Polvo de tungsteno de alta densidad posee la mayor densidad entre todos los polvos metálicos debido a la extraordinariamente alta densidad intrínseca del tungsteno, que se aproxima a la del oro. Este atributo único permite el diseño avanzado de componentes compactos y ligeros en diversos sectores, aprovechando las metodologías de prensado y sinterización de polvos pesados.
Visión general de polvo de tungsteno
Con una densidad de 19,3 g/cm3 en estado sólido, el tungsteno tiene un peso inmenso en un volumen minúsculo. En virtud de esto, el polvo de tungsteno compactado ofrece unos niveles de densidad inigualables que no se pueden alcanzar con ningún otro material. Las piezas fabricadas con polvo de tungsteno de alta densidad tienen numerosas aplicaciones en entornos exigentes.
Entre los principales impulsores de la utilización de polvo de tungsteno de alta densidad se incluyen:
- Alta densidad similar a la de metales preciosos como el oro o el platino
- Duplica la densidad disponible en comparación con el plomo, el acero
- Permite tamaños y formas pesados pero compactos
- Vía sencilla de pulvimetalurgia a artículos de uso final
- Propiedades personalizables mediante la mezcla de elementos de aleación
- Reciclabilidad del wolframio de alto valor
Las aplicaciones que aprovechan la densidad abarcan lastres, bloqueo de radiaciones, inercia, ponderación de materiales compuestos, amortiguación de vibraciones y miniaturización de componentes.
Tipos de polvo de tungsteno de alta densidad
Aunque todas las variedades de polvo de tungsteno ofrecen una alta densidad, determinados grados y composiciones imparten niveles óptimos de densidad tras el conformado y la sinterización:
| Tipo | Descripción | Densidad típica |
|---|---|---|
| Tungsteno puro | Una pureza superior al 99,95% garantiza una densidad fiable | ≥18 g/cm |
| Tungsteno dopado | Pequeñas adiciones de óxidos de tierras raras como Y2O3 mejoran la densidad sinterizada | ≥18,5 g/cm |
| Tungsteno-níquel-hierro | La aleación Ni-Fe proporciona una excelente densidad final | ≥18 g/cm |
| Aleaciones pesadas de tungsteno | 90-97% W con fases ligantes Ni-Cu-Fe | ≥17,5 g/cm |
| Compuestos de tungsteno | Se mezcla con oro, tantalio, uranio empobrecido, etc. | hasta 21 g/cm |
Estas fórmulas mejoradas amplían las opciones de alto rendimiento más allá del tungsteno puro a combinaciones de propiedades a medida.
Composición de polvo de tungsteno
El polvo de tungsteno de alta pureza adecuado para la mayor densidad posible contiene más de 99,95% de tungsteno con sólo impurezas residuales menores:
| Elemento | Contenido máximo | Papel |
|---|---|---|
| Tungsteno (W) | 99.95% | Componente principal |
| Carbono (C) | 100 ppm | Inhibidor del crecimiento de los granos |
| Oxígeno (O) | 100 ppm | Óxido superficial |
| Cobre (Cu) | 10 ppm | Impureza traza residual |
| Sílice (Si) | 20 ppm | Impureza |
Los grados de aleación pesada especializados tienen adiciones deliberadas de aleación como níquel, cobre, hierro, etc. junto con tungsteno para mejorar aún más las propiedades.
Propiedades de polvo de tungsteno
El polvo de tungsteno de alta densidad permite fabricar piezas con forma casi de red que presentan una densidad extrema junto con una resistencia, dureza y propiedades térmicas útiles.
Propiedades físicas
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Densidad | ≥18 g/cm3 |
| Punto de fusión | 3380-3410°C |
| Fuerza | Hasta 1000 MPa |
| Dureza | ≥400 VPN |
| Conductividad térmica | ∼175 W/(m-K) |
| Coeficiente de dilatación térmica | ∼4,5 μm/(m-K) |
Estas características se derivan de la estructura atómica intrínseca del tungsteno y lo hacen ideal para aplicaciones de alta densidad que requieren integridad termomecánica.
Propiedades mecánicas
El prensado y la sinterización cuidadosos del polvo confieren propiedades mecánicas ventajosas:
| Propiedad | Valor |
|---|---|
| Dureza | Hasta 550 VPN |
| Límite elástico | ∼900 MPa |
| Resistencia a la tracción | Hasta 1000 MPa |
| Alargamiento | ∼10% a 15% |
| Resistencia a la fractura | ∼20 MPa√m |
| Resistencia a la fatiga | 500 MPa |
Los elementos de aleación, como el níquel, el hierro, etc., ayudan a adaptar la ductilidad, la tenacidad y las características de mecanizado.
Atributos físicos
Atributos físicos destacados del polvo de wolframio de alta densidad útiles para los diseñadores:
| Parámetro | Valor | Unidad |
|---|---|---|
| Densidad | 18 a 19,3 | g/cm3 |
| Resistividad eléctrica | 5.5 | μΩ-cm |
| Conductividad térmica | 170 | W/(m-K) |
| Punto de fusión | 3410 | °C |
| Punto de ebullición | 5930 | °C |
| Calor específico | 132 | J/(kg-K) |
El punto de fusión ultraalto y la conductividad térmica garantizan el mantenimiento de la resistencia y la integridad dimensional a temperaturas extremas.
Producción de polvo de tungsteno
Polvo de tungsteno de alta densidad se fabrica mediante la reducción por hidrógeno del óxido de wolframio combinada con la reducción del tamaño de las partículas:
1. Concentración del mineral - El mineral de wolframio natural se procesa físicamente para obtener calidades superiores
2. Conversión en óxido - La digestión alcalina y la calcinación producen WO3.
3. Reducción de hidrógeno - La reducción del óxido a 800°C produce polvo de wolframio
4. Fresado y clasificación - La molienda controlada y la clasificación por aire producen polvos finos
5. Mezcla y dopaje - Las calidades puras se mezclan con inhibidores del crecimiento del grano o elementos de aleación
6. Embalaje - Los bidones o bolsas sellados conservan la morfología durante el transporte
La alta pureza química, la excelente distribución del tamaño de las partículas, la buena fluidez del polvo y las propiedades uniformes del polvo ayudan a conseguir la máxima densidad final.
Aplicaciones de polvo de tungsteno
Algunas de las principales áreas de aplicación que se benefician del polvo de tungsteno de alta densidad son:
Contrapesos y lastres
Excelente estabilidad dimensional y resistencia a la corrosión junto con densidad para equilibrar ruedas, giroscopios, actuadores, etc.
Blindaje contra las radiaciones
Las aleaciones de tungsteno proporcionan un blindaje económico contra rayos gamma y X para usos nucleares, médicos, aeroespaciales y electrónicos.
Amortiguación de vibraciones
La introducción de insertos pesados de tungsteno en los componentes suprime el ruido y disipa las vibraciones mecánicas.
Agentes de ponderación
Pequeños volúmenes de polvo de tungsteno incorporados a matrices como polímeros, pinturas, cerámica, cemento aumentan la densidad.
Equipamiento deportivo
Palos de golf, dardos, señuelos de pesca y flechas que aprovechan las ventajas de las mezclas compactas de polvo pesado.
Ruedas Momentum
Las ruedas de compuesto de tungsteno ofrecen una excelente inercia rotacional dentro de volúmenes limitados, ideales para el control de actitud de satélites.
Electrodos
La dureza del wolframio a altas temperaturas, mantenida en el punto de fusión, ayuda a los electrodos de mecanizado por descarga eléctrica y a las puntas de soldadura.
Especificaciones
Parámetros clave definidos para el polvo de wolframio de alta densidad:
Grados
Basado en la distribución del tamaño de las partículas:
| Grado | Tamaño de las partículas | Densidad aparente |
|---|---|---|
| Ultrafino | 0,2 a 1 μm | ≥ 9 g/cm3 |
| Submicron | 1 a 5 μm | ≥ 3,2 g/cm3 |
| Fino | 1 a 10 μm | ≥ 2 g/cm3 |
| Medio | 10 a 25 μm | ∼7 a 8 g/cm3 |
| Grueso | 25 a 45 μm | ∼8 a 9 g/cm3 |
Las partículas más pequeñas ofrecen una mayor densidad final, pero una peor fluidez y manipulación del polvo. Las partículas más grandes ofrecen mejor resistencia en verde.
Normas
- ASTM B777 - Clasificación estándar de polvos y productos en polvo de tungsteno
- ISO 4499 - Metallic powders - Determination of oxygen content by reduction methods (Polvos metálicos - Determinación del contenido de oxígeno por métodos de reducción)
- IEC 60804 - Especificación para polvos de tungsteno y polvos metálicos de tungsteno para lámparas
Precios
Precio representativo del polvo de wolframio adecuado para usos de alta densidad:
| Grado | Precio |
|---|---|
| Ultrafino | $800 a $1200 por kg |
| Submicron | $500 a $900 por kg |
| Fino | $100 a $250 por kg |
| Medio | $50 a $150 por kg |
| Aleaciones pesadas | $40 a $100 por kg |
El menor tamaño de las partículas, la mayor pureza, los dopantes especiales y la menor cantidad aumentan el coste. El polvo de chatarra reciclada es más barato.
Ventajas e inconvenientes
Ventajas
- Polvo metálico de máxima densidad alcanzable
- Fabricación en forma de red
- Microestructura uniforme a partir de polvos
- La aglomeración aumenta la densidad aparente
- Facilidad para conformar formas complejas o huecas
- Precursor de nanomateriales especiales
Desventajas
- Dureza inferior a la del carburo de wolframio cementado con cobalto
- Dureza y ductilidad limitadas
- Características de mecanizado exigentes
- Relativamente caro en comparación con el polvo de acero
- El gran peso encarece los gastos de envío
- Manejo especial de polvos finos
Comprender las ventajas únicas frente a las limitaciones ayuda a utilizar polvo de tungsteno de alta densidad de forma óptima.
Proveedores
Entre los principales comerciantes y fabricantes que suministran polvos de tungsteno de alta densidad y aleaciones de tungsteno en todo el mundo se incluyen:
| Empresa | Ubicaciones |
|---|---|
| Tungsteno Buffalo | Estados Unidos |
| Compañía Wolfram | Austria |
| Grupo Plansee | Europa |
| Tungsteno del Medio Oeste | Estados Unidos |
| Xiamen Tungsteno | China |
| JX Nippon | Japón |
| Materiales Toshiba | Japón |
| GTP Schaefer | Alemania |
Estas empresas suministran polvos fiables de calidad mundial a los mercados comerciales.
Preguntas frecuentes
| Pregunta | Respuesta |
|---|---|
| ¿Qué es el polvo de wolframio de alta densidad? | Polvo de wolframio con una densidad de 18 a 19,3 g/cm3 - la más alta entre todos los polvos metálicos |
| ¿Cómo se fabrica el polvo de wolframio de alta densidad? | Reducción de óxido de wolframio purificado combinada con molienda especializada para obtener los tamaños de partícula deseados. |
| ¿Para qué se utiliza el polvo de wolframio de alta densidad? | Fabricación de contrapesos, blindaje contra radiaciones, lastres, compuestos de lastrado, componentes de amortiguación de vibraciones, etc. |
| ¿Cuáles son las distintas variedades de polvos de alta densidad? | Tungsteno puro, tungsteno dopado con óxidos de tierras raras, aleaciones de tungsteno-níquel-hierro, aleaciones pesadas de tungsteno, etc. |
| ¿Cuáles son las ventajas del polvo de wolframio de alta densidad? | Densidad extrema en volúmenes compactos inigualables por otros polvos; fabricación de piezas complejas en forma de red |
| ¿Cuáles son las limitaciones de los polvos de wolframio al utilizarlos? | Dureza relativamente inferior a la del carburo de wolframio; su tenacidad y ductilidad limitadas plantean problemas de mecanizado. |
| ¿Cómo se compara el polvo de tungsteno de alta densidad con materiales densos tradicionales como el plomo? | Más seguro que el plomo tóxico; punto de fusión más alto que el plomo; precio económico frente a metales preciosos de densidad similar. |
Resumen
Con una densidad extraordinaria entre los metales elementales, el polvo de tungsteno de alta pureza ofrece a los diseñadores capacidades únicas para aplicaciones sensibles al peso que necesitan perfiles compactos antes inviables. Los avances en la fabricación de polvo, el prensado, la sinterización y el procesamiento secundario superan las limitaciones de fragilidad y permiten un uso más amplio. La mezcla y la aleación proporcionan una adaptación adicional de las propiedades físicas en los exigentes ámbitos eléctrico, nuclear, automovilístico y aeroespacial, donde la alta densidad se combina de forma crítica con la resistencia, la dureza y el pedigrí térmico.
Como las fuentes sostenibles respaldan las cadenas de suministro mundiales fiables, los diseñadores aprovechan ahora los extremos de densidad del polvo de tungsteno para conseguir una funcionalidad de ingeniería de precisión en todos los sectores en los que la pesadez y la compacidad juntas impulsan el valor. Los principales fabricantes tratarán de superar los umbrales de densidad de más de 20 g/cm3 en la próxima década, a medida que el tungsteno adquiere una mayor importancia estratégica.
