L'uso di metalli puri e leghe contenenti tungsteno si basa principalmente sulla loro refrattarietà, durezza e resistenza chimica. Il tungsteno puro viene utilizzato nella fabbricazione di filamenti per lampade elettriche ad incandescenza e tubi catodici, nella produzione di crogioli per l'evaporazione dei metalli, nei contatti dei distributori di accensione di automobili, nei bersagli dei tubi a raggi X; come avvolgimenti ed elementi riscaldanti in forni elettrici e come materiale strutturale per spazi e altri veicoli operanti ad alte temperature. Gli acciai rapidi (17,5-18,5% di tungsteno), la stellite (a base di cobalto con l'aggiunta di Cr, W, C), l'hastalloy (acciaio inossidabile a base di Ni) e molte altre leghe contengono tungsteno. La base per la produzione di utensili e leghe resistenti al calore è il ferrotungsteno (68-86% W, fino al 7% di Mo e ferro), facilmente ottenibile per riduzione diretta di concentrati di wolframite o scheelite. "Pobedit" - una lega molto dura contenente l'80-87% di tungsteno, il 6-15% di cobalto, il 5-7% di carbonio, è indispensabile nella lavorazione dei metalli, nell'industria mineraria e petrolifera.

I tungstati di calcio e magnesio sono ampiamente utilizzati nei dispositivi fluorescenti, altri sali di tungsteno sono utilizzati nell'industria chimica e conciaria. Il disolfuro di tungsteno è un lubrificante secco per alte temperature, stabile fino a 500 ° C. Nella produzione di vernici vengono utilizzati bronzi di tungsteno e altri composti di elementi. Molti composti di tungsteno sono ottimi catalizzatori.

Per molti anni dalla sua scoperta, il tungsteno rimase una rarità di laboratorio, solo nel 1847 Oxland ricevette un brevetto per la produzione di tungstato di sodio, acido tungstico e tungsteno dalla cassiterite (pietra di stagno). Il secondo brevetto, ottenuto da Oxland nel 1857, descriveva la produzione di leghe ferro-tungsteno, che costituiscono la base dei moderni acciai veloci.

A metà del 19° secolo furono fatti i primi tentativi di utilizzare il tungsteno nella produzione dell'acciaio, ma per molto tempo non fu possibile introdurre questi sviluppi nell'industria a causa del prezzo elevato del metallo. La crescente domanda di acciai legati e ad alta resistenza ha portato al lancio di acciai ad alta velocità presso Bethlehem Steel. Campioni di queste leghe furono presentati per la prima volta nel 1900 all'Esposizione Universale di Parigi.

Tecnologia di produzione dei filamenti di tungsteno e sua storia.

I volumi di produzione del filo di tungsteno hanno una piccola quota tra tutte le industrie che utilizzano il tungsteno, ma lo sviluppo della tecnologia per la sua produzione ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo della metallurgia delle polveri di composti refrattari.

Dal 1878, quando Swan dimostrò a Newcastle le lampade a carboncino a otto e sedici candele che aveva inventato, c'è stata la ricerca di un materiale più adatto per fare i filamenti. La prima lampada a carbone aveva un'efficienza di solo 1 lumen/watt, che è stata aumentata nei successivi 20 anni dalle modifiche ai metodi di lavorazione del carbone di un fattore di due e mezzo. Nel 1898, l'emissione luminosa di tali lampadine era di 3 lumen/watt. A quei tempi, i filamenti di carbonio venivano riscaldati facendo passare una corrente elettrica in un'atmosfera di pesanti vapori di idrocarburi. Durante la pirolisi di quest'ultimo, il carbonio risultante riempiva i pori e le irregolarità del filo, conferendogli una brillante lucentezza metallica.

Alla fine del 19° secolo von Welsbach realizzò il primo filamento metallico per lampade a incandescenza. L'ha ricavata dall'osmio (T pl = 2700°C). I filamenti di osmio avevano un'efficienza di 6 lumen / watt, tuttavia l'osmio è un elemento raro ed estremamente costoso del gruppo del platino, pertanto non ha trovato ampia applicazione nella produzione di dispositivi domestici. Il tantalio, con un punto di fusione di 2996°C, fu ampiamente utilizzato sotto forma di filo trafilato dal 1903 al 1911 grazie al lavoro di von Bolton della Siemens e di Halske. L'efficienza delle lampade al tantalio era di 7 lumen/watt.

Il tungsteno iniziò ad essere utilizzato nelle lampade a incandescenza nel 1904 e sostituì tutti gli altri metalli in questa capacità nel 1911. Una lampada a incandescenza convenzionale con un filamento di tungsteno ha un bagliore di 12 lumen / watt e lampade che funzionano ad alta tensione - 22 lumen / watt. Le moderne lampade fluorescenti con catodo di tungsteno hanno un'efficienza di circa 50 lumen/watt.

Nel 1904, Siemens-Halske tentò di applicare il processo di trafilatura sviluppato per il tantalio a metalli più refrattari come tungsteno e torio. La rigidità e la mancanza di malleabilità del tungsteno hanno impedito il regolare svolgimento del processo. Tuttavia, più tardi, nel 1913-1914, fu dimostrato che il tungsteno fuso poteva essere laminato e trafilato usando una procedura di riduzione parziale. Un arco elettrico è stato fatto passare tra un'asta di tungsteno e una gocciolina di tungsteno parzialmente fusa posta in un crogiolo di grafite rivestito all'interno con polvere di tungsteno e situato in un'atmosfera di idrogeno. Si sono così ottenute piccole gocce di tungsteno fuso, di circa 10 mm di diametro e 20-30 mm di lunghezza. Sebbene con difficoltà, era già possibile lavorare con loro.

Negli stessi anni, Just e Hannaman brevettarono un processo per realizzare filamenti di tungsteno. La polvere di metallo fine è stata miscelata con un legante organico, la pasta risultante è stata fatta passare attraverso filiere e riscaldata in un'atmosfera speciale per rimuovere il legante ed è stato ottenuto un filamento sottile di tungsteno puro.

Il noto processo di estrusione è stato sviluppato nel 1906-1907 ed è stato utilizzato fino all'inizio degli anni '10. La polvere di tungsteno nero molto finemente macinata è stata mescolata con destrina o amido fino a formare una massa plastica. La pressione idraulica ha forzato questa massa attraverso sottili setacci diamantati. Il filo così ottenuto era abbastanza resistente da poter essere avvolto su rocchetti ed asciugato. Successivamente, i fili sono stati tagliati in "forcine", che sono state riscaldate in un'atmosfera di gas inerte a una temperatura rovente per rimuovere l'umidità residua e gli idrocarburi leggeri. Ogni "forcina" è stata fissata in un morsetto e riscaldata in un'atmosfera di idrogeno fino a ottenere un bagliore brillante facendo passare una corrente elettrica. Ciò ha portato alla rimozione finale delle impurità indesiderate. Ad alte temperature, singole piccole particelle di tungsteno si fondono e formano un filamento di metallo solido uniforme. Questi fili sono elastici, sebbene fragili.

All'inizio del 20° secolo Yust e Hannaman hanno sviluppato un processo diverso che si distingue per la sua originalità. Un filamento di carbonio di 0,02 mm di diametro è stato rivestito di tungsteno riscaldandolo in un'atmosfera di idrogeno e vapore di esacloruro di tungsteno. Il filo rivestito in questo modo è stato riscaldato fino a ottenere un bagliore brillante in idrogeno a pressione ridotta. In questo caso, il guscio di tungsteno e il nucleo di carbonio sono stati completamente fusi l'uno con l'altro, formando carburo di tungsteno. Il filo risultante era bianco e fragile. Successivamente, il filamento è stato riscaldato in un flusso di idrogeno, che ha interagito con il carbonio, lasciando un filamento compatto di tungsteno puro. I fili avevano le stesse caratteristiche ottenute nel processo di estrusione.

Nel 1909 un americano Coolidgeè stato possibile ottenere tungsteno malleabile senza l'uso di riempitivi, ma solo con l'aiuto di temperature ragionevoli e lavorazioni meccaniche. Il problema principale nell'ottenere il filo di tungsteno era la rapida ossidazione del tungsteno ad alte temperature e la presenza di una struttura a grana nel tungsteno risultante, che portava alla sua fragilità.

La moderna produzione di filo di tungsteno è un processo tecnologico complesso e preciso. La materia prima è tungsteno in polvere ottenuto dalla riduzione del paratungstato di ammonio.

La polvere di tungsteno utilizzata per la produzione del filo deve essere di elevata purezza. Solitamente, vengono miscelate polveri di tungsteno di varia origine in modo da mediare la qualità del metallo. Vengono miscelati in mulini e, per evitare l'ossidazione del metallo riscaldato per attrito, nella camera viene fatto passare un flusso di azoto. Quindi la polvere viene pressata in stampi di acciaio su presse idrauliche o pneumatiche (5-25 kg/mm2). Se si utilizzano polveri contaminate, il compatto è fragile e viene aggiunto un legante organico completamente ossidabile per eliminare questo effetto. Nella fase successiva viene eseguita la sinterizzazione preliminare delle aste. Quando i compatti vengono riscaldati e raffreddati in un flusso di idrogeno, le loro proprietà meccaniche migliorano. I compatti sono ancora abbastanza fragili e la loro densità è del 60-70% della densità del tungsteno, quindi le bacchette sono sottoposte a sinterizzazione ad alta temperatura. L'asta viene fissata tra contatti raffreddati ad acqua e in un'atmosfera di idrogeno secco viene fatta passare una corrente attraverso di essa per riscaldarla quasi fino al punto di fusione. A causa del riscaldamento, il tungsteno viene sinterizzato e la sua densità aumenta fino all'85-95% di quella cristallina, allo stesso tempo aumentano le dimensioni dei grani e crescono i cristalli di tungsteno. Segue la forgiatura ad alta temperatura (1200-1500 °C). In un apparecchio speciale, le aste vengono fatte passare attraverso una camera, che viene compressa da un martello. Per un passaggio, il diametro dell'asta si riduce del 12%. Quando forgiati, i cristalli di tungsteno si allungano, creando una struttura fibrillare. Dopo la forgiatura, segue la trafilatura. Le aste vengono lubrificate e passate attraverso un setaccio di diamante o carburo di tungsteno. Il grado di estrazione dipende dallo scopo dei prodotti risultanti. Il diametro del filo risultante è di circa 13 µm.

La produzione mondiale di tungsteno è di circa 32mila tonnellate all'anno. Dall'inizio del nostro secolo, ha subito forti rialzi e cali altrettanto bruschi. Il diagramma mostra che i picchi della curva di produzione corrispondono esattamente ai picchi della prima e della seconda guerra mondiale. E ora il tungsteno è un metallo puramente strategico

Diagramma della produzione mondiale di tungsteno (in migliaia di tonnellate) nella prima metà del XX secolo.
L'acciaio al tungsteno e altre leghe contenenti tungsteno o suoi carburi sono usati per realizzare armature di carri armati, proiettili di siluri e proiettili e le parti più importanti di aerei e motori.

Il tungsteno è un componente indispensabile delle migliori qualità di acciaio per utensili. In generale, la metallurgia assorbe quasi il 95% di tutto il tungsteno estratto. (È caratteristico che utilizza ampiamente non solo tungsteno puro, ma principalmente ferrotungsteno più economico, una lega contenente l'80% di W e circa il 20% di Fe; si ottiene nei forni elettrici ad arco).

Le leghe di tungsteno hanno molte qualità notevoli. Il cosiddetto metallo pesante (da tungsteno, nichel e rame) viene utilizzato per realizzare contenitori in cui vengono immagazzinate sostanze radioattive. Il suo effetto protettivo è del 40% superiore a quello del piombo. Questa lega viene utilizzata anche in radioterapia, poiché crea una protezione sufficiente con uno spessore dello schermo relativamente piccolo.

Una lega di carburo di tungsteno con il 16% di cobalto è così dura che può sostituire parzialmente il diamante durante la perforazione di pozzi.

Le pseudoleghe di tungsteno con rame e argento sono un ottimo materiale per interruttori e interruttori per corrente elettrica ad alta tensione: durano sei volte di più rispetto ai tradizionali contatti in rame.

L'uso del tungsteno nei capelli delle lampade elettriche è stato discusso all'inizio dell'articolo. L'indispensabilità del tungsteno in quest'area è spiegata non solo dalla sua refrattarietà, ma anche dalla sua duttilità. Da un chilogrammo di tungsteno viene disegnato un filo lungo 3,5 km, ad es. questo chilogrammo è sufficiente per produrre filamenti per 23.000 lampadine da 60 watt. È a causa di questa proprietà che l'industria elettrica globale consuma solo circa 100 tonnellate di tungsteno all'anno.

Negli ultimi anni, i composti chimici del tungsteno hanno acquisito grande importanza pratica. In particolare, l'eteropoliacido fosfotungstico viene utilizzato per la produzione di vernici e pitture brillanti e resistenti alla luce. Una soluzione di tungstato di sodio Na2WO4 conferisce ai tessuti resistenza al fuoco e resistenza all'acqua e nella produzione di laser e vernici luminose vengono utilizzati tungstati di metalli alcalino terrosi, cadmio e terre rare.

Il passato e il presente del tungsteno danno tutte le ragioni per considerarlo un metallo laborioso.

TungstenoÈ un metallo argenteo opaco con il punto di fusione più alto di qualsiasi metallo puro.

Conosciuto anche come tungsteno, da cui l'elemento prende il suo simbolo, W, il tungsteno è più resistente allo strappo del diamante e molto più duro dell'acciaio. Sono le proprietà uniche dei metalli refrattari - la sua forza e capacità di resistere alle alte temperature - che lo rendono ideale per molte applicazioni commerciali e industriali.

Il tungsteno viene estratto principalmente da due tipi di minerali: wolframite e scheelite. Tuttavia, il riciclaggio del tungsteno rappresenta anche circa il 30% della fornitura mondiale. La Cina è il più grande produttore mondiale di metalli, fornendo oltre l'80% della fornitura mondiale.

Dopo la lavorazione e la separazione del minerale di tungsteno, viene prodotta una forma chimica, il paratungstato di ammonio (APT). L'APT può essere riscaldato con idrogeno per formare ossido di tungsteno o reagire con il carbonio a temperature superiori a 1925 ° F (1050 ° C) per produrre metallo di tungsteno.

Applicazioni:

L'uso principale del tungsteno da oltre 100 anni è stato il filamento di lampadine a incandescenza. Realizzata con piccole quantità di alluminosilicato di potassio, la polvere di tungsteno viene sinterizzata ad alta temperatura per formare un filamento di filo che è al centro delle lampadine che illuminano milioni di case in tutto il mondo.

Grazie alla capacità del tungsteno di mantenere la sua forma alle alte temperature, i filamenti di tungsteno sono ora utilizzati anche in una varietà di applicazioni domestiche, tra cui lampade, faretti, elementi riscaldanti in forni elettrici, forni a microonde, tubi a raggi X e tubi a raggi catodici (CRT ) nei monitor di computer e nei televisori.

La tolleranza del metallo al calore intenso lo rende ideale anche per termocoppie e contatti elettrici in forni elettrici ad arco e apparecchiature di saldatura. Le applicazioni che richiedono massa o peso concentrato, come contrappesi, pesi da pesca e freccette, utilizzano spesso il tungsteno a causa della sua densità.

Carburo di Wolfram:

Il carburo di tungsteno si ottiene combinando un atomo di tungsteno con un atomo di carbonio (rappresentato dal simbolo chimico WC) o due atomi di tungsteno con un atomo di carbonio (W2C). Questo viene fatto riscaldando la polvere di tungsteno con carbone a temperature da 2550 ° F a 2900 ° F (da 1400 ° C a 1600 ° C) in un flusso di idrogeno gassoso.

Secondo la scala di durezza Mohs (una misura della capacità di un materiale di graffiarne un altro), il carburo di tungsteno ha una durezza di 9,5, solo leggermente inferiore al diamante. Per questo motivo, questo composto solido viene sinterizzato, un processo che richiede la pressatura e il riscaldamento di una polvere ad alte temperature, per realizzare articoli utilizzati nella lavorazione e nel taglio. Il risultato sono materiali che possono lavorare in condizioni di alta temperatura e stress, come trapani, utensili per tornitura, frese e munizioni perforanti.

Il carburo cementato viene prodotto utilizzando una combinazione di carburo di tungsteno e polvere di cobalto e viene utilizzato per realizzare utensili resistenti all'usura come quelli utilizzati nell'industria mineraria.

La perforatrice per tunnel utilizzata per scavare il tunnel del canale che collegava la Gran Bretagna all'Europa era in realtà dotata di quasi 100 punte di carburo cementato.

Leghe di tungsteno:

Il metallo di tungsteno può essere combinato con altri metalli per migliorarne la forza e la resistenza all'usura e alla corrosione. Le leghe di acciaio contengono spesso tungsteno per queste proprietà benefiche. Molti acciai ad alta velocità utilizzati negli utensili da taglio e lavorazione come le lame per seghe contengono circa il 18% di tungsteno.

Le leghe di acciaio al tungsteno sono anche utilizzate nella produzione di ugelli per motori a razzo, che devono avere elevate proprietà di resistenza al calore. Altre leghe di tungsteno includono Stellite (cobalto, cromo e tungsteno), che viene utilizzata nei cuscinetti e nei pistoni per la sua durata e resistenza all'usura, e Hevimet, che è realizzato sinterizzando polvere di lega di tungsteno e utilizzato in munizioni, canne per freccette e mazze da golf .

Le superleghe a base di cobalto, ferro o nichel, insieme al tungsteno, possono essere utilizzate per realizzare le pale delle turbine degli aerei.

Anche il tungsteno appartiene al gruppo dei metalli caratterizzati da alti tassi di refrattarietà. Fu scoperto in Svezia da un chimico di nome Scheele. Fu lui il primo nel 1781 a isolare dal minerale wolframite l'ossido di un metallo sconosciuto. Lo scienziato è riuscito a ottenere il tungsteno nella sua forma pura dopo 3 anni.

Descrizione

Il tungsteno appartiene a un gruppo di materiali che vengono spesso utilizzati in vari settori. Lui indicato dalla lettera W e nella tavola periodica ha il numero di serie 74. E' caratterizzato da un colore grigio chiaro. Una delle sue qualità caratteristiche è la sua elevata refrattarietà. Il punto di fusione del tungsteno è 3380 gradi Celsius. Se lo consideriamo dal punto di vista applicativo, le qualità più importanti di questo materiale sono:

• densità;
• temperatura di fusione;
• resistenza elettrica;
• coefficiente di dilatazione lineare.

Calcolando le sue qualità caratteristiche, è necessario evidenziare l'alto punto di ebollizione, su cui si trova a 5900 gradi Celsius. Un'altra caratteristica è il suo basso tasso di evaporazione. È basso anche in condizioni di temperatura di 2000 gradi Celsius. In termini di proprietà come la conduttività elettrica, questo metallo è 3 volte superiore a una lega così comune come il rame.

Fattori che limitano l'uso del tungsteno

Ci sono una serie di fattori che limitano l'uso di questo materiale:

• alta densità;
• significativa tendenza alla fragilità alle basse temperature;
• bassa resistenza all'ossidazione.

In apparenza, tungsteno simile al normale acciaio. La sua principale applicazione è associata principalmente alla produzione di leghe con elevate caratteristiche di resistenza. Questo metallo può essere lavorato, ma solo se è preriscaldato. A seconda del tipo di lavorazione selezionato, il riscaldamento viene effettuato a una determinata temperatura. Ad esempio, se il compito è forgiare barre di tungsteno, il pezzo deve prima essere riscaldato a una temperatura di 1450-1500 gradi Celsius.

Per 100 anni, il tungsteno non è stato utilizzato per scopi industriali. Il suo utilizzo nella fabbricazione di vari macchinari era temperato dal suo alto punto di fusione.

L'inizio del suo uso industriale è legato al 1856, quando fu utilizzato per la prima volta per la lega di acciai per utensili. Durante la loro produzione, alla composizione è stato aggiunto tungsteno con una quota totale fino al 5%. La presenza di questo metallo nella composizione dell'acciaio ha permesso di aumentare la velocità di taglio sui torni. da 5 a 8 metri al minuto.

Lo sviluppo dell'industria nella seconda metà del XIX secolo è caratterizzato dallo sviluppo attivo dell'industria delle macchine utensili. La richiesta di attrezzature è in costante aumento ogni anno, il che ha richiesto ai costruttori di macchine di ottenere le caratteristiche qualitative delle macchine e, in aggiunta, di aumentarne la velocità operativa. Il primo impulso per aumentare la velocità di taglio è stato l'uso del tungsteno.

Già all'inizio del 20° secolo la velocità di taglio è stata aumentata fino a 35 metri al minuto. Ciò è stato ottenuto legando l'acciaio non solo con il tungsteno, ma anche con altri elementi:

• molibdeno;
• cromo;
• vanadio.

Successivamente, la velocità di taglio sulle macchine è aumentata a 60 metri al minuto. Ma, nonostante tassi così alti, gli esperti hanno capito che esiste un'opportunità per migliorare questa caratteristica. Gli esperti non hanno pensato a lungo quale modo scegliere per aumentare la velocità di taglio. Ricorrevano all'uso del tungsteno, ma già sotto forma di carburi in alleanza con altri metalli e loro tipi. Attualmente è abbastanza comune tagliare il metallo su macchine utensili a 2000 metri al minuto.

Come ogni materiale, il tungsteno ha le sue proprietà speciali, grazie alle quali è caduto nel gruppo dei metalli strategici. Abbiamo già detto sopra che uno dei vantaggi di questo metallo è la sua elevata refrattarietà. È grazie a questa proprietà che il materiale può essere utilizzato per la produzione di filamenti.

Il suo punto di fusione è a 2500 gradi Celsius. Ma solo questa qualità delle proprietà positive di questo materiale non è limitata. Ha anche altri vantaggi che dovrebbero essere menzionati. Uno di questi è l'elevata resistenza, dimostrata in condizioni di temperature normali ed elevate. Ad esempio, quando il ferro e le leghe a base di ferro vengono riscaldati a una temperatura di 800 gradi Celsius, si verifica una diminuzione della resistenza di 20 volte. Nelle stesse condizioni, la forza del tungsteno diminuisce solo tre volte. In condizioni di 1500 gradi Celsius, la forza del ferro è praticamente ridotta a zero, ma per il tungsteno è al livello del ferro a temperatura normale.

Oggi, l'80% del tungsteno prodotto nel mondo viene utilizzato principalmente nella produzione di acciaio di alta qualità. Più della metà dei gradi di acciaio utilizzati dalle imprese di costruzione di macchine contengono tungsteno nella loro composizione. Li usano come materiale principale per parti di turbine, riduttori e utilizzare tali materiali anche per la produzione di macchine per compressori. Gli acciai per la costruzione di macchine contenenti tungsteno vengono utilizzati per produrre alberi, ruote dentate e un solido rotore forgiato.

Inoltre, vengono utilizzati per la produzione di alberi a gomiti, bielle. L'aggiunta di acciaio per ingegneria alla composizione, oltre al tungsteno e altri elementi di lega, ne aumenta la temprabilità. Inoltre, è possibile ottenere una struttura a grana fine. Insieme a questo, gli acciai per ingegneria prodotti aumentano caratteristiche come durezza e resistenza.

Nella produzione di leghe resistenti al calore, l'uso del tungsteno è uno dei prerequisiti. La necessità di utilizzare questo particolare metallo è dovuta al fatto che è l'unico in grado di sopportare carichi significativi ad alte temperature superiori al valore di fusione del ferro. Il tungsteno e i composti a base di questo metallo sono caratterizzati da un'elevata resistenza e una buona elasticità. A questo proposito, sono superiori ad altri metalli inclusi nel gruppo dei materiali refrattari.

Svantaggi

Tuttavia, elencando i vantaggi del tungsteno, non si può non notare svantaggi inerenti a questo materiale.

Il tungsteno, attualmente prodotto, contiene il 2% di torio. Questa lega è chiamata tungsteno toriato. È tipico per lui forza finale 70 MPa ad una temperatura di 2420 gradi Celsius. Sebbene il valore di questo indicatore non sia elevato, notiamo che solo 5 metalli, insieme al tungsteno, non cambiano il loro stato solido a tale temperatura.

Questo gruppo include il molibdeno, il cui punto di fusione è di 2625 gradi. Un altro metallo è il tecnezio. Tuttavia, è improbabile che le leghe basate su di esso vengano prodotte nel prossimo futuro. Il renio e il tantalio non hanno un'elevata resistenza in queste condizioni di temperatura. Pertanto, il tungsteno è l'unico materiale in grado di fornire una resistenza sufficiente a carichi ad alta temperatura. Poiché è tra quelli scarsi, se c'è un'opportunità per sostituirlo, i produttori usano un'alternativa ad esso.

Tuttavia, nella produzione dei singoli componenti, non esistono materiali che possano sostituire completamente il tungsteno. Ad esempio, nella produzione di filamenti per lampade elettriche e anodi per lampade ad arco CC, viene utilizzato solo tungsteno, poiché semplicemente non ci sono sostituti adatti. Inoltre è usato nella fabbricazione di elettrodi per saldatura ad arco argon e idrogeno atomico. Inoltre, utilizzando questo materiale, viene realizzato un elemento riscaldante, utilizzato in condizioni da 2000 gradi Celsius.

Applicazione

Il tungsteno e le leghe a base di esso sono ampiamente utilizzati in vari settori. Sono utilizzati nella produzione di motori aeronautici, utilizzati nel campo della scienza missilistica, nonché per la produzione di tecnologia spaziale. In queste aree, utilizzando queste leghe, vengono realizzati ugelli a getto, inserti di sezioni critiche nei motori a razzo. Inoltre, tali materiali sono utilizzati come materiali principali per la produzione di leghe per razzi.

La produzione di leghe da questo metallo ha una caratteristica, che è associata alla refrattarietà di questo materiale. Ad alte temperature, molti metalli cambiano il loro stato e trasformarsi in gas o liquidi altamente volatili. Pertanto, per ottenere leghe contenenti tungsteno, vengono utilizzati metodi di metallurgia delle polveri.

Tali metodi comportano la pressatura di una miscela di polveri metalliche, seguita dalla sinterizzazione e dal loro ulteriore assoggettamento a fusione ad arco, effettuata in forni a elettrodi. In alcuni casi, la polvere di tungsteno sinterizzato viene inoltre impregnata con una soluzione liquida di qualche altro metallo. Si ottengono così pseudoleghe di tungsteno, rame, argento, utilizzate per i contatti negli impianti elettrici. Rispetto al rame, la durata di tali prodotti è 6-8 volte superiore.

Questo metallo e le sue leghe hanno grandi prospettive per un'ulteriore espansione del campo di applicazione. Innanzitutto, va notato che, a differenza del nichel, questi materiali possono lavorare a frontiere "infuocate". L'uso di prodotti di tungsteno al posto del nichel porta al fatto che i parametri operativi delle centrali elettriche aumentano. E questo porta a aumento dell'efficienza delle apparecchiature. Inoltre, i prodotti a base di tungsteno resistono facilmente in ambienti difficili. Pertanto, possiamo affermare con sicurezza che il tungsteno continuerà a guidare il gruppo di tali materiali nel prossimo futuro.

Il tungsteno ha anche contribuito al processo di miglioramento della lampada a incandescenza elettrica. Fino al periodo del 1898, in questi apparecchi di illuminazione elettrica veniva utilizzato il filamento di carbonio.

• era facile da fare;
• la sua produzione era poco costosa.

L'unico svantaggio del filamento di carbonio era quello tutta la vita ne aveva una piccola. Dopo il 1898, le lampade a filamento di carbonio avevano un concorrente sotto forma di osmio. A partire dal 1903, il tantalio è stato utilizzato per produrre lampade elettriche. Tuttavia, già nel 1906, il tungsteno sostituì questi materiali e iniziò ad essere utilizzato per la produzione di filamenti per lampade a incandescenza. È ancora oggi utilizzato nella produzione di moderne lampadine elettriche.

Per fornire a questo materiale un'elevata resistenza al calore, sulla superficie del metallo viene applicato uno strato di renio e torio. In alcuni casi, il filamento di tungsteno è realizzato con l'aggiunta di renio. Ciò è dovuto al fatto che alle alte temperature questo metallo inizia ad evaporare e ciò porta al fatto che il filo di questo materiale diventa più sottile. L'aggiunta di renio alla composizione porta a una diminuzione dell'effetto dell'evaporazione di 5 volte.

Al giorno d'oggi, il tungsteno viene utilizzato attivamente non solo nella produzione di ingegneria elettrica, ma anche vari prodotti industriali militari. La sua aggiunta al canna di fucile rende questo tipo di materiale altamente efficace. Inoltre, ti consente di migliorare le caratteristiche della protezione dell'armatura, oltre a rendere più efficaci i proiettili perforanti.

Conclusione

Il tungsteno è uno dei materiali richiesti utilizzati nella metallurgia. Aggiungerlo alla composizione degli acciai prodotti ne migliora le caratteristiche. Diventano più resistenti allo stress termico e, inoltre, aumenta il punto di fusione, che è particolarmente importante per i prodotti utilizzati in condizioni estreme. ad alte temperature. L'uso nella produzione di varie attrezzature, prodotti ed elementi, unità di questo metallo o leghe basate su di esso può migliorare le caratteristiche dell'attrezzatura e aumentare l'efficienza del loro lavoro.

Il tungsteno è considerato il metallo più refrattario conosciuto. Fu ottenuto per la prima volta nel 18° secolo, ma l'uso industriale iniziò molto più tardi, con lo sviluppo della tecnologia di produzione.

Caratteristiche principali

Essendo il metallo più refrattario, il tungsteno ha proprietà specifiche:

• Il punto di fusione del tungsteno è approssimativamente lo stesso della temperatura della corona solare - 3422 °C.
• Allo stesso tempo, la densità del tungsteno puro lo mette alla pari con i metalli più densi. La sua densità è quasi uguale alla densità dell'oro: 19,25 g/cm 3 .
• La conducibilità termica del tungsteno dipende dalla temperatura e varia da 0,31 cal/cm·sec·°C a 20°С a 0,26 cal/cm·sec·°С a 1300°С.
• Anche la capacità termica è vicina a quella dell'oro e ammonta a 0,15·10 3 J/(kg·K).

Il metallo ha un reticolo cristallino centrato sul corpo cubico. Nonostante la sua elevata durezza, il tungsteno è molto duttile e malleabile quando riscaldato, il che rende possibile la produzione di filo sottile da esso, che ha un'ampia gamma di applicazioni.

Ha un colore grigio-argento, che non cambia all'aria aperta, poiché il tungsteno ha un'elevata resistenza chimica e reagisce con l'ossigeno solo a temperature superiori al calore rosso.

Le proprietà chimiche dell'elemento, di regola, iniziano ad apparire quando vengono riscaldate al di sopra di alcune centinaia di gradi. In condizioni normali non interagisce con la maggior parte degli acidi conosciuti, fatta eccezione per una miscela di acido fluoridrico e acido nitrico.
In presenza di determinati agenti ossidanti, può reagire con fusi alcalini. In questo caso, per avviare la reazione è necessario il riscaldamento ad una temperatura di 400 - 500°C, quindi la reazione procede rapidamente, con rilascio di calore.

Alcuni composti, in particolare il carburo di tungsteno, hanno una durezza molto elevata e vengono utilizzati nell'industria metallurgica per la lavorazione delle leghe dure.

Le suddette caratteristiche del tungsteno determinano le specificità delle aree di applicazione del metallo, sia in forma pura che come parte di varie leghe e composti chimici.
Il tungsteno è incluso in molte leghe resistenti al calore come aggiunta di lega per aumentare la durezza, il punto di fusione e la resistenza alla corrosione.
La vicinanza della densità e della capacità termica del tungsteno e dell'oro può teoricamente servire a falsificare lingotti d'oro, ma questo può essere facilmente rilevato misurando la resistenza elettrica e rifondendo un lingotto d'oro.

Ottenere tungsteno

Nella sua forma pura e nativa, il metallo non si trova in natura. La maggior parte dei depositi sono formati da ossidi. Il contenuto di composti in termini di metallo puro nel giacimento di minerale è 0,2 - 2%.
La resistenza chimica e l'alto punto di fusione consentono la produzione di tungsteno dal minerale solo utilizzando tecniche specifiche.

La maggior parte dei metodi per la produzione industriale del tungsteno si basano sulla riduzione del metallo dal suo ossido. La prima fase della produzione consiste nell'arricchimento del minerale contenente tungsteno. L'ossido WO 3 viene quindi ottenuto mediante operazioni di lisciviazione e riduzione, che viene ridotto a metallo puro in atmosfera di idrogeno. La temperatura di processo è di circa 700 °C.

Come risultato della reazione si ottiene una polvere metallica finemente dispersa. L'alto punto di fusione non consente la formazione del metallo in lingotti, quindi la polvere di tungsteno viene prima pressata ad alta pressione e quindi sinterizzata in un'atmosfera di idrogeno riscaldando fino a una temperatura di 1300 ° C. Una potente corrente elettrica viene fatta passare attraverso le barre risultanti. A causa dell'elevata resistenza di transizione tra i grani di metallo, il pezzo viene riscaldato e fuso.

Il lingotto risultante viene purificato mediante fusione a zone, simile alla tecnologia per la produzione di semiconduttori ultrapuri. La produzione di tungsteno mediante questa tecnologia consente di ottenere metallo di elevata purezza senza ulteriori operazioni di purificazione.

Nella produzione di leghe, tutti i componenti vengono aggiunti prima della fase di pressatura delle polveri, poiché non è più possibile farlo in un secondo momento. Nel processo di pressatura, sinterizzazione e ulteriore lavorazione del pezzo (pressatura, laminazione), viene garantita una distribuzione uniforme delle impurità nella lega.

Il tungsteno viene lavorato a temperature di circa millecinquecento gradi. Con tale riscaldamento, il metallo diventa molto duttile e consente la forgiatura, lo stampaggio. Il filo sottile per spirali di lampade a incandescenza è realizzato per trafilatura. In questo caso, i cristalli di metallo si trovano lungo il filo, aumentandone la forza. Poiché i requisiti di uniformità sono elevati sulle bobine della lampada, il filo di tungsteno viene inoltre sottoposto a operazioni di lucidatura elettrochimica.

Applicazione del tungsteno

La maggior parte delle applicazioni del tungsteno sfruttano il suo alto punto di fusione, densità e duttilità. Il tungsteno è indispensabile nelle seguenti aree:

• Il tungsteno puro è l'unico metallo utilizzato nei filamenti di lampade per illuminazione, lampade radio, cinescopi e altri dispositivi sottovuoto;
• Nella sua forma pura e nella composizione di leghe, trova impiego nella produzione di anime per proiettili e proiettili perforanti di calibro inferiore;
• L'elevata densità del tungsteno consente di realizzare rotori per giroscopi di piccole dimensioni per missili e veicoli spaziali;
• Produzione di elettrodi non consumabili per saldatura ad arco argon;
• I dispositivi di protezione dalle radiazioni al tungsteno sono più efficaci dei tradizionali dispositivi di piombo. L'uso del tungsteno è economicamente vantaggioso nonostante il suo costo più elevato rispetto al piombo. Ciò è dovuto al fatto che il consumo di tungsteno con le stesse caratteristiche tecniche del prodotto è molto inferiore.
• I prodotti in tungsteno non necessitano di protezione dalla corrosione a causa della bassa attività chimica in condizioni di temperatura normali.

I composti di tungsteno con carbonio sono più comunemente conosciuti come "win". La loro elevata durezza viene utilizzata nel taglio di strumenti di saldatura per la lavorazione dei metalli: frese, trapani, frese. Gli strumenti con punta in pobedite vengono utilizzati per lavorare quasi tutti i materiali, dal legno, dove non è quasi mai richiesta una periodica affilatura, a qualsiasi tipo di pietra. Per l'affilatura di utensili vincitori, sono necessari abrasivi con la massima durezza. Ciò corrisponde pienamente agli abrasivi diamantati e elbor, che hanno la durezza più alta tra tutti quelli conosciuti.

Le saldature Pobedit sono fissate ai bordi di lavoro dell'utensile mediante saldatura in rame. Il borace è usato come flusso.

Il carburo di tungsteno è utilizzato in gioielleria, in particolare negli anelli. L'elevata durezza del materiale consente di mantenere la lucentezza del prodotto per l'intera durata.

Pobedit è prodotto con il metodo della polvere, utilizzando il cobalto per il legame con un cristallo di carburo di tungsteno.

Leghe a base di tungsteno

Le leghe di tungsteno possono essere ottenute solo dalla metallurgia delle polveri. Ciò è dovuto alla grande differenza nelle temperature di fusione dei metalli che compongono la lega. Le polveri dei componenti iniziali dopo la miscelazione vengono pressate e quindi sottoposte a sinterizzazione. Come risultato delle forze capillari, metalli più fusibili riempiono lo spazio tra i grani di tungsteno, formando una lega monolitica. Le soluzioni solide dei componenti della lega si formano ai bordi del grano.

Le più diffuse leghe di tungsteno con rame, ferro e nichel. Le leghe VNZh e VNM più comuni includono tungsteno - nichel - ferro e tungsteno - nichel - rame.

Per ottenere caratteristiche speciali possono essere inclusi anche argento, cromo, cobalto e molibdeno.

Le leghe di tungsteno sono utilizzate per la produzione di parti e dispositivi in ​​cui l'alta densità è importante con dimensioni complessive ridotte. Questi sono tutti i tipi di contrappesi, volani, pesi di regolatori centrifughi, nuclei di proiettili e proiettili.

Non si conoscono molti gradi di tungsteno. Prima di tutto, è tecnicamente puro tungsteno - HF.

I gradi di tungsteno utilizzati nell'industria di solito includono alcuni additivi. Il materiale drogato con lantanio è designato come VL, con ittrio - VI. Questi additivi leganti migliorano ulteriormente le proprietà meccaniche e tecnologiche del metallo.

Le leghe con renio - VR5, VR20 - sono utilizzate nella produzione di termocoppie ad alta temperatura.

Il drogaggio con il torio aumenta le proprietà di emissione del tungsteno, che è particolarmente importante nella produzione di catodi per tubi a vuoto ad alta potenza. Questo additivo migliora anche la capacità di innescare un arco elettrico nella saldatura TIG.

Le leghe di tungsteno con rame e argento vengono utilizzate per creare contatti in apparecchiature di commutazione ad alta corrente. Il rame e l'argento con un'elevata conduttività elettrica non hanno un'elevata resistenza meccanica. Con il passaggio di correnti elevate è possibile la fusione dei gruppi di contatto. I contatti in leghe di tungsteno sono esenti da queste carenze, nonostante una resistenza elettrica leggermente superiore.

L'elevata densità delle leghe consentirà di utilizzarle per la fabbricazione di contenitori per lo stoccaggio di sostanze radioattive, schermi per la protezione contro le radiazioni γ.