est la forme nettoyée dans laquelle le revêtement a été retiré à l'aide de divers produits chimiques. Enfin, il existe la forme broyée dans laquelle le métal a été renforcé avec une machine à carbure de silicium diamanté pour retirer le revêtement et obtenir une douceur spécifique et un diamètre souhaité.
Application du tungstène pur
Applications du tungstène pur
Le point de fusion du tungstène pur est le plus élevé de tous les éléments métalliques, la densité est élevée et est proche de l'or, la dureté du tungstène est également très élevée, la dureté du carbure de tungstène est proche du diamant. De plus, le tungstène a également une bonne conductivité électrique et thermique, un faible coefficient, ce qui le rend largement utilisé dans les alliages, l'électronique et l'industrie chimique.
Domaine des alliages
La dureté du tungstène pur est très élevée et proche de l'or, il peut donc améliorer la résistance, la dureté et la résistance à l'usure de l'acier, est un élément d'alliage important, est largement utilisé dans tous les types de production d'acier, l'acier au tungstène commun est l'acier rapide, l'acier au tungstène et l'acier magnétique au tungstène-cobalt, l'acier est principalement utilisé dans la fabrication de divers outils tels que des perceuses, des fraises, des matrices de tréfilage, des matrices et des moules, etc.
Alliage dur à base de carbure de tungstène
Le carbure de tungstène a une résistance élevée à l'usure et est réfractaire, sa dureté est proche du diamant, qui est souvent utilisé dans certains alliages durs. À l'heure actuelle, l'alliage dur à base de carbure de tungstène est le plus grand domaine de consommation de tungstène, le carbure est un produit de métallurgie des poudres qui est fabriqué à partir de poudre de carbure de tungstène micron et de liant métallique (tel que le cobalt, le nickel, le molybdène) dans un four à vide ou un four de frittage à réduction d'hydrogène. L'alliage dur à base de carbure de tungstène est généralement divisé en quatre types tels que le carbure de tungstène - cobalt - carbure de tungstène, le carbure de titane - cobalt - carbure de tungstène, le carbure de titane, le carbure de tantale - cobalt et l'alliage dur lié à l'acier, l'alliage dur à base de carbure de tungstène est principalement utilisé dans la fabrication d'outils de coupe, d'outils miniers et de matrices de tréfilage, etc.
Alliages résistants à la chaleur et à l'usure
Le tungstène pur est le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, la dureté est très élevée, il est donc souvent utilisé pour produire un alliage résistant à la chaleur et à l'usure, par exemple, le tungstène pur, le cobalt, le chrome et l'alliage de carbone utilisés pour produire des pièces à haute résistance et résistantes à l'usure telles que la soupape de moteur d'aviation, la turbine à turbine, etc. Le tungstène pur et d'autres alliages de métaux réfractaires sont utilisés pour produire des pièces à haute résistance telles que la buse de moteur de fusée à air.
Alliage à haute densité
Le tungstène pur est un alliage à haute teneur en tungstène, car il présente une densité et une dureté élevées. Il est donc idéal pour la fabrication d'alliages à haute teneur en tungstène. Selon la composition, les propriétés et les utilisations, l'alliage à haute teneur en tungstène est divisé en W-Ni-Fe, W-Ni-Cu, W-Co, W-WC-Cu, W-Ag et d'autres séries majeures. Cet alliage présente de nombreuses propriétés telles que la résistance élevée, la capacité d'absorption des radiations, la conductivité thermique et le coefficient de dilatation thermique, de bonnes propriétés conductrices, la soudabilité et un bon traitement. Il est largement utilisé dans l'aérospatiale, l'aviation, l'armée, le forage pétrolier, l'instrumentation électrique, la médecine et d'autres industries, telles que la fabrication de matériaux de contact, d'armures de marteaux d'équilibrage, d'ailettes, de gouvernails et de commandes telles que les interrupteurs, les disjoncteurs, les électrodes de soudage par points, etc.
Domaine électronique
Le tungstène pur est largement utilisé dans l'industrie électronique et électrique en raison de sa plasticité élevée, de son faible taux d'évaporation, de son point de fusion élevé et de sa capacité d'émission d'électrons élevée. Par exemple, avec son taux de lumière élevé et sa longue durée de vie, le tungstène est largement utilisé dans la fabrication de divers filaments d'ampoules, tels que les lampes à incandescence, les lampes halogènes, le fil de tungstène peut également être utilisé dans la fabrication de tubes électroniques à cathode chaude directe, de grilles et d'une variété d'instruments électroniques par chauffage à cathode chaude. Les propriétés du tungstène le rendent approprié pour une utilisation dans le soudage TIG et d'autres matériaux similaires.
Domaine chimique
Le composé de tungstène pur est utilisé comme catalyseur et la couleur inorganique, comme les deux sulfures de tungstène utilisés comme lubrifiant et catalyseur dans la synthèse de l'essence, l'oxyde de tungstène a été utilisé dans la peinture, le tungstène de calcium ou de magnésium a été utilisé dans la poudre fluorescente.
Autres domaines
Étant donné que sa dilatation thermique est similaire à celle du verre borosilicaté, il est utilisé pour fabriquer des joints en verre ou en métal. La sensibilité du tungstène est faible, il est donc utilisé pour produire des bijoux en tungstène de haute pureté. De plus, le tungstène a également été utilisé en médecine radioactive, certains instruments utiliseront également du fil de tungstène.
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