Wolfram: Verleden toepassingen en moderne innovaties

Een blik terug op wolfram ca. 2007, met dank aan ITIA

De International Tungsten Industry Association (ITIA) is een gerenommeerde organisatie waar onze collega's van Nippon Tungsten al jaren lid van zijn. Terwijl wij bij Metal Cutting experts zijn in hoe wolfram te snijden en het te gebruiken om precisie-onderdelen van gewalst staal en fijn draad te creëren, is de ITIA meer gericht op poeder- en tonnage-aspecten van wolfram.

Echter, de hooggeachte ITIA is van belang voor iedereen in de wolfram-sector, waar unieke eigenschappen waaronder het hoge smeltpunt van wolfram (6192°F, of 3422°C), de lage dampdruk (temperaturen > 3000°F, of > 1650°C), en de hoge treksterkte dit materiaal nuttig hebben gemaakt in een brede reeks toepassingen.

In feite, toen we een oud ITIA-nieuwsbriefartikel genaamd "A Family's Day with Tungsten" tegenkwamen, besloten we, puur voor de pret, een update te doen. Meer dan een decennium na het schrijven van het stuk, hier is onze blik op hoeveel wolfram-toepassingen circa 2007, zoals ervaren door een theoretisch gezin van vier personen (een vader, een moeder, en twee kinderen), de tand des tijds hebben doorstaan.

Thuis in de ochtend

Die dag in 2007 begon met de vader die heel vroeg wakker werd (en stil, om zijn vrouw en kinderen niet te storen) door de zachte trilling van zijn mobiele telefoon onder zijn kussen.

Het type telefoon afgebeeld in het artikel is lang geleden verdwenen — vervangen door de slankste smartphones. Echter, het mechanisme van een klein wolfram-deeltje gedraaid door een elektrische micromotor binnenin de telefoon om de trilling te creëren, is een van de wolfram-toepassingen die vandaag nog steeds gebruikt wordt.

Terwijl de vader op tippetoes door het huis sluipte, noteerde hij diverse verlichting, waaronder de zachte gloed van de nachtlamp met een 15-watt gloeilamp met een wolfram-draad en de heldere halogeen spots in de badkamer met hoogpresterende wolfram-drader.

De realiteit vandaag is dat gloeilampen met draad aflopen, en zelfs TL-lampen snel plaatsmaken voor de efficiëntie van LED-verlichting. (Zolang draadfilament een van die wolfram-toepassingen is die goed is voor ons bedrijf, zijn we niet onder de LED-ontkenners!)

Wolfram-toepassingen op de weg

Eindelijk in zijn auto en op weg naar het vliegveld, schakelde de vader zijn ruitontdooier in, die wolfram-draden in de voor- en achterruit had ingesloten.

Deze toepassing heeft nooit echt de grounding gekregen in auto's gemaakt in de Verenigde Staten, maar werd wijd gebruikt in Europa. Bovendien levert Metal Cutting vandaag wolfram-draad voor dit doel in luchtvaartruit.

De vader merkte op dat zijn 10-cilinder motor verrassend soepel liep voor een diesel; dit was door bijna 22 pond (10 kg) wolfram-onderdelen rond de krankas geplaatst om trillingen te verminderen. Die denkrichting is verdwenen samen met 10-cilinder diesels in het algemeen, ten gunste van veel lichtere en energie-efficiëntere auto's.

Nauwelijks een botsing op de snelweg ontwijkend, greep de vader snel naar zijn claxon — een toepassing die, toen en nu, de stroom van elektriciteit vereist en afhangt van schakelaars gemaakt van zuiver wolfram, die op hun beurt afhangen van expertise in het snijden van wolfram.

In de schemering verminderde een dunne laag wolfram-brons op zijn achteruitkijkspiegel de blindering van de koplichten achter hem. Dit is ook een van de wolfram-toepassingen die vandaag gebruikt wordt.

Terwijl het begon te sneeuwen, dacht de vader aan zijn zwager die in Finland woonde, waar banden gestudeerd met cemented wolfram-carbide — en nog steeds — nuttig zijn in ijsache weersomstandigheden, waar de lokale overheid ze toestaat. De hardheid en slijtvasteheid van de stiften helpen auto's te voorkomen uitglijden.

Natuurlijk omvatten vandaag de auto's een steeds groeiende reeks actieve veiligheidstechnologie ontworpen om zowel veiligheid als prestaties te verbeteren.

Terwijl hij het vliegveld naderde, zag de vader vrachtwagens met labels die zeiden dat ze uitgerust waren met moderne emissiereductieapparatuur. DeNOx-katalysatoren, toen en nu gebruikt op veel vrachtwagent dieselmotoren, verminderen stikstofoxide-concentratie in de uitlaat.

Deze katalysatoren zijn gemaakt van een wolfram-bevattende keramiek — twee materialen die goed samenwerken, gegeven het ultra-hoge smeltpunt van wolfram.

Daarnaast worden perfect gegroeide gaten in de dieselinjectoren voor deze vrachtwagens gemaakt met de eigen wolfram-elektrodes van Metal Cutting. We slijpen de gaten tot diameter-toleranties van 0,5 micron om volledige verbranding te maximaliseren en deeltjesemissies te verminderen.

Wolfram-toepassingen in de lucht

Een vliegtuig in stappen en zijn zitplaats nabij een van de vleugels vinden, merkte de vader de motor-turbines op. De turbineschaufels in de hoge-temperatuurzone van de motor waren en zijn nog steeds gemaakt van wolfram-bevattende superlegeringen — een andere toepassing die profiteert van het hoge smeltpunt van wolfram.

Tijdens de start keek hij uit het raam en merkte de vleugelklappen en aansturingen aan het werk. In 2007 en vandaag zijn wolfram zware metaal tegengewichten onderdeel van het mechanisme dat de kracht op de klappen regelt.

Ironisch, terwijl wij vandaag voor alle bagage betalen en extra voor overgewicht, zijn vliegtuigen zelf gevuld met zware tegengewichten gemaakt van wolfram zware legeringen. Echter, deze zijn precisie-geëngineerd voor specifieke locaties en veiligheidsdoeleinden, dus we klachten niet.

De vader haalde zijn laptop en iPod eruit om de tijd te doorbrengen en zich voor te bereiden op zijn zakelijke vergadering. Terwijl deze elektronische apparaten in het afgelopen decennium-plus extraordinaris zijn geëvolueerd, is wolfram nog steeds integraal voor hun fabricage. Bijvoorbeeld:

• Printplaten binnenin de apparaten worden bewerkt met cemented carbide routers en microboortjes.
• Geïntegreerde schakeling chips gebruiken wolfram geleidende draden of stekkers en wolfram-silicide gate materiaal.
• Wolfram en molybdeen legeringen worden gebruikt in de productie van apparaatschermen.
• Proeven gemaakt van wolfram of wolfram-rhenium worden gebruikt om elke geïntegreerde schakeling chip op wafer-niveau te testen — zodat daarvoor gezorgd wordt dat daaropvolgende waardetoevoegende productie alleen chips gebruikt die werken.

Wolfram in medische en tandheelkundige toepassingen

Voor de moeder van het gezin, beschreef het ITIA-verhaal enkele belangrijke afspraken die wolfram-toepassingen in medische apparaten belichten. Bijvoorbeeld, ze maakte een reis naar een ziekenhuis voor een computertomografie (CT-scan) van haar rug, om de oorzaak van enige langdurige rugpijn te bepalen.

Hoewel magnetische resonantie imaging (MRI) vandaag waarschijnlijk vaker gebruikt wordt, toen en nu kon een CT-apparaat 3D-afbeeldingen genereren met Röntgenbuizen die een elektrode van wolfram bevatten, alsook een rotterende anode gemaakt van wolfram of een wolfram-rhenium legering. Daarnaast wordt wolfram nog steeds gebruikt in de afscherming van de hele CT-machine.

Na een goed rapport van de CT-scan, wat geen ernstig probleem toonde, ging de moeder naar een afspraak bij de tandarts. Daar werd een panoramische röntgenfoto van al haar tanden gemaakt — en weer speelden wolfram-anoden een rol in de röntgenmachine.

Calciumwolfraat werd gebruikt als fluorescerend materiaal in de röntgenfilm. Daarnaast was de zware beschermende schort die de moeder droeg gemaakt van wolfram-poeder gedispergeerd in latex, die haar beschermde tegen straling en milieuvriendelijker was dan lood.

Vandaag is digitale imaging meer prevalent dan het gebruik van traditionele röntgenfilm bij de tandarts, maar de basis röntgentechnologie blijft hetzelfde. Interessant genoeg, hier in de Verenigde Staten gebruiken onze tandartsen nog beschermende schorten gemaakt met lood. Maar zou het niet geweldig zijn als ze overschakelden naar de meer milieuvriendelijke wolfram?

Terug naar 2007, was er slecht nieuws voor moeder: Ze had een wortelkanaalbehandeling nodig! De meeste boortjes die de tandarts gebruikte voor reinigen en vormgeven waren gemaakt van fijnkorrelig, extreem scherpe geslepen cemented carbide. Toen en nog steeds waar, produceert dit boormateriaal minder wrijving, wat minder warmte en minder pijn voor de patiënt betekent — eindelijk goed nieuws voor moeder.

Wolfram-toepassingen gedurende de schooldag

De twee kinderen van het gezin vertrokken die ochtend naar school per trein. De motor bevatte hoogspanningsschakelaars met contactzones bestaande uit koper-wolfram-onderdelen, die weerstand boden aan vonkontsteking dankzij het hoge smeltpunt van wolfram.

Cemented carbide trekgaten werden gebruikt om de bovenleidingscontactlijn van de trein te fabriceren, alsook alle draden in de motor. De dunne koperplaat-onderdelen van de motor en de transformatoren werden uitgestanzt met cemented carbide gereedschappen. Vandaag zijn deze wolfram-toepassingen nog steeds standaard.

Terwijl ze voor een fysica-toets studeerden tijdens de treinrit, las een van de kinderen over het gebruik van wolfram in de eerste-wand-materialen voor kernfusie-reactoren. Het project, de International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), was toen in de planningsfasen en is NOG STEEDS in de bouwfasen. (U kunt over het project lezen op www.iter.org.)

Uit de treinramen kijken, zagen de kinderen een open kolenmijn, die enorme getande schoppen en andere gereedschappen en systemen gebruikte die vertrouwd waren op cemented wolfram-carbide buisfittings. Terwijl de economie van kolen niet vriendelijk is geweest voor die industrie in recente jaren, wordt dergelijke apparatuur vandaag nog gebruikt in verschillende typen mijnbouw en gebruikt nog steeds wolfram-carbide componenten.

Toen ze op school ankamen, realiseerde de zoon zich dat hij een paar van zijn spullen vergeten was en vroeg hij een schriftje en een balpen van zijn zus te lenen.

Natuurlijk hebben vandaag laptops en mobiele apparaten de plaats ingenomen van schrift en pen voor veel studenten. Maar in 2007 en nu worden wolfram-gecoate rollen gebruikt in de fabricage van papier, en cemented carbide messen worden gebruikt voor het nauwkeurig snijden van de vellen van een schriftje.

Daarnaast vormt wolfram in de vorm van corrosieweerstand cemented carbide nog steeds de bal van een balpen — precies ontworpen om juist de juiste oppervlakteroughness te bieden om voldoende inkt te dragen en op het papier te rollen zonder te glijden.

Wolfram bij vrije tijd

Na een dag die een CT-scan op een ziekenhuis omvatte gevolgd door een bezoek aan de tandarts en een wortelkanaalbehandeling, had de moeder van het gezin eindelijk een pauze: Ze had een afspraak om enkele vriendinnen te ontmoeten voor een ronde golf na haar afspraken.

Ze keek naar haar horloge — een cadeau van haar man, het was een hoog schuurvaste model gemaakt van wolfram-carbide, met een mechanisch werk en een wolfram zwaar legering onderdeel voor het automatisch opwinden van het horloge. Met geluk draagt ze die horloge vandaag nog steeds.

De golfuitstap gaf de moeder de kans om te oefenen met haar nieuwe driver, die wolfram zwaar legering schroeven had voor prestatieverbetering, zodat ze nog meer kon verbeteren op haar 18 handicap. Ze was blij met de nieuwe golfballen die haar man haar gaf voor haar verjaardag; met een wolfram-mantel in een van de buitenste lagen binnenin de bal, stonden deze ballen, wanneer correct geslagen, de golfer toe om grote spin op haar slagen te zetten.

Omdat het koud was en de grond hard, was ze ook dankbaar voor de cemented carbide spijken op haar golfschoenen. Vandaag zijn wolfram-toepassingen zoals deze onder de vele andere technologische voordelen die golfers altijd nastreven in hun zoektocht naar perfectie.

Terwijl na school de dochter van het gezin en enkele van haar vriendinnen gingen joggen, met gewichten aan hun handen en benen om de efficiëntie van hun training te vergroten. Nu, zoals in 2007, worden dergelijke gewichten vaak gemaakt van wolfram, met zijn hoge dichtheid die zwaarte biedt in een compact pakket, en vertrouwen op bedrijven zoals Metal Cutting voor onze expertise in het snijden van wolfram.

Die middag in 2007, ontmoette de zoon enkele vrienden op een jeugdclub, waar ze darten speelden met professionele darten gemaakt van wolfram zwaar metaal. Dit stelde (en stelt nog steeds) een slank ontwerp en een stabiele traject toe wanneer de projectielen gegooid worden.

Wolfram-toepassingen in de algemene industrie

Gedurende de dag noemde het verhaal van het gezin een breed scala aan andere wolfram-toepassingen in de algemene industrie — voorbeelden die nu nog steeds volledig relevant zijn. Deze omvatten:

• Wolfram-draden gebruikt voor geladen (corona) draden in laserprinters en kopieermachines
• Cemented wolfram-carbide gereedschappen gebruikt voor het bewerken van auto-motorblokken en titanium-onderdelen voor vleugelsparren en landinggestel
• Polycristallijn diamant op wolfram-carbide inlegsnijden gebruikt om koolstofvezel-versterkte kunststof te snijden voor vliegtuigonderdelen zoals vleugelschillen
• Zware wegbouwmachines uitgerust met cemented carbide beitels en andere wolfram-gebaseerde componenten
• Hoogpresterende elektrische transformator- en elektriciteitscentrale schakelaars gemaakt van koper-wolfram
• Een houtsnipper die cemented carbide messen gebruikt, die meer slijtvaste zijn dan staal

Thuis aan het einde van een "Dag met Wolfram"

Als het gezin samenkwam aan het einde van de dag, waren er nog steeds meer wolfram-toepassingen verstopt in het zicht. Bijvoorbeeld, moeder en dochter hingen nieuwe gordijnen die brandvast waren door ingesloten natrium-metatungstate in het stof.

Vader en zoon werkten aan een klusproject — een nieuwe badkamer met tegels met lichtreflecterende eigenschappen dankzij wolfram-oxide en wolfram-metaal in de glazuur. De gereedschappen die ze gebruikten omvatten een cemented carbide tegelsnijder en een boormachine met cemented carbide boortjes.

Terwijl moeder het avondeten bereidde, met behulp van een cemented carbide messenschärper, testte de vader (een audiofiel) een recente aankoop uit — een analoge vinyl-plaatspeler uitgerust met:

• Een wolfram tegengewicht voor het regelen van de tonarm en dempen van trillingen.
• Vier zware poten aan de bodem gemaakt van zwaar legering om de effecten van trillingen op de draaitafel te dempen.

Na het diner ging het gezin naar de bioscoop om de nieuwste thriller in wijd-hoekprojectie te zien, met scherpte en helderheid van Xenon-korte-boog-lampen uitgerust met wolfram-elektroden.

En terwijl het gezin hun dag beëindigde terug thuis onder de gloed van wolfram-draadlampen — een toepassing die zijn warme en uitnodigende gloed verschuldigd is aan de weerstand van wolfram, maar niet zo veelvoorkomend is vandaag vergeleken met TL-lampen en LED's — zijn bijna al die andere wolfram-toepassingen net zo relevant vandaag.

Is er wolfram in uw toekomst?

Natuurlijk is dit alles slechts onze visie op hoe wolfram-toepassingen zich hebben ontwikkeld over het afgelopen decennium-plus. Echter, we denken dat u akkoord gaat dat deze vergelijking toont dat wolfram nog steeds een van de meest gebruikt en nuttige refractory metalen is.

Als een bedrijf dat weet hoe wolfram te snijden en het optimaal te gebruiken, kan Metal Cutting u helpen bepalen of eigenschappen zoals het hoge smeltpunt van wolfram het het juiste materiaal maken voor uw huidige of geplande toepassing — bel ons gewoon.

U kunt ook de basis van wolfram-draad, zijn eigenschappen, en zijn toepassingen leren in onze gids, Wolfram Draad 101: Overzicht van een Uniek Nuttig Materiaal, die gratis te downloaden is.