Tungsteno: Aplicaciones pasadas e innovaciones modernas

Una mirada al tungsteno circa 2007, cortesía de ITIA

La Asociación Internacional de la Industria del Tungsteno (ITIA) es una organización estimada de la que nuestros colegas de Nippon Tungsten son miembros desde hace años. Mientras nosotros en Metal Cutting somos expertos en cómo cortar tungsteno y usarlo para crear piezas de precisión de varilla forjada y alambre fino, la ITIA se centra más en aspectos de polvo y tonelaje del tungsteno.

Sin embargo, la ITIA es de interés para cualquiera en el negocio del tungsteno, donde propiedades únicas como el alto punto de fusión (3422 °C), baja presión de vapor (temperaturas > 1650 °C) y alta resistencia a la tracción han hecho este material útil en una amplia gama de aplicaciones.

De hecho, al encontrar un antiguo artículo del boletín ITIA llamado "Un día familiar con el tungsteno", decidimos hacer una actualización. Más de una década después, aquí vemos cómo muchos usos del tungsteno circa 2007, experimentados por una familia teórica de cuatro (padre, madre, dos hijos), han resistido la prueba del tiempo.

En casa por la mañana

Ese día de 2007 comenzó con el padre despertando muy temprano (y en silencio, para no molestar a esposa e hijos) con la suave vibración de su móvil bajo la almohada.

El tipo de teléfono mostrado en el artículo ha desaparecido —reemplazado por los smartphones más delgados. Sin embargo, el mecanismo de una diminuta pieza de tungsteno rotada por un micromotor eléctrico dentro del teléfono para crear la vibración es uno de los usos del tungsteno que aún se utiliza hoy.

Mientras el padre se movía sigilosamente por la casa, notaba varias luces: el suave resplandor de la lámpara de mesilla con bombilla incandescente de 15 vatios con filamento de tungsteno y los brillantes focos halógenos del baño con alambres de tungsteno de alto rendimiento.

La realidad hoy es que las bombillas incandescentes con filamento están decayendo, e incluso las CFL ceden rápidamente a la eficiencia de la iluminación LED. (Tanto como el filamento de alambre es uno de esos usos del tungsteno bueno para nuestro negocio, ¡no estamos entre los negadores del LED!)

Usos del tungsteno en la carretera

Finalmente en su coche y camino al aeropuerto, el padre encendió el desempañador de ventanillas, que usaba hilos de filamento de tungsteno incrustados en parabrisas delantero y trasero.

Esta aplicación nunca cuajó realmente en automóviles fabricados en EE. UU., pero se usó ampliamente en Europa. Además, Metal Cutting hoy proporciona hilo de filamento de tungsteno para este propósito en parabrisas aeroespaciales.

El padre notó que su motor diésel de 10 cilindros funcionaba sorprendentemente suave; esto se debía a casi 10 kg de piezas de tungsteno alrededor del cigüeñal para reducir vibración. Ese pensamiento ha pasado de moda junto con los diésel de 10 cilindros en general, en favor de automóviles mucho más ligeros y eficientes energéticamente.

Evitando por poco una colisión en la autopista, el padre tocó el claxon —aplicación que, entonces y ahora, requiere flujo de corriente eléctrica y depende de interruptores de tungsteno puro, que a su vez dependen de la experiencia en cómo cortar tungsteno.

En la pre-alba, una fina capa de bronce de tungsteno en su retrovisor reducía el deslumbramiento de los faros traseros. Esto también es uno de los usos del tungsteno que se utiliza hoy.

Al empezar a nevar, el padre pensó en su cuñado que vivía en Finlandia, donde neumáticos con tacos de carburo de tungsteno cementado eran —y siguen siendo— útiles en clima invernal helado, donde el gobierno local lo permite. La dureza y resistencia a la abrasión de los tacos ayudan a evitar derrapes.

Por supuesto, los automóviles actuales incluyen una gama creciente de tecnología de seguridad activa diseñada para mejorar tanto seguridad como rendimiento.

Al acercarse al aeropuerto, el padre vio camiones de carga con etiquetas diciendo que estaban equipados con equipos modernos de reducción de emisiones. Catalizadores DeNOx, usados entonces y ahora en muchos motores diésel de camiones, reducen concentración de óxido de nitrógeno en escape.

Estos catalizadores están hechos de cerámica que contiene tungsteno —dos materiales que funcionan bien juntos, dado el punto de fusión ultraalto del tungsteno.

Además, orificios perfectamente dimensionados en inyectores diésel para estos camiones se hacen usando electrodos de tungsteno de Metal Cutting. Rectificamos los orificios a tolerancias de diámetro de 0,5 micras para maximizar combustión completa y reducir emisiones particuladas.

Usos del tungsteno en el aire

Subiendo a un avión y encontrando su asiento cerca de un ala, el padre notó las turbinas del motor. Las palas de la zona de alta temperatura del motor eran y siguen hechas de superaleaciones que contienen tungsteno —otra aplicación que se beneficia del alto punto de fusión.

Durante el despegue, miró por la ventanilla y notó flaps y alerones trabajando. En 2007 y hoy, contrapesos de aleación pesada de tungsteno son parte del mecanismo que controla la fuerza ejercida sobre los flaps.

Irónicamente, hoy pagamos por todo el equipaje y extra por sobrepeso, pero los aviones están llenos de contrapesos pesados de aleaciones pesadas de tungsteno. Sin embargo, están diseñados con precisión para ubicaciones y propósitos de seguridad específicos, así que no nos quejamos.

El padre sacó su portátil y iPod para pasar el tiempo y preparar su reunión. Aunque estos dispositivos han evolucionado extraordinariamente en la última década, el tungsteno sigue siendo integral para su fabricación. Por ejemplo:

• Las PCB dentro de los dispositivos se mecanizan usando fresadoras y microtaladros de carburo cementado.
• Los chips de circuito integrado usan hilos o tapones conductores de tungsteno y material de puerta de silicuro de tungsteno.
• Aleaciones de tungsteno y molibdeno se usan en producción de pantallas de dispositivos.
• Sondas de tungsteno o renio-tungsteno prueban cada chip de circuito integrado a nivel de oblea —asegurando que la producción posterior use solo chips que funcionan.

Tungsteno en aplicaciones médicas y dentales

Para la madre, la historia de ITIA detallaba citas importantes con usos del tungsteno en dispositivos médicos. Por ejemplo, fue al hospital para una tomografía computarizada (TC) de columna, para determinar causa de dolor de espalda crónico.

Aunque la resonancia magnética (RM) es probablemente más usada hoy, entonces y ahora un dispositivo TC podía generar imágenes 3D usando tubos de rayos X que contienen un electrodo de tungsteno, así como ánodo rotativo de tungsteno o aleación tungsteno-renio. Además, el tungsteno sigue usándose en el blindaje de toda la máquina TC.

Tras buen informe de la TC, sin problema grave, la madre fue a cita en el dentista. Allí se tomó una radiografía panorámica de todos sus dientes —y nuevamente, ánodos de tungsteno jugaron papel en la máquina de rayos X.

Tungstato de calcio se usó como material fluorescente en la película de rayos X. Además, el delantal protector pesado que usó la madre era de polvo de tungsteno disperso en látex, que la protegía contra radiación y era más ecológico que el plomo.

Hoy, la imagen digital es más prevalente que la película de rayos X tradicional en consultas dentales, pero la tecnología básica de rayos X sigue igual. Curiosamente, aquí en EE. UU. los dentistas aún usan delantales protectores con plomo. ¡Sería genial si cambiaran al tungsteno más ecológico!

Volviendo a 2007, malas noticias para la madre: ¡necesitaba endodoncia! La mayoría de fresas usadas por el dentista para limpiar y dar forma eran de carburo cementado de grano fino, extremadamente afiladas. Cierto entonces y ahora, este material produce menos fricción, lo que significa menos calor y menos dolor para la paciente —por fin, buenas noticias para la madre.

Usos del tungsteno durante el día escolar

Los dos hijos de la familia partieron a la escuela en tren. Su motor contenía interruptores de alta tensión con zonas de contacto de partes de cobre-tungsteno, resistentes a erosión por chispa gracias al alto punto de fusión del tungsteno.

Matrices de estirado de carburo cementado se usaron para fabricar la línea de contacto aéreo del tren, así como todos los hilos del motor. Las partes de lámina de cobre del motor y transformadores se troquelaron usando herramientas de carburo cementado. Hoy, estos usos del tungsteno siguen siendo estándar.

Estudiando para un examen de física durante el viaje, uno de los hijos leyó sobre uso de tungsteno en materiales de primera pared para reactores de fusión nuclear. El proyecto, Reactor Experimental Termonuclear Internacional (ITER), estaba en fase de planificación entonces y ¡TODAVÍA está en fase de construcción ahora! (Puede leer sobre el proyecto en www.iter.org.)

Mirando por las ventanillas, los niños vieron una mina de carbón a cielo abierto, que usaba enormes palas dentadas y otras herramientas y sistemas basados en accesorios de tubos de carburo de tungsteno cementado. Aunque la economía del carbón no ha sido amable con esa industria en años recientes, hoy tal equipo se usa en diferentes tipos de minería y sigue utilizando componentes de carburo de tungsteno.

Al llegar a la escuela, el hijo se dio cuenta de que olvidó algunos útiles y pidió prestar un bloc y bolígrafo a su hermana.

Por supuesto, hoy portátiles y móviles han reemplazado bloc y bolígrafo para muchos estudiantes. Pero en 2007 y ahora, rodillos recubiertos de tungsteno se usan en fabricación de papel, y cuchillas de carburo cementado para cortar con precisión hojas de bloc.

Además, el tungsteno en forma de carburo cementado resistente a corrosión sigue formando la bola de bolígrafo —diseñada precisamente para proporcionar rugosidad superficial justa para llevar suficiente tinta y rodar en el papel sin deslizar.

Tungsteno en el ocio

Tras un día con TC en hospital, dentista y endodoncia, la madre finalmente tuvo un respiro: tenía cita con amigas para jugar golf tras sus citas.

Miró su reloj —regalo de su marido, modelo altamente resistente a arañazos de carburo de tungsteno, con movimiento mecánico y pieza de aleación pesada de tungsteno para cuerda automática. Con suerte, aún lo lleva hoy.

La salida de golf le dio oportunidad a practicar con su nuevo driver, que tenía tornillos de aleación pesada de tungsteno para mejorar rendimiento, así podía mejorar su hándicap 18. Estaba contenta con las nuevas bolas de golf que su marido le regaló por su cumpleaños; conteniendo una carcasa de tungsteno en una capa exterior, al golpearlas correctamente permitían gran efecto. Como hacía frío y el suelo estaba duro, también agradeció los tacos de carburo cementado en sus zapatos de golf. Hoy, usos del tungsteno como estos están entre muchas ventajas tecnológicas que los golfistas buscan en su quête de perfección.

Mientras tanto, tras la escuela la hija y amigas salieron a correr, con pesas en manos y piernas para aumentar eficiencia del entrenamiento. Ahora, como en 2007, tales pesas son frecuentemente de tungsteno, con su alta densidad proporcionando peso en paquete compacto, y dependen de empresas como Metal Cutting por nuestra experiencia en cómo cortar tungsteno.

Esa tarde de 2007, el hijo se reunió con amigos en club juvenil, donde jugaron dardos con dardos profesionales de metal pesado de tungsteno. Esto permitía (y permite) diseño esbelto y trayectoria estable al lanzar.

Usos del tungsteno en la industria general

Durante el día, la historia familiar mencionaba amplia gama de otros usos del tungsteno en industria general —ejemplos aún plenamente relevantes ahora. Incluyen:

• Hilos de tungsteno para hilos de corona (cargados) en impresoras láser y fotocopiadoras
• Herramientas de carburo de tungsteno cementado para mecanizar bloques de motor de coche y piezas de titanio para largueros de ala y tren de aterrizaje de aviones
• Inserciones de diamante policristalino sobre carburo de tungsteno para cortar plástico reforzado con fibra de carbono para piezas de avión como carcasas de ala
• Maquinaria pesada de construcción vial equipada con cinceles de carburo cementado y otros componentes basados en tungsteno
• Interruptores de transformadores eléctricos de alto rendimiento y centrales de energía de cobre-tungsteno
• Astilladora usando cuchillas de carburo cementado, más resistentes al desgaste que el acero

De vuelta a casa al final de un "día con tungsteno"

Al reunirse la familia en casa al final del día, aún había más usos del tungsteno a la vista. Por ejemplo, madre e hija colgaron cortinas nuevas ignífugas por metatungstato de sodio incrustado en tela.

Padre e hijo trabajaron en proyecto de bricolaje —nuevo baño con azulejos de propiedades reflectantes gracias a óxido de tungsteno y tungsteno metálico en esmalte. Herramientas incluían cortadora de azulejos de carburo cementado y taladro con brocas de carburo cementado.

Mientras la madre preparaba cena, usando afilador de cuchillos de carburo cementado, el padre (audiófilo) probó compra reciente —tocadiscos analógico de vinilo equipado con:

• Contrapeso de tungsteno para ajustar brazo tonal y amortiguar vibración.
• Cuatro patas pesadas en la base hechas de aleación pesada para amortiguar efectos de vibración en el plato

Tras la cena, la familia fue al cine a ver último thriller en proyección panorámica, con claridad y brillo de lámparas de arco corto de xenón equipadas con electrodos de tungsteno.

Y mientras la familia terminaba su día en casa bajo el resplandor de lámparas de filamento de tungsteno —aplicación que debe su cálido y acogedor brillo a la resistividad del tungsteno pero no tan común hoy comparado con CFL y LED— casi todos esos otros usos del tungsteno son igual de relevantes hoy.

¿Hay tungsteno en su futuro?

Por supuesto, esto es solo nuestra visión de cómo los usos del tungsteno han evolucionado en la última década. Sin embargo, creemos que estará de acuerdo en que esta comparación muestra que el tungsteno sigue siendo uno de los metales refractarios más ampliamente usados y beneficiosos.

Como empresa que sabe cómo cortar tungsteno y usarlo óptimamente, Metal Cutting puede ayudarle a determinar si propiedades como el alto punto de fusión lo hacen el material adecuado para su aplicación actual o planeada —solo llámenos.

También puede aprender los fundamentos del hilo de tungsteno, sus propiedades y aplicaciones en nuestra guía Hilo de Tungsteno 101: Visión general de un material únicamente útil, disponible para descarga gratuita.