Polvo metálico de wolframio

Visión general de polvo metálico de wolframio

El polvo metálico de wolframio se refiere a material en partículas finas compuesto principalmente de wolframio elemental para su uso en diversas aplicaciones industriales. Entre sus principales propiedades se incluyen una densidad, resistencia y dureza extremadamente altas, así como su durabilidad a altas temperaturas.

Entre las aplicaciones habituales del polvo de wolframio se incluyen:

• Compuestos de carburo de wolframio
• Aleaciones pesadas de tungsteno
• Recubrimientos por pulverización térmica
• Fabricación aditiva
• contactos electricos
• Blindaje contra las radiaciones

El tungsteno se considera una materia prima crítica por su rendimiento único combinado con una precaria dinámica de suministro. Siga leyendo para obtener más información sobre las especificaciones, el procesamiento, los precios y los usos del polvo de tungsteno.

Tipos de material del polvo metálico de wolframio

El polvo metálico de wolframio se presenta en varias composiciones primarias:

Tipo	Grados típicos	Composición
Tungsteno puro	Pureza 99,9%, 99,99%	Tungsteno elemental con límites de impurezas
Tungsteno dispersado en óxido	Adiciones de Y2O3	Tungsteno con nanopartículas de óxido de itrio 0,5-1%
Tungsteno dopado	Lantano u otros dopantes	Tungsteno con inhibidores del crecimiento del grano añadidos < nivel 1%

Cuadro 1: Categorías de materiales comunes para los polvos metálicos de wolframio en función de las necesidades de la aplicación

Los dopantes especiales o los aditivos de óxido ayudan a adaptar las propiedades del polvo durante la consolidación en componentes y piezas de usuario final que requieren estabilidad a altas temperaturas.

Propiedades clave

Propiedad	Valor típico	Significado
Densidad	19,3 g/cc	Proporciona un excelente bloqueo de masas y radiaciones
Punto de fusión	3410°C	Mantiene la resistencia a temperaturas extremas, donde la mayoría de los metales fallan
Resistencia a la tracción	550-620 MPa	Material relativamente quebradizo con una ductilidad a la tracción moderada
Dureza	HV 300-350	Más duro que el acero para herramientas
Módulo de Young	350-410 GPa	Rígido, resistente a la flexión
Conductividad térmica	165 W/mK	Útil en piezas de gestión térmica que funcionan a altas temperaturas

Tabla 2: Visión general de las propiedades mecánicas y físicas que presentan el polvo metálico de wolframio y las aleaciones consolidadas

Su inigualable resistencia a la temperatura, combinada con su densidad, impulsa su adopción en las exigentes aplicaciones energéticas, aeroespaciales, de defensa y electrónicas.

Características de las partículas de polvo metálico de wolframio

Morfología típica del polvo de wolframio:

Parámetro	Detalles
Pureza	99,9% a 99,999% disponibles
Forma de las partículas	Irregular, angular
Distribución por tamaños	1 a 100 micras típicas
Contenido de oxígeno	<100 ppm
Nivel de óxido superficial	<50 nm de espesor

Tabla 3: Métricas de calidad de los polvos metálicos de wolframio utilizados en diversos procesos de consolidación

Debe tenerse cuidado para evitar la oxidación durante la manipulación del polvo. Productos químicos adaptados a los objetivos de densidad y estructura de grano de la pieza final.

Proceso de producción

• Métodos primarios para producir polvo metálico de wolframio:
  • Reducción de hidrógeno (el hidrógeno se utiliza para convertir las materias primas de óxido en polvo)
  • Reducción por proceso termita (las reacciones exotérmicas óxido-metal producen polvo)
• Procesos mecánicos secundarios:
  • Molienda por chorro (la materia prima se tritura en partículas finas mediante colisiones)
  • Proceso de electrodo giratorio (giro del electrodo y desintegración de la masa fundida)
• Técnicas típicas de consolidación de piezas de polvo:
  • Prensado isostático en caliente
  • Sinterización
  • Fabricación aditiva (SLM, EBM)
• Consideraciones medioambientales y de manipulación:
  • Almacenamiento nominalmente inerte <40°C bajo argón
  • Manipulación en guantera para evitar la oxidación

Aplicaciones de polvo metálico de wolframio

Principales usos del polvo metálico de wolframio en las distintas industrias:

Segmento	Aplicación	Motivo de uso
Industrial	Materiales de carburo de wolframio	Dureza y tenacidad extremas para herramientas de mecanizado y minería
Defensa	Penetradores de energía cinética	Propiedades de densidad superiores
Aeroespacial	Toberas de motores de cohetes	Mantiene la resistencia del material en entornos extremos
Energía	Escudos térmicos, componentes de antorchas de plasma	Rendimiento a altas temperaturas donde fallan otras alternativas
Electrónica	contactos electricos	Resistencia a los arcos combinada con propiedades térmicas y de conductividad

Tabla 4: Resumen de las principales áreas de aplicación de los componentes derivados del metal de tungsteno en diversas industrias

El uso del wolframio es omnipresente en productos en los que la dureza, la densidad, la tenacidad y la resistencia son esenciales a temperaturas o cargas extremas.

Análisis de costes

Precio típico del polvo de wolframio:

Parámetro	Detalles
Precio del polvo	$50 a $350 por kg
Precio consolidado de las piezas	$100+ por kg
Rendimiento de la transformación	60-70%
Proveedores primarios	China, Austria, Portugal, EE.UU., Rusia otros países
Plazos de entrega	6-12 semanas con frecuencia

Cuadro 5: Factores de compra, incluidos los costes de las materias primas para los productos de wolframio

Los consumidores informan de la extrema volatilidad de los precios, lo que dificulta la planificación presupuestaria en el mercado del wolframio. Las asociaciones establecidas y los acuerdos de suministro mitigan los riesgos.

Ventajas e inconvenientes

Ventajas

• La densidad extremadamente alta contribuye al blindaje contra las radiaciones
• Mantiene la resistencia a más de 3000°C, donde la mayoría de los metales se funden
• El material relativamente neutro evita la contaminación
• La forma en polvo admite geometrías complejas con algunos procesos de AM
• Dureza similar al acero para herramientas una vez consolidadas las piezas

Desventajas

• Las características frágiles implican una baja ductilidad a la tracción
• Dificultad para densificar completamente las piezas sin agujeros ni huecos
• Requiere un equipo especializado de vacío de pared fría para la fusión
• Riesgo de que las interrupciones de la cadena de suministro afecten a la disponibilidad
• El riesgo de oxidación requiere una manipulación controlada
• Muy caro en comparación con las alternativas de acero

PREGUNTAS FRECUENTES

P: ¿Qué rango de tamaño de partícula es típico para los polvos de tungsteno utilizados en diversas aplicaciones?

R: Las distribuciones de tamaño más comunes se sitúan entre 1 y 100 micras. Las partículas más finas se compactan mejor, lo que favorece la densificación total, pero presentan problemas de manipulación. La ingeniería de partículas depende del método de consolidación, con un rango AM generalmente de 10-45 micras y compuestos de carburo que utilizan polvos de hasta submicras.

P: ¿Qué elementos de aleación pueden incorporarse al polvo metálico de wolframio?

R: Los aleantes típicos, como el níquel, el hierro y el cobre, degradan gravemente el rendimiento a alta temperatura, por lo que rara vez se añaden. El renio mejora ligeramente la ductilidad. Las partículas de óxido ayudan a fijar el tamaño del grano. Los dopantes de tierras raras también estabilizan las propiedades. Las opciones de aleación se limitan a pequeños aditivos para mantener la pureza.

P: ¿Qué precauciones de almacenamiento y manipulación se recomiendan para los polvos de wolframio?

R: Al igual que otros materiales sensibles al aire, el polvo de metal de tungsteno debe mantenerse por debajo de 40°C bajo gas argón inerte para evitar la oxidación por la humedad o el oxígeno. Son necesarios protocolos de caja de guantes que incluyan comprobaciones de fugas. No permita nunca el contacto con sustancias orgánicas durante la manipulación para evitar la contaminación o las reacciones.

P: ¿Requiere el polvo de tungsteno la clasificación de material peligroso y un envío especial?

R: El polvo metálico de tungsteno elemental es benigno y no reactivo. Es apto para el transporte normal de mercancías en embalajes aprobados similares a los de otras materias primas industriales. No necesita clasificación DG especial, a diferencia de los grados de carburo con contenido controlado de cobalto considerados mezclas peligrosas.

P: ¿Qué procesos posteriores de producción de piezas son compatibles con las materias primas de polvo de wolframio?

R: El prensado isostático en caliente y la sinterización generan componentes consolidados estándar como contrapesos o escudos térmicos. La fabricación aditiva mediante fusión en lecho de polvo crea geometrías complejas que no podrían conseguirse de otro modo. Los polvos también sirven como materia prima para el recubrimiento por pulverización térmica que requiere postconsolidación.

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