Tungsten Nedir? Tungsten (Volfram) Kullanım Alanları? Özellikleri

Tungsten nedir? Tungsten, diğer adı wolfram olan bir metaldir. Tungsten, doğada bulunan en zor elementlerden biridir. Nerelerde kullanılır? Özellikleri.

Fiziksel ve Kimyasal Özellikleri

Tungsten veya wolfram, atom numarası 74, atom ağırlığı 183,85 olan ve kimyasal simgesi W ile gösterilen (L. wolframium), yoğunluğu 19,3 g/cm³ olan, 3482 °C’de eriyebilen kimyasal bir elementtir.

Fiziksel özellikleri sebebiyle binlerce ürünün hammaddesidir. Tungsten, metaller arasında en yüksek ergime noktasına sahip olan bir malzemedir. Tungsten metal yapısal olarak çok kuvvetlidir. Çelikten çok daha sert bir yapısı vardır. Tungsteni parçalamak elmastan daha zordur. Yüksek sıcaklıklara maruz kaldığında bile yapısı bozulmadan korunabilir. Bundan dolayı endüstri ve ticaret alanlarındaki uygulamalar için en uygun malzemeler arasında yer alır.

Simge: W
Erime noktası: 3.422 °C veya 6192°F
CAS numarası: 7440-33-7
Kaynama noktası: 5.555 °C
Atom numarası: 74
Atom kütlesi: 183,84 u

Yirmiden fazla tungsten içeren mineral varsa da, ancak şelit (scheelite) ve volframit (wolframite) ekonomik olarak işletilen tungsten mineralleridir.

Şelit (Scheelite ) (CaWO₄): Bileşimi kalsiyum volframittir. Saf haldeyken %80.6 WO3, %64 W içerir. Beyaz, kirli beyaz, sarımsı, pembemsi renklerde bulunmaktadır. Sertliği 4.5, yoğunluğu 6 g/cm tür. Şelit yumuşak ve kırılgandır.

Volframit (Wolframite) (Fe, Mn) WO₂+2 +2: Farklı oranlarda Fe+2 ve Mn+2 karışımı gösteren tungsten mineraline volframit adı verilir. %20′ den fazla FeO içeren mineral Ferberit (FeWO₄), %20’den fazla MnO ihtiva eden mineral Hübrenit (MnWO₄), aradakiler ise volframit olarak isimlendirilir. Wolframit %60 W ihtiva eder. Rengi siyah olup, sertliği 5.5, özgül ağırlığı 7.5 g/cm tür (VII. Beş Yıllık Kalkınma Planı ÖİK Raporu).

Tungsten Nasıl Üretilir?

Tungsten çok sert, ağır, çelik gri veya beyaz renkte geçiş metallerinden biri olan, wolframite ve scheelite içeren madenlerde bulunur. Tungsten, sağlam fiziksel yapısı ve alaşım olmayan maddeler arasında yüksek erime sıcaklığı olan önemli bir maddedir. Tungsten, ATP kimyasalını hidrojen ile ısıttığımızda ortaya çıkmaktadır.

Tungsten, “ağır taş” anlamına gelen İsveççe, Norveççe ve Danca dillerinde tung sten’den kelimesinden almıştır. Ancak bu üç ülkede bu metal için “wolfram” kelimesi kullanılır. Wolfram metal, elektronik uygulamalarda kullanılır. Ayrıca tungsten maddesi vanadium dioksit ile birleşerek evimizde bulunan güneşin sıcaklığını hissetmemizi azaltan cam içindeki ince filmdir.

Fiziksel özellikleri bakımından molibden (molybdenum) ile benzerlik gösterir. Wolfram, (tungsten) en sert ve sıcaklığa dayanıklı metallerden biridir. Saf tungsten birçok çelikten daha sert olmasına rağmen işlenmesi kolaydır. Esneyebilme/şekil değiştirme özelliğine sahip olmasından dolayı, tungsten tel haline getirilebilir, dövülebilir.

Kolay oksitlenmez, korozyona karşı direnci yüksek, elektrik ve ısıyı iyi seviyede iletir. Genleşme katsayısı düşük, 1650ºC nin üzerindeki sıcaklıklar da gücü (mukavemeti) en yüksek metaldir. Geri dönüştürülebilir. Oksijen, asitler ve alkalilere karşı uzun süre direnç gösterebilir. Hidrojenle 1000º de indirgenerek tungsten tozu elde edilir. Doğadaki izotopik özellik gösteren tek metaldir. Yani her yönde aynı özellikleri gösterir.

Tungsten Karbür

Tungsten karbür (kimyasal formül : WC), eşit miktarda tungsten ve karbon atomu içeren kimyasal bir bileşiktir. En temel haliyle tungsten karbür ince gri bir tozdur. Ancak endüstriyel makinelerde, kesme aletlerinde, aşındırıcılarda, zırh delici mermilerde ve mücevherlerde kullanım için sinterleme denilen bir işlem ile preslenip, şekillendirilebilir. Tungsten karbür (tungsten carbide) malzeme çok sert, ağır, çelik gri ya da beyaz renkte geçiş metallerinden biri olan tungsten, wolframite ve scheelite içeren madenlerde bulunur.

Bir karbür olan tungsten karbür (tungsten carbide), çelikten yaklaşık iki kat daha serttir, Young katsayısı yaklaşık 530-700 GPa (77.000 ila 102.000 ksi) düzeyindedir, ve çeliğin yoğunluğunun iki katıdır; çelik ile kurşun ve altın yoğunluklarının ortasındadır. Korindon (α- Al₂O₃) ile karşılaştırılabilir sertlikte ve sadece kübik bor nitrür ve elmas tozu gibi üstün sertlikte aşındırıcılardan yapılan tekerlekler ve bileşikler ile cilalanabilir.

Tungsten Kaynakları

Tungsten yerkabuğunda ortalama 1-1.3 ppm (ppm milyonda bir birim) oranında bulunan nadir elementlerden biridir. Birçok yatakta tungsten, az veya çok bakır, kalay, bizmut, antimuan veya molibden (gümüşümsü beyaz renkli metal) mineralleri ile birlikte bulunur. Tungsten yataklarının meydana gelmesinde hidrotermal çözeltiler önemli rol oynar.

Tungstenin en büyük üreticisi Çin’dir. Tungsten kaynaklarının çoğu Çin, Güney Kore, Bolivya, Büyük Britanya, Rusya, Portekiz ayrıca Kaliforniya ve Colorado’da bulunur. Tungsten kaynakları pek çok yerde bulunmasına rağmen, Çin, dünya tungsten kaynaklarının %80’inden fazlasına sahip bir ülkedir. Türkiye’deki en önemli tungsten yatakları Bursa Uludağ ve Elazığ Keban, Çanakkale (Çakıroba, Hamdibey), Niğde (Gümüşler), Yozgat (Akdağmadeni) bölgelerinde çıkarılıp işletilmektedir.

Türkiyenin en önemli (toplam rezervlernin %98’i) Uludağ tungsten şelit yatağının özellikleri; Uludağ tungsten yatağı, granodiyorit-mermer kontağı ve kontağa yakın mermerler içinde meydana gelmiş, hidrotermal kökenli, kontakt, metazomatik bir yataktır. Yatakta 5 ayrı cevher zonu bulunmaktadır.

Bunlar,

Granit-piroksen skarn zonu
Manyetitli karmaşık skarn zonu
Cevherli altere granodiyorit
Cevherli aplit ve granodiyoritik apofizler
Hidrotermal damarları

Tungsten İçeren Alaşımlar

Doğal tungsten, beş kararlı izotop ve diğer 21 kararsız izotop içerir. Tungsten, çok güçlü ve dayanıklı olduğundan birçok değişik şekilde kullanılmaktadır. Herhangi bir elemanın en yüksek erime noktasına ve en yüksek gerilme gücüne sahiptir. Bileşik hale getirildiğinde gücü artar.

Roket motorları tungstenden dolayı yüksek direnç özelliklere sahiptirler. Bundan dolayı mühimmat, golf kulüpleri ve mermi gibi çok farklı alanlarda kullanılabilirler. Uçak türbin kanatları genel olarak bazı metaller ile birlikte tungstenden yapılmıştır. Bu karışım, uçağın yapısına havada gereksinim duyduğu dayanıklılığı vermektedir. Sıcaklık farkına, her türlü hava şartlarına oldukça dayanıklıdırlar. Tungstenin endüstride neden bu kadar çok önemli olduğu anlaşılmaktadır.

Tungsten Kullanım Alanları

Saf hali ile bazı elektronik uygulamalarda kullanılır. Tungsten karpit; çoğunlukla bileşik veya alaşım olarak, diğer metallerin işlenmesi veya madencilik ve petrol sanayilerinde, matkaplarda, delici ekipmanların kesici kısımlarında ve kırıcı makinelerde, taşımacılık ve elektrik malzemeleri gibi malzeme dayanımı gerektiren ekipmanların kaplamasında yaygın olarak kullanılmaktadır.

Tungsten metali sıcak ve radyasyon kalkanı olarak, x-ışını bileşenleri ve katot ışın tüpleri ve yüksek ısılı fırınlarda ısıtıcı madde olarak da kullanılmaktadır. X ışını cihazlarında ve uzay teknolojisi yüksek performans alaşımlarında, ampullerin lamba tellerinde enerjiyi ışığa çevirmede yüksek sıcaklıklara maruz kalmış tungsten tozu kullanılır. Tungstenden üretilmiş flamanlar (ampul teli), 1900’lü yılların başından bu yana dünyada kullanılmaktadır. Halojen akkor flamanlı ampullerin yapısında da flaman olarak wolfram (tungsten) maddesi vardır.

Saf tungsten gümüş-beyaz bir metaldir. Tungsten ince toz haline getirildiğinde yanıcı olabilir ve kendiliğinden tutuşabilir. Saf tungsten metal tozundan yapılan öğütme ürünleri elektrik ve elektronik sanayinde kullanılmaktadır. Tungsten teli, elektrik lambalarında ve elektronik tüplerde katot olarak kullanılır. Tungsten diskler otomotiv distrübütör noktalarında ve pek çok üründe bağlantı noktası olarak kullanılır.

Çok sert olduğu için özel sanayi çeliği olarak da kullanılır. Tungsten özellikle uçak sanayinde ağır metal olarak kullanılmaktadır. Mikrodalga fırınlar ve diğer fırın türlerinde, iş makineleri, demiryolu, gemi yapımında, ısıya karşı yüksek metal toleransına sahip olduğundan bir çok elektrik kontağı ve kaynak elemanları elemanları için oldukça idealdir. Matkap uçları gibi kesici aletler sürtünmeden büyük ısı üretir. Çeliğe yüzde 2 ila 18 arasında değişen miktarlarda eklenen tungsten (küçük miktarlarda molibden ve vanadyum ile birlikte), metalin mukavemetini yüksek sıcaklıklarda korur.

Matkap uçları gibi kesici aletler sürtünmeden büyük ısı üretir. Çeliğe yüzde 2 ila 18 arasında değişen miktarlarda eklenen tungsten (küçük miktarlarda molibden ve vanadyum ile birlikte), metalin mukavemetini yüksek sıcaklıklarda korur. Yüksek hız çeliği olarak adlandırılan, testere bıçakları, freze uçları, matkap uçları ve diğer aletlerin yapımında kullanılır.

Tungsten özellikle uçak sanayinde ağır metal olarak kullanılmaktadır. Tungsten’in metalürjik olmayan uygulamaları ise; Tekstil sanayinde kullanılan kimyevi maddeler, boyalar, matlaşmayan boyalar ve renkli gazlardır. Bazı tungsten bileşikleri ışık yayarlar ve renk maddelerinde, x-ışınlı ekranlarda, televizyon parçası ve CRT monitor olarak kullanılmakta ve floresan ışıklandırılmasında kullanılır. Sodyum tungstat da paslanmayı engelleyici olarak ve tekstil sanayinde yanmaz madde olarak kullanılır.

Tungsten Elektrotlar

TIG kaynağı (Tungsten Inert Gas) veya plazma kaynağı için kullanılan elektrotlar, TS EN 26848′ de standartlaştırılmıştır. Bu elektrotlar, genel olarak silindirik çubuklar olup, tungsten metalinin yüksek erime sıcaklığı (3390°C) sebebiyle döküm yöntemiyle değil sinterlenerek ve bağlayıcı ile birleştirilerek üretilirler. Standartlaştırılmış çaplar 0,5; 1,0; 1,6; (2,0); 2,4; (3,0), 3,2; 4,0; (5,0); (6,0); 6,4; 8,0 mm dir. Eğriliklerden mümkün olduğunca kaçınılmalıdır. Yuvarlak en kesitli elektrotların haricinde, dikdörtgen en kesitli elektrotlar da vardır. Bu elektrotlar özel elektrot olarak standartlaştırılmıştır. Bu elektrotların standart boyları 50; 75; 150 ve 175 mm’ dir.

Tungsten elektrod (tungsten electrode) kullanımı kolay ve uzun ömürlü olmalarından dolayı daha çok tercih edilir. En çok %2 oranında toryum alaşımı içeren elektrotlar kaynak makinaları ile kullanılmaktadır. Malzeme kalınlığı ve elektrod kalınlığına amper değeri seçilir.

Saf tungsten elektrotlar en ucuz elektrot türüdür. İyi elektron yayma özelliğine sahip olup, akım yüklenme kapasiteleri düşüktür. Alternatif akımda (AC) kullanılırlar. Kirlenmeye ve oksitlenmeye yatkındırlar. alternatif akımda kullanılarak daha çok alüminyum kaynağında tercih edilmektedir. Saf elektrod tipinin daha düşük akımlarda kaynak yapma özelliği vardır.

Toryumlu (Th02) tungsten elektrotlar saf tungsten elektrotlara göre daha yüksek akım yüklenme kapasitesine sahiptir. Daha uzun ömürlüdür ve oksitlenmeye karşı dayanıklıdırlar ve kararlı bir ark meydana getiriler.

Zirkonyumlu (Zr02) tungsten elektrotlar, alternatif akımla (AC) yapılan kaynaklarda yüksek verim sağlarlar. Akım yüklenme kapasiteleri yüksektir ve iyi bir ark başlatma özellikleri vardır. Çizgili tungsten elektrotlarda, elektrotların gövdeleri saf tungstenden yapılmıştır. Gövde üzerinde çizgi şeklinde bulunan kanalcıklar toryum oksit ile doldurulmuştur. Böylece AC ile çalışıldığında saf tungsten elektrotun ark kararlılığı ile toryum oksit alaşımlı elektrotların akım yüklenme kapasitesi ve arkın kolay tutuşma özelliği bir araya toplanır.

TIG kaynağı sırasında ark kararlılığı açısından tungsten elektrotların uç kısmı çok önemlidir. Çeliklerin kaynağında ısıyı belirli bir noktada yoğunlaştırmak için sivri uç kullanılır.

Al, Mg gibi hafif metallerin kaynağında ise daha geniş bir alanın ısıtılması gerektiğinden ve bu malzemelerin ısıyı çabuk iletmelerinden dolayı yuvarlak elektrot ucu kullanılır. Elektrot ucu hazırlanırken, istenilen ölçülere getirilmek amacı ile uç zımpara (silisyum karbür) ile taşlanmalıdır.

Doğru akımla (DA) yapılan kaynakta elektrot ucu sivri hazırlanır. Çapı 3mm’den fazla olan elektrotlarda elektrotun taşa tutulan kısmının dikey uzunluğu, çapın iki katı olmalıdır.
AC yapılan kaynaklar için elektrot ucunun yuvarlak olması istenir. Yuvarlak ucun çapı, elektrot çapının yarısı olmalıdır.

TIG kaynak yönteminde kullanılan elektrotların yüzeyleri taşlanmış veya kimyasal olarak temizlenmiştir. Bundan dolayı açık parlak renktedir. Matlaşması veya renk değiştirmesi oksitlendiğini gösterir. Oksitlenen elektrotla yapılan kaynakta elektrot sarfiyatı artar, ark kararlılığı azalır ve dikiş kalitesi düşer.

Elektrotlar kullanılmadığı zaman temiz bir kutuya konmalı, yağ ve kirden korunmalıdır. Yüzeyinde çukur, çizik, kir ve çatlak bulunan elektrotlar kullanılmamalıdır.

Tungsten Elektrod Renkleri

Her renk farklı amaçlar için kullanılır. Her rengin kendine göre kimyasal ve teknik özelliği vardır.