Tungstène : Applications passées et innovations modernes

Regard sur le tungstène vers 2007, par l'ITIA

L'International Tungsten Industry Association (ITIA) est une organisation respectée dont nos collègues de Nippon Tungsten sont membres depuis longtemps. Alors que nous, chez Metal Cutting, sommes experts dans la coupe du tungstène et la création de pièces de précision à partir de barres et fils, l'ITIA se concentre davantage sur les aspects poudre et tonnage du tungstène.

Cependant, l'ITIA intéresse quiconque dans le secteur du tungstène, où des propriétés uniques — point de fusion élevé (3422 °C), faible pression de vapeur (> 1650 °C), haute résistance à la traction — rendent ce matériau utile dans une vaste gamme d'applications.

En découvrant un vieil article de l'ITIA « A Family's Day with Tungsten », nous avons décidé, pour le plaisir, d'en faire une mise à jour. Plus d'une décennie plus tard, voici comment les usages du tungstène vers 2007, vécus par une famille théorique de quatre personnes, ont résisté à l'épreuve du temps.

À la maison, le matin

Cette journée 2007 a commencé par le père se réveillant très tôt (et discrètement) grâce à la douce vibration de son téléphone mobile sous l'oreiller. Le téléphone illustré a disparu — remplacé par les smartphones les plus fins. Pourtant, le mécanisme d'une minuscule pièce de tungstène tournée par un micro-moteur électrique à l'intérieur du téléphone pour créer la vibration est l'un des usages du tungstène encore utilisé aujourd'hui.

Alors que le père se faufilait dans la maison, il notait divers éclairages : la lueur douce de la lampe de chevet avec ampoule à incandescence 15 W à filament de tungstène, et les spots halogènes de la salle de bain avec fils de tungstène haute performance. La réalité aujourd'hui : les ampoules à filament s'effacent, même les fluocompactes cèdent à l'efficacité des LED. (Autant le filament est bon pour notre affaire, nous ne nions pas les LED !)

Usages du tungstène sur la route

Enfin dans sa voiture vers l'aéroport, le père active le dégivrage de vitre, utilisant des fils de tungstène intégrés aux pare-brise avant et arrière. Cette application n'a jamais vraiment pris aux USA, mais était utilisée en Europe. Aujourd'hui, Metal Cutting fournit du fil de tungstène pour pare-brise aérospatiaux.

Le père notait que son moteur diesel 10 cylindres tournait étonnamment suavement ; grâce à près de 10 kg de pièces en tungstène autour du vilebrequin pour réduire les vibrations. Cette pensée a disparu avec les diesels 10 cylindres, au profit de véhicules plus légers et économes.

Évitant de justesse une collision, il klaxonne — application nécessitant le passage du courant et dépendant d'interrupteurs en tungstène pur, qui dépendent de l'expertise en coupe du tungstène.

Dans l'aube, une fine couche de bronze de tungstène sur son rétroviseur réduisait l'éblouissement des phares arrière. Encore un usage actuel.

Alors qu'il neigeait, il pensait à son beau-frère en Finlande, où les pneus cloutés au carbure de tungstène cimenté étaient — et sont encore — utiles par temps glacial, là où la loi le permet. La dureté et la résistance à l'abrasion des clous empêchent le dérapage.

Les automobiles actuelles intègrent une gamme croissante de technologies de sécurité active améliorant sécurité et performance.

Approchant l'aéroport, il vit des camions avec étiquettes d'équipement de réduction d'émissions modernes. Catalyseurs DeNOx, utilisés alors et maintenant sur moteurs diesel de camions, réduisent la concentration d'oxydes d'azote dans l'échappement. Ces catalysés sont en céramique contenant du tungstène — deux matériaux qui fonctionnent bien ensemble vu le point de fusion ultra-élevé du tungstène.

De plus, des trous parfaitement calibrés dans les injecteurs diesel de ces camions sont réalisés avec les électrodes en tungstène de Metal Cutting. Nous rectifions les trous à des tolérances de diamètre de 0,5 micron pour maximiser la combustion complète et réduire les émissions particulaires.

Usages du tungstène dans les airs

À bord d'un avion, place près de l'aile, le père remarque les turbines. Les aubes de turbine dans la zone haute température sont et restent en superalliages contenant du tungstène — application bénéficiant du point de fusion élevé.

Au décollage, il observe les volets et ailerons. En 2007 et aujourd'hui, des contrepoids en alliage lourd de tungstène font partie du mécanisme contrôlant la force sur les volets.

Ironie : aujourd'hui nous payons tous les bagages et un surplus pour excès de poids, mais les avions sont remplis de contrepoids lourds en alliages de tungstène. Cependant, ils sont conçus avec précision pour des emplacements et raisons de sécurité spécifiques, donc pas de plainte.

Le père sort son ordinateur portable et iPod. Bien que ces appareils aient évolué extraordinairement, le tungstène reste intégral à leur fabrication :

• Circuits imprimés usinés avec fraises et micro-forets en carbure cimenté.
• Puces à circuits intégrés utilisant fils conducteurs ou plots en tungstène, et matériau de porte en siliciure de tungstène.
• Alliages tungstène-molybdène utilisés dans la production d'écrans.
• Sondes en tungstène ou rhénium-tungstène testent chaque puce au niveau wafer — assurant que la production à valeur ajoutée n'utilise que des puces fonctionnelles.

Tungstène dans applications médicales et dentaires

Pour la mère, l'histoire de l'ITIA détaillait des rendez-vous avec usages du tungstène en dispositifs médicaux. Ex: scanner CT (tomodensitométrie) de la colonne pour douleurs dorsales. Bien que l'IRM soit plus utilisée aujourd'hui, alors et maintenant un appareil CT génère des images 3D avec tubes à rayons X contenant une électrode en tungstène et une anode tournante en tungstène ou alliage tungstène-rhénium. Le tungstène est aussi utilisé dans le blindage de la machine CT.

Après bon rapport du scanner, direction dentiste. Panoramique dentaire — encore anodes de tungstène dans l'appareil à rayons X. Tungstate de calcium comme matériau fluorescent dans le film. Tablier de protection lourd en poudre de tungstène dispersée dans le latex, protégeant contre les radiations, plus écologique que le plomb. Aujourd'hui, l'imagerie numérique prévaut, mais la technologie de base des rayons X reste la même. Aux USA, les dentistes utilisent encore des tabliers au plomb. Ce serait bien qu'ils passent au tungstène plus écologique.

Retour 2007 : mauvaise nouvelle, traitement de canal ! Forets en carbure cimenté à grain fin, bords extrêmement tranchants. Vrai alors et maintenant : moins de frottement, moins de chaleur, moins de douleur pour le patient — bonne nouvelle pour maman.

Usages du tungstène pendant la journée d'école

Les deux enfants vont à l'école en train. Moteur avec commutateurs haute tension à zones de contact en cuivre-tungstène, résistants à l'érosion par étincelles grâce au point de fusion élevé. Filières de tirage en carbure cimenté pour la ligne de contact aérienne et tous les fils du moteur. Pièces en feuille de cuivre mince et transformateurs découpés avec outils en carbure cimenté. Ces usages sont encore standard aujourd'hui.

En révisant physique, un enfant lit sur l'usage du tungstène dans les matériaux de première paroi pour réacteurs à fusion nucléaire. Projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) en planification alors, encore en construction maintenant (www.iter.org).

Regardant par la fenêtre, ils voient une mine de charbon à ciel ouvert avec pelles géantes et systèmes reposant sur raccords de tubes en carbure de tungstène cimenté. L'économie du charbon n'a pas été clémente, mais tel équipement est encore utilisé dans divers minages avec composants en carbure de tungstène.

À l'école, le fils oublie ses fournitures, emprunte papier et stylo bille à sa sœur. Aujourd'hui, ordinateurs portables et mobiles ont remplacé papier/stylo pour beaucoup. Mais en 2007 et maintenant, rouleaux revêtus de tungstène servent à la fabrication du papier, et couteaux en carbure cimenté découpent précisément les feuilles de bloc-notes. De plus, le tungstène sous forme de carbure cimenté résistant à la corrosion forme encore la bille du stylo bille — conçue précisément pour rugosité juste nécessaire pour emporter l'encre et rouler sans glisser.

Tungstène aux loisirs

Après une journée chargée, la mère a un rendez-vous golf. Elle vérifie sa montre — cadeau de son mari, modèle très résistant aux rayures en carbure de tungstène, mouvement mécanique et pièce en alliage lourd de tungstène pour remontage automatique. Elle la porte peut-être encore.

Le golf lui permet de tester son nouveau driver, avec vis en alliage lourd de tungstène pour améliorer la performance, abaisser son handicap 18. Heureuse pour les nouvelles balles de golf cadeau d'anniversaire ; contenant une coque de tungstène dans une couche externe, bien frappées elles permettent un grand effet. Comme il fait froid et le sol dur, elle apprécie les pointes en carbure cimenté sur ses chaussures de golf. Aujourd'hui, ces usages du tungstène font partie des nombreux avantages technologiques que les golfeurs recherchent pour la perfection.

Pendant ce temps, après l'école, la fille et amies font du jogging avec poids aux mains et jambes pour augmenter l'efficacité de l'entraînement. Maintenant comme en 2007, ces poids sont souvent en tungstène, sa haute densité offrant du poids dans un volume compact, et font appel à des entreprises comme Metal Cutting pour l'expertise en coupe du tungstène.

Cet après-midi 2007, le fils retrouve des amis au club jeunesse, jouant aux fléchettes avec fléchettes professionnelles en métal lourd de tungstène. Permet (et permet encore) un design fin et trajectoire stable.

Usages du tungstène dans l'industrie générale

Tout au long de la journée, l'histoire de la famille cite une large gamme d'autres usages du tungstène dans l'industrie générale — exemples encore pleinement pertinents :

• Fils de tungstène pour fils de charge (corona) dans imprimantes laser et photocopieurs
• Outils en carbure de tungstène cimenté pour usiner blocs moteurs et pièces en titane pour longerons d'ailes et trains d'atterrissage
• Diamant polycristallin sur inserts carbure de tungstène pour couper plastique renforcé fibre de carbone pour pièces d'avion comme coques d'ailes
• Machines de construction routière robustes équipées de ciseaux en carbure cimenté et autres composants à base de tungstène
• Commutateurs de transformateurs électriques haute performance et postes électriques en cuivre-tungstène
• Broyeur à bois utilisant couteaux en carbure cimenté, plus résistants à l'usure que l'acier

Retour à la maison, fin de « journée avec le tungstène »

Alors que la famille se retrouve à la fin de la journée, il y a encore des usages du tungstène à découvert. Mère et fille accrochent de nouveaux rideaux ignifuges grâce au métatungstate de sodium dans le tissu. Père et fils bricolent une nouvelle salle de bain avec carreaux aux propriétés réfléchissantes grâce à l'oxyde de tungstène et tungstène métal dans l'émail. Outils : coupe-carreaux en carbure cimenté et foret à mèches carbure cimenté. Pendant que mère prépare le dîner avec aiguiseur de couteaux en carbure cimenté, le père (audiophile) teste un achat récent — platine vinyle analogique équipée de :

• Contrepoids en tungstène pour régler le bras de lecture et amortir les vibrations.
• Quatre pieds lourds en alliage lourd pour amortir les effets des vibrations sur le plateau.

Après dîner, cinéma pour le dernier thriller en projection grand angle, clarté et luminosité grâce aux lampes xénon à arc court avec électrodes en tungstène. Et tandis que la famille termine sa journée sous la lueur de lampes à filament de tungstène — application offrant une lueur chaleureuse grâce à la résistivité du tungstène, mais moins courante aujourd'hui face aux fluocompactes et LED — presque tous ces autres usages du tungstène restent tout aussi pertinents.

Le tungstène dans votre futur ?

Ceci est notre avis sur l'évolution des usages du tungstène sur la dernière décennie. Vous conviendrez que le tungstène reste l'un des métaux réfractaires les plus utilisés et bénéfiques. En tant qu'entreprise sachant couper le tungstène et l'utiliser optimalement, Metal Cutting peut vous aider à déterminer si des propriétés comme le point de fusion élevé en font le bon matériau pour votre application actuelle ou prévue — appelez-nous. Vous pouvez aussi apprendre les bases du fil de tungstène, ses propriétés et applications dans notre guide Tungsten Wire 101 : Aperçu d'un matériau unique et utile, téléchargeable gratuitement.