Alliage de tungstène

Industriel
Le tungstène est principalement utilisé dans la production de matériaux durs à base de carbure de tungstène (WC), l'un des carbures les plus durs. Le WC est un conducteur électrique efficace, mais le W2C l'est moins. Le WC est utilisé pour fabriquer des abrasifs résistants à l'usure et des outils de coupe en « carbure » tels que des couteaux, des forets, des scies circulaires, des matrices, des outils de fraisage et de tournage utilisés par les industries du travail des métaux, du bois, des mines, du pétrole et de la construction. L'outillage en carbure est en fait un composite céramique/métal, où le cobalt métallique agit comme un matériau de liaison (matrice) pour maintenir les particules de WC en place. Ce type d'utilisation industrielle représente environ 60 % de la consommation actuelle de tungstène.
L'industrie de la bijouterie fabrique des bagues en carbure de tungstène fritté, en composites carbure de tungstène/métal et également en tungstène métallique. Les bagues en composite WC/métal utilisent du nickel comme matrice métallique à la place du cobalt, car il prend un éclat plus élevé une fois poli. Parfois, les fabricants ou les détaillants font référence au carbure de tungstène comme à un métal, mais il s'agit en fait d'une céramique. En raison de la dureté du carbure de tungstène, les bagues fabriquées dans ce matériau sont extrêmement résistantes à l'abrasion et conserveront une finition brunie plus longtemps que les bagues en tungstène métallique. Les bagues en carbure de tungstène sont cependant cassantes et peuvent se fissurer sous un coup violent.

Alliages
La dureté et la résistance à la chaleur du tungstène peuvent contribuer à la fabrication d'alliages utiles. L'acier rapide, qui peut contenir jusqu'à 18 % de tungstène, en est un bon exemple. Le point de fusion élevé du tungstène en fait un matériau idéal pour des applications telles que les tuyères de fusées, par exemple dans le missile balistique lancé par le sous-marin UGM-27 Polaris. Les alliages de tungstène sont utilisés dans une large gamme d'applications, notamment dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'automobile et dans la protection contre les radiations. Les superalliages contenant du tungstène, tels que l'Hastelloy et le Stellite, sont utilisés dans les aubes de turbine et dans les pièces et revêtements résistants à l'usure.
La résistance à la chaleur du tungstène le rend utile dans les applications de soudage à l'arc lorsqu'il est combiné à un autre métal hautement conducteur tel que l'argent ou le cuivre. L'argent ou le cuivre fournit la conductivité nécessaire et le tungstène permet à la baguette de soudage de résister aux températures élevées de l'environnement de soudage à l'arc.

Aimants permanents
L'acier au tungstène trempé (martensitique) (environ 5,5 % à 7,0 % W avec 0,5 % à 0,7 % C) a été utilisé pour fabriquer des aimants permanents durs, en raison de sa rémanence et de sa coercivité élevées, comme l'a noté John Hopkinson (1849-1898) dès 1886. Les propriétés magnétiques d'un métal ou d'un alliage sont très sensibles à la microstructure. Par exemple, bien que l'élément tungstène ne soit pas ferromagnétique (contrairement au fer), lorsqu'il est présent dans l'acier dans ces proportions, il stabilise la phase martensitique, qui a un ferromagnétisme plus important que la phase ferrite (fer) en raison de sa plus grande résistance au mouvement des parois du domaine magnétique.

Militaire
Le tungstène, généralement allié au nickel, au fer ou au cobalt pour former des alliages lourds, est utilisé dans les pénétrateurs à énergie cinétique comme alternative à l'uranium appauvri, dans les applications où la radioactivité de l'uranium est problématique même sous forme appauvrie, ou lorsque les propriétés pyrophoriques supplémentaires de l'uranium ne sont pas souhaitées (par exemple, dans les balles d'armes légères ordinaires conçues pour pénétrer les gilets pare-balles). De même, les alliages de tungstène ont également été utilisés dans les obus, les grenades et les missiles, pour créer des éclats d'obus supersoniques. L'Allemagne a utilisé le tungstène pendant la Seconde Guerre mondiale pour produire des obus pour les canons antichars en utilisant le principe de l'alésage comprimé de Gerlich pour atteindre une vitesse initiale très élevée et une pénétration améliorée du blindage à partir d'artillerie de campagne de calibre relativement petit et légère. Les armes étaient très efficaces, mais une pénurie de tungstène utilisé dans le noyau de l'obus, causée en partie par la crise du Wolfram, a limité leur utilisation.
Le tungstène a également été utilisé dans les explosifs métalliques inertes denses, qui l'utilisent sous forme de poudre dense pour réduire les dommages collatéraux tout en augmentant la létalité des explosifs dans un petit rayon.

Applications chimiques
Le sulfure de tungstène (IV) est un lubrifiant haute température et un composant des catalyseurs d'hydrodésulfuration. Le MoS2 est plus couramment utilisé pour de telles applications.
Les oxydes de tungstène sont utilisés dans les glaçures céramiques et les tungstates de calcium/magnésium sont largement utilisés dans l'éclairage fluorescent. Les tungstates cristallins sont utilisés comme détecteurs de scintillation en physique nucléaire et en médecine nucléaire. D'autres sels contenant du tungstène sont utilisés dans les industries chimiques et de tannage. L'oxyde de tungstène (WO3) est incorporé dans les catalyseurs de réduction catalytique sélective (SCR) présents dans les centrales électriques au charbon. Ces catalyseurs convertissent les oxydes d'azote (NOx) en azote (N2) et en eau (H2O) à l'aide d'ammoniac (NH3). L'oxyde de tungstène contribue à la résistance physique du catalyseur et prolonge sa durée de vie. Les catalyseurs contenant du tungstène sont prometteurs pour les réactions d'époxydation, d'oxydation et d'hydrogénolyse. Les hétéropolyacides de tungstène sont un composant clé des catalyseurs multifonctionnels. Les tungstates peuvent être utilisés comme photocatalyseur, tandis que le sulfure de tungstène comme électrocatalyseur.

Utilisations de niche
Les applications nécessitant sa densité élevée comprennent les poids, les contrepoids, les quilles de ballast pour les yachts, le ballast de queue pour les avions commerciaux, les poids de rotor pour les hélicoptères civils et militaires et comme ballast dans les voitures de course pour la NASCAR et la Formule 1. Étant légèrement moins de deux fois plus dense, l'alliage de tungstène est considéré comme une alternative (bien que plus chère) aux plombs de pêche en plomb. L'uranium appauvri est également utilisé à ces fins, en raison de sa densité tout aussi élevée. Des blocs de tungstène de 75 kg ont été utilisés comme « dispositifs de masse d'équilibrage de croisière » sur la partie du véhicule d'entrée du vaisseau spatial Mars Science Laboratory 2012. C'est un matériau idéal à utiliser comme chariot pour le rivetage, où la masse nécessaire pour de bons résultats peut être obtenue dans une barre compacte. Les alliages de tungstène à haute densité avec du nickel, du cuivre ou du fer sont utilisés dans les fléchettes de haute qualité[89] (pour permettre un diamètre plus petit et donc des groupements plus serrés) ou pour les mouches artificielles (les billes de tungstène permettent à la mouche de couler rapidement). Le tungstène est également utilisé comme boulon lourd pour réduire la cadence de tir de la mitraillette SWD M11/9 de 1300 tr/min à 700 tr/min. Le tungstène a récemment été utilisé dans les buses pour l'impression 3D ; la résistance élevée à l'usure et la conductivité thermique du carbure de tungstène améliorent l'impression de filaments abrasifs. Certaines cordes d'instruments à cordes incorporent du tungstène. Le tungstène est utilisé comme absorbeur sur le télescope électronique du système de rayons cosmiques des deux vaisseaux spatiaux Voyager.

Substitution d'or
Sa densité, similaire à celle de l'or, permet à l'alliage de tungstène d'être utilisé dans la joaillerie comme alternative à l'or ou au platine. Le tungstène métallique est hypoallergénique et plus dur que les alliages d'or (mais pas aussi dur que le carbure de tungstène), ce qui le rend utile pour les bagues qui résisteront aux rayures, en particulier dans les modèles avec une finition brossée.
Étant donné que sa densité est très proche de celle de l'or (le tungstène est seulement 0,36% moins dense) et que son prix est de l'ordre d'un millième, le tungstène peut également être utilisé dans la contrefaçon de lingots d'or, par exemple en plaquant une barre de tungstène avec de l'or, ce qui est observé depuis les années 1980, ou en prenant une barre d'or existante, en perçant des trous et en remplaçant l'or retiré par des tiges de tungstène. Les densités ne sont pas exactement les mêmes et les autres propriétés de l'or et du tungstène diffèrent, mais le tungstène plaqué or passera des tests superficiels.

Électronique
Parce qu'il conserve sa résistance à haute température et possède un point de fusion élevé, le tungstène élémentaire est utilisé dans de nombreuses applications à haute température, telles que les filaments d'ampoules à incandescence, de tubes cathodiques et de tubes à vide, les éléments chauffants et les buses de moteurs-fusées. Son point de fusion élevé rend également le tungstène adapté aux utilisations aérospatiales et à haute température telles que les applications électriques, de chauffage et de soudage, notamment dans le procédé de soudage à l'arc au gaz tungstène (également appelé soudage au gaz inerte tungstène (TIG)).