Alliages de tungstène
Caractéristiques
Tungstène - traduit de l'allemand par "aconit", élément du groupe VI du tableau de
| Numéro atomique W | Masse atomique (molaire) g/mol | État d'oxydation | Densité [g/cm3] | Point de fusion t°C | Point d'ébullition t°C | Chaleur de fusion kJ/kg |
|---|---|---|---|---|---|---|
| № 74 | 183,84 | 0, 2, 3, 4, 5, 6 | 19,25 | 3422°С | 5500°С | 191 |
Avantages
Le tungstène a un point de fusion de 3395 °C. Seul le carbone a un point de fusion plus élevé. La réfractarité de ce métal en a fait la base des alliages les plus résistants à la chaleur. Le tungstène bout à t° > 5500 °C, a un taux d'évaporation minimal à t° 1500 - 2500 °C et une résistance électrique considérable : près de 3 fois celle du cuivre. Le tungstène possède d'excellentes propriétés mécaniques telles que la résistance à l'abrasion, la dureté à haute température, un coefficient de dilatation thermique minimal et la résistance au redshift. Cela signifie que les aciers au tungstène conservent leur dureté et leur résistance à des températures élevées, contrairement à la plupart des aciers qui, après avoir atteint des températures élevées et s'être refroidis à l'air, perdent leur dureté. L'acier au tungstène pour l'outillage est utilisé pour le travail des métaux à des dizaines de mètres par seconde. Le tungstène chimiquement pur est assez ductile et seul un mélange de carbone et d'oxygène lui confère une certaine dureté. Il présente une résistance au fluage à très haute température, un module de compression et de traction élevé, une excellente conductivité thermique et un coefficient d'émission d'électrons élevé, qui augmente encore lorsqu'il est allié à d'autres oxydes métalliques. Aujourd'hui, le tungstène a acquis une place solide dans la vie quotidienne. Il peut être acheté aux prix les plus raisonnables.
Propriétés chimiques
Le tungstène est chimiquement résistant au contact de l'humidité, des solutions alcalines et acides concentrées, de l'eau régale, de l'hydrogène, de l'O2 (jusqu'à 400°C), du chlorure d'hydrogène (jusqu'à 600°C), du NH3 (jusqu'à 700°C), du mercure bouillant, du N2 et du CO (jusqu'à 800°C). W réagit avec NH3 + H2 O2, un mélange d'acides fluorhydrique et nitrique, avec le soufre et le chlore bouillants (plus de 250°C), avec H2 S, à t°. HNO3 chaud et eau régale chaude, fonte du chlorate, du nitrite et du nitrate de potassium, du nitrite de sodium, du dioxyde de plomb, du brome, du fluor, de l'iode. Le carbure de WC est obtenu par interaction avec le carbone au-dessus de 1400°C, l'oxyde - par interaction avec la vapeur d'eau et le SO2 (à t° rouge chaud), leCO2 (au-dessus de 1200°C), les oxydes de Mg, Al, Th.
Inconvénients du tungstène
Il est difficile à recevoir sous sa forme pure, fragilité à température normale, poids spécifique élevé, rigidité, faible plasticité. Le tungstène ne peut être forgé, laminé et étiré que sous une chaleur intense.
Production d'acier laminé
La plasticité technologique du métal n'est pas suffisante, mais elle s'améliore avec l'augmentation de la température. C'est pourquoi les rouleaux de tungstène sont produits par un travail à chaud sous pression. Une billette (pour obtenir des barres ou des fils), appelée pile, est formée par des méthodes de métallurgie des poudres. Il est ensuite chauffé et forgé dans une machine à forger rotative, pour obtenir une barre de Ø 2 - 3 mm. Celles-ci sont livrées en longueurs droites ou en bobines. Après le tréfilage à chaud, elles sont transformées en fils fins conformément à la norme
Application
- Les fils et rubans de tungstène sont très demandés dans les domaines de l'électrotechnique et de l'électronique en raison de la faible pression de vapeur du tungstène à des températures de travail élevées allant jusqu'à 2500°C. Le caractère réfractaire du métal le rend indispensable dans les tubes à incandescence, les kinéscopes et d'autres applications de tubes à vide telles que les cibles de tubes à rayons X. Le fil de tungstène est utilisé pour le bobinage de tubes à rayons X.
- Le fil est utilisé pour le bobinage des éléments chauffants et pour l'isolation des fours électriques à haute température qui fonctionnent sous vide ou sous atmosphère d'hydrogène ou de gaz inerte à des températures allant jusqu'à 3000 °C.
- Les barres sont utilisées comme électrodes incombustibles.
- Le tungstène est utilisé pour fabriquer des creusets pour l'évaporation des métaux.
- Le tungstène est utilisé dans les contacts des distributeurs d'allumage automobile.
- En raison de son poids élevé, il est utilisé pour fabriquer des contrepoids pour les obus perforants et les noyaux d'obus d'artillerie à ailettes sous-calibrés et en forme de flèche, des noyaux de balles perforantes, des rotors à très haute vitesse (160 000 tr/min) des gyroscopes stabilisateurs de vol des missiles balistiques.
Alliages de tungstène
- Production de blindages de chars, de douilles de torpilles et d'obus, de pièces résistantes à la chaleur des moteurs d'avions et de fusées spatiales, et de conteneurs pour le stockage d'isotopes radioactifs.
- L'alliage amaloy est utilisé pour fabriquer des instruments chirurgicaux.
- Alliage d'aciers à outils et d'aciers résistant à la chaleur. Le ferrotungstène (70-86 % de W, jusqu'à 7 % de Mo et de Fe) utilisé pour ces alliages est obtenu par réduction de concentrés de scheelite ou de wolframite. Les meilleurs aciers rapides conservent leur dureté à 800°C. Ils contiennent jusqu'à 18,5 % de W (ou W+Mo), 7 % de Cr et de petites quantités de Co. Hastalloy est un alliage de nickel inoxydable allié au tungstène. Les "stellites" encore plus durs sont des alliages à base de cobalt auxquels ont été ajoutés du W, du Cr et du C. Les carbures de tungstène sont les plus durs. L'alliage Widna (WC + 15% Co et une petite quantité de carbure de titane) est 30% plus dur que l'acier au tungstène ordinaire, même à 1100°C. Les fraises fabriquées dans cet alliage enlèvent jusqu'à 2 kilomètres de copeaux de fer en une minute, peuvent travailler l'ébonite "capricieuse", le verre, la porcelaine et s'usent donc très peu. "Pobedit" - se compose de cristaux de carbure de tungstène dans une matrice de cobalt - alliage très dur, contenant 80-87% de tungstène, jusqu'à 16% de cobalt, 5-7% de carbone. Le carbure de titane en tant que charge peut être utilisé à la place du carbure de tungstène dans les alliages très durs - les cermets.
- Le "Pobedit" est indispensable pour l'usinage des métaux et des non-métaux par tournage, fraisage, perçage, ciselage. Il est disponible dans des qualités telles que : WC2, WC4, WC6, WC8, WC15, WC25, T5K10, T15K6, T30K4 ainsi que les alliages WC, TiC, TaC (nuances TT pour des conditions de traitement particulièrement difficiles : rabotage et ciselage de pièces forgées à partir d'aciers résistants à la chaleur, perforation par impact et forage rotatif dans l'industrie minière et pétrolière).
- Pour la production de thermocouples, on utilise des fils de tungstène-rhénium avec 5 % de rhénium et des fils avec 20 % de rhénium (BP 5/20).
Les fils de qualité VA, BM, VRN, BT-7, BT-10, BT-15 sont utilisés conformément à la norme
- En fonction du diamètre et de l'état de surface, le fil de qualité VA est utilisé pour les filaments des lampes à incandescence, les cathodes spiralées et non spiralées, les grilles, les ressorts et les boucles chauffantes des appareils électroniques, les ressorts des appareils à semi-conducteurs.
- Le fil BPH est utilisé pour les douilles, les traverses et les pièces d'appareils qui ne nécessitent pas d'alliages de tungstène.
Sels de tungstène
- Ces sels sont utilisés dans l'industrie chimique et l'industrie du tannage comme catalyseurs et pigments.
- Le disulfure de tungstène est utilisé comme lubrifiant résistant à la chaleur à des températures allant jusqu'à 500°C.
- Le bronze de tungstène et d'autres sels de tungstène sont utilisés pour fabriquer des peintures.
- Le tungstate de calcium et de magnésium remplit les dispositifs fluorescents.
- Le WO3 est utilisé pour fabriquer un électrolyte solide pour les piles à combustible résistantes à la chaleur.
- Les monocristaux de tungstate (tungstate de plomb, de cadmium et de calcium) sont utilisés comme détecteurs à scintillation de rayonnements ionisants dans le domaine de l'énergie nucléaire et de la radiologie médicale.
- Le tungstène ditéluride WTe2 est utilisé comme convertisseur d'énergie thermique en énergie électrique (CEM thermique d'environ 57 μV/K).
- L'isotope artificiel 185W est utilisé comme marqueur radioactif dans l'étude des substances. En alliage avec l'uranium 235, le 184W stable est utilisé dans les chaudières nucléaires en phase solide, en raison de sa section efficace de capture des neutrons thermiques étroite (environ 2 barns).
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