Le tungstène, également connu sous le nom de Wolfram, est un métal rare célèbre pour avoir le point de fusion le plus élevé de tous les éléments. Le tungstène ou Wolfram est principalement connu du grand public comme le filament utilisé dans les ampoules, mais il a de nombreux autres applications moins connues, industrielles et médicales, lorsqu’il est appliqué en tant que composite ou sous sa forme pure.
Le nom est dérivé du mot suédois pour le métal qui signifie « pierre lourde ». Dans sa forme pure, le matériau est très doux et est presque toujours combiné avec d’autres éléments pour former un composite pour atteindre la dureté des alliages de tungstène connus.
Le carbure de tungstène est le plus célèbre de ces composites. C’est une combinaison de tungstène et de carbone. Le résultat est un composite céramique.
D’autres combinaisons impliquent de l’acier, connu sous le nom d’acier à grande vitesse, de cobalt, de cuivre, de bronze, de chrome, de fer ou de nickel. Le tungstène fait également partie d’un superalliage nickel-molybdène-chrome appelé Hastelloy. Dans tous les cas, le composite donne un métal exceptionnellement dur.
Le tungstène pur n’a pas la dureté d’un composite, mais ses excellentes propriétés de résistance à la chaleur et de protection contre les radiations sont utiles dans le domaine nucléaire et médical.
À quoi servent le tungstène et le carbure de tungstène ?
Comme mentionné dans le paragraphe d’introduction, le tungstène a une température de fusion élevée. Il a la température de fusion la plus élevée de tous les métaux à 3 422°C. Ceci en combinaison avec la dureté en fait un matériau intéressant pour les applications qui ont besoin de dureté et de résistance à la chaleur. Les composites de tungstène sont utilisés dans des industries allant de l’aérospatiale, l’automobile, le nucléaire, la défense, le médical aux loisirs.
Exemples d’applications : buses de moteur-fusée, têtes d’armes (pour pénétrer les surfaces dures), pales de turbine pour aéronefs (résistantes à la chaleur) et petits outils tels que lames de scie, trépans, roulements, pistons et équipement de soudage.
L’industrie médicale utilise du tungstène pur pour l’IRM, les collimateurs et le blindage contre les radiations.
Tungstène
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Impression 3D au tungstène
La dureté du carbure de tungstène et d’autres composites de ce type a également son inconvénient. Sa dureté en fait un matériau difficile à créer des modèles en utilisant des techniques de fabrication traditionnelles comme la machine outil à commande numérique et l’outillage. La fabrication additive de par sa nature pourrait s’avérer être une solution à ce problème.
La fabrication additive offre également la possibilité de fabriquer des pièces complexes sans avoir besoin d’outillage. Les modèles composites en tungstène peuvent être produits de manière plus rentable et plus rapide en utilisant AM.
Les pièces fabriquées par AM peuvent être très détaillées et minces. Des détails aussi petits que 100μm avec une précision de positionnement jusqu’à 25μm peuvent être obtenus.
Il existe actuellement deux technologies AM disponibles pour le tungstène pur et les composites de tungstène :
Fusion sélective au laser
La fusion laser sélective (SLM) ou le frittage laser direct (DMLS) est une méthode de fabrication additive par laquelle un laser fond et fusionne la poudre métallique pour former des objets tridimensionnels.
Initialement, le point de fusion élevé posait quelques obstacles techniques pour appliquer le matériau à l’impression 3D, mais ceux-ci ont été surmontés.
La poudre de tungstène pur est liée à l’aide de nickel-cuivre ou de nickel-fer
Jet de liant
Le principal fabricant de machines d’impression 3D en métal ExOne travaille avec un fabricant de matériaux pour développer un composite cuivre-tungstène, qui peut être utilisé dans les machines de projection par liant d’ExOne.
Le composite aura une résistance thermique élevée, une conductivité électrique et thermique élevée et une faible dilatation thermique. Binder Jetting a l’avantage sur SLM d’être plus économique. Il existe actuellement différentes poudres disponibles, à différents stades de qualification.
Un alliage bronze-tungstène est également disponible pour le jet de liant.
Propriétés du tungstène :
- Point de fusion élevé, fondant à 3422°C, supérieur à celui du platine.
- Haute densité (19,25g / cm3), comparable à l’or
- Il a la résistance à la traction la plus élevée à des températures supérieures à 1650°C
- Excellente résistance à la corrosion
- Excellente absorption / blindage aux rayons X et gamma
- Résistance à la plupart des acides
- Biocompatible / non toxique
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La poudre de tungstène, sous sa forme pure et en tant que composite, est désormais disponible pour la fabrication additive, en utilisant la fusion sélective au laser (SLM) et les techniques de projection de liant tardifs.