Tungstênio: Aplicações Passadas e Inovações Modernas

Um Olhar no Tungstênio por Volta de 2007, Cortesia da ITIA

A International Tungsten Industry Association (ITIA) é uma organização respeitada da qual nossos colegas da Nippon Tungsten são membros há muitos anos. Enquanto nós da Metal Cutting somos especialistas em como cortar tungstênio e usá-lo para criar peças de precisão a partir de vergalhões e fios finos, a ITIA foca mais em aspectos de pó e tonelagem do tungstênio.

No entanto, a altamente respeitada ITIA interessa a qualquer um no negócio do tungstênio, onde propriedades únicas — ponto de fusão alto (3422°C), baixa pressão de vapor (temperaturas > 1650°C) e alta resistência à tração — tornam este material útil em ampla gama de aplicações.

Quando encontramos um antigo artigo da newsletter da ITIA chamado "Um Dia da Família com Tungstênio", decidimos, por diversão, fazer uma atualização. Mais de uma década após escrito, veja como muitos usos do tungstênio por volta de 2007, vivenciados por uma família teórica de quatro pessoas (pai, mãe e dois filhos), resistiram ao teste do tempo.

Em Casa pela Manhã

Aquele dia em 2007 começou com o pai acordando muito cedo (e quietamente, para não perturbar esposa e filhos) com a vibração suave do celular sob o travesseiro.

O tipo de telefone mostrado no artigo já não existe — substituído pelos smartphones mais finos. Contudo, o mecanismo de uma minúscula peça de tungstênio rotacionada por um micro-motor elétrico dentro do telefone para criar a vibração é um dos usos do tungstênio ainda utilizado hoje.

Enquanto o pai andava pela casa, notou várias iluminações, incluindo o brilho suave da lâmpada de cabeceira usando lâmpada incandescente de 15 watts com filamento de tungstênio e os holofotes halógenos brilhantes do banheiro com fios de tungstênio de alto desempenho.

A realidade hoje é que lâmpadas incandescentes com fio filamentar estão em declínio, e até as fluorescentes compactas cedem rapidamente à eficiência da iluminação LED. (Tanto quanto o fio filamentar é um daqueles usos do tungstênio bons para nosso negócio, não estamos entre os negadores do LED!)

Usos do Tungstênio na Estrada

Finalmente no carro e a caminho do aeroporto, o pai ligou o desembaçador do para-brisa, que usava fios de filamento de tungstênio embutidos nos para-brisas dianteiro e traseiro.

Esta aplicação nunca realmente pegou em automóveis feitos nos EUA, mas foi amplamente usada na Europa. Além disso, a Metal Cutting hoje fornece fio de filamento de tungstênio para este propósito em para-brisas aeroespaciais.

O pai notou que seu motor diesel de 10 cilindros rodava surpreendentemente suave; isso se devia a quase 10 kg de peças de tungstênio colocadas ao redor do virabrequim para reduzir vibração. Esse pensamento foi pelo caminho dos dieséis de 10 cilindros em geral, em favor de automóveis muito mais leves e energeticamente eficientes.

Evitando por pouco uma colisão na estrada, o pai buzinou — aplicação que, então e agora, requer fluxo de corrente elétrica e depende de interruptores feitos de tungstênio puro, que por sua vez dependem de expertise em como cortar tungstênio.

Na pré-alvorada, uma fina camada de bronze de tungstênio no retrovisor reduzia o ofuscamento dos faróis atrás dele. Este também é um dos usos do tungstênio utilizado hoje.

Ao começar a nevar, o pai pensou no cunhado que morava na Finlândia, onde pneus com cravos de carboneto de tungstênio cimentado eram — e ainda são — úteis em clima gelado, onde o governo local permite. A dureza e resistência à abrasão dos cravos ajudam a evitar derrapagens.

Claro, automóveis hoje incluem variedade crescente de tecnologia de segurança ativa para melhorar segurança e desempenho.

Ao se aproximar do aeroporto, o pai viu caminhões de carga com rótulos dizendo que estavam equipados com equipamento moderno de redução de emissões. Catalisadores DeNOx, usados então e agora em muitos motores diesel de caminhões, reduzem concentração de óxido de nitrogênio no escapamento.

Esses catalisadores são feitos de cerâmica contendo tungstênio — dois materiais que funcionam bem juntos, dado o ponto de fusão ultra-alto do tungstênio.

Além disso, furos perfeitamente dimensionados nos injetores diesel desses caminhões são feitos usando eletrodos de tungstênio da Metal Cutting. Retificamos os furos com tolerâncias de diâmetro de 0,5 mícrons para maximizar combustão completa e reduzir emissões de particulados.

Usos do Tungstênio no Ar

Embarcando em avião e encontrando assento perto de uma asa, o pai notou as turbinas do motor. As pás da turbina na zona de alta temperatura do motor eram e ainda são feitas de superligas contendo tungstênio — outra aplicação que se beneficia do alto ponto de fusão do tungstênio.

Durante a decolagem, olhou pela janela e notou flaps e ailerons funcionando. Em 2007 e hoje, contrapesos de liga pesada de tungstênio fazem parte do mecanismo que controla a força exercida nos flaps.

Ironicamente, enquanto hoje pagamos por toda bagagem e extra por excesso de peso, os próprios aviões estão cheios de contrapesos pesados feitos de ligas pesadas de tungstênio. No entanto, são engenheirados com precisão para locais específicos e fins de segurança, então não reclamamos.

O pai tirou laptop e iPod para passar o tempo e preparar reunião. Embora esses dispositivos tenham evoluído extraordinariamente na última década, o tungstênio ainda é integral à sua fabricação. Por exemplo:

• Placas de circuito impresso dentro dos dispositivos são usinadas com fresas e microbrocas de carboneto cimentado.
• Chips de circuito integrado usam fios ou plugs condutores de tungstênio e material de porta de siliceto de tungstênio.
• Ligas de tungstênio e molibdênio são usadas na produção de displays de dispositivos.
• Pontas de prova feitas de tungstênio ou rênio-tungstênio testam cada um dos chips de circuito integrado no nível de wafer — garantindo que produção subsequente use apenas chips funcionais.

Tungstênio em Aplicações Médicas e Odontológicas

Para a mãe da família, a história da ITIA detalhou compromissos importantes com usos do tungstênio em dispositivos médicos. Por exemplo, ela fez uma tomografia computadorizada (TC) da coluna para determinar causa de dor nas costas antiga.

Embora ressonância magnética (RM) seja provavelmente mais usada hoje, então e agora um dispositivo de TC podia gerar imagens 3D usando tubos de raio-X que contêm eletrodo de tungstênio, bem como ânodo rotativo de tungstênio ou liga tungstênio-rênio. Além disso, tungstênio ainda é usado no blindagem de toda a máquina de TC.

Após bom relatório da TC, sem problema sério, a mãe foi ao dentista. Lá, radiografia panorâmica de todos os dentes foi feita — e novamente, ânodos de tungstênio participaram do aparelho de raio-X.

Tungstato de cálcio foi usado como material fluorescente no filme de raio-X. Além disso, o avental protetor pesado que a mãe usava era feito de pó de tungstênio disperso em látex, protegendo-a contra radiação e mais ecológico que chumbo.

Hoje, imagem digital é mais prevalente que filme de raio-X tradicional no dentista, mas tecnologia básica de raio-X permanece a mesma. Curiosamente, aqui nos EUA dentistas ainda usam aventais com chumbo. Não seria ótimo se mudassem para tungstênio, mais ecológico?

Voltando a 2007, más notícias para a mãe: precisava de canal! A maioria das brocas usadas pelo dentista para limpeza e modelagem eram de carboneto cimentado de grão fino, extremamente afiadas. Verdade então e ainda agora, esse material de broca produz menos atrito, menos calor e menos dor para o paciente — finalmente, boas notícias para a mãe.

Usos do Tungstênio Durante o Dia Escolar

As duas crianças saíram para a escola de trem. Seu motor continha interruptores de alta tensão com zonas de contato de peças de cobre-tungstênio, resistentes à erosão por faísca graças ao alto ponto de fusão do tungstênio.

Matrizes de trefilação de carboneto cimentado foram usadas para fabricar a linha de contato aéreo do trem, bem como todos os fios do motor. Peças finas de folha de cobre do motor e transformadores foram cortadas com ferramentas de carboneto cimentado. Hoje, esses usos do tungstênio ainda são padrão.

Estudando para prova de física durante a viagem, uma das crianças leu sobre uso de tungstênio em materiais de primeira parede para reatores de fusão nuclear. O projeto, Reator Termonuclear Experimental Internacional (ITER), estava em estágio de planejamento então e AINDA está em construção agora. (Leia sobre o projeto em www.iter.org.)

Olhando pela janela do trem, as crianças viram mina de carvão a céu aberto, que usava enormes pás dentadas e outros sistemas confiando em conexões de tubo de carboneto de tungstênio cimentado. Embora economia do carvão não tenha sido gentil com a indústria nos últimos anos, hoje tal equipamento ainda é usado em diferentes tipos de mineração e ainda utiliza componentes de carboneto de tungstênio.

Ao chegar à escola, o filho percebeu que esqueceu materiais e pediu emprestado bloco de papel e caneta esferográfica da irmã.

Claro, hoje laptops e dispositivos móveis substituíram papel e caneta para muitos estudantes. Mas em 2007 e agora, rolos revestidos de tungstênio são usados na fabricação de papel, e facas de carboneto cimentado para cortar folhas de bloco de escrita com precisão.

Além disso, tungstênio na forma de carboneto cimentado resistente à corrosão ainda forma a esfera de caneta esferográfica — precisamente desenhada para fornecer rugosidade superficial ideal para transportar tinta suficiente e rolar no papel sem deslizar.

Tungstênio no Lazer

Após dia que incluiu TC no hospital, ida ao dentista e canal, a mãe finalmente teve folga: encontro com amigas para jogar golfe após compromissos.

Verificou o relógio — presente do marido, modelo altamente resistente a riscos feito de carboneto de tungstênio, com movimento mecânico e peça de liga pesada de tungstênio para corda automática. Com sorte, ainda pode estar usando o mesmo relógio hoje.

O golfe deu chance de praticar com novo driver, que tinha parafusos de liga pesada de tungstênio para melhorar desempenho, para melhorar ainda mais seu handicap 18. Ficou feliz com novas bolas de golfe que o marido deu no aniversário; contendo casca de tungstênio em uma das camadas externas dentro da bola, quando acertadas corretamente permitiam grande efeito nas tacadas.

Como estava frio e o solo duro, também agradeceu pelos cravos de carboneto cimentado nos sapatos de golfe. Hoje, usos do tungstênio como esses estão entre muitas outras vantagens tecnológicas que golfistas buscam em sua busca pela perfeição.

Enquanto isso, após a escola, a filha e amigas foram correr, usando pesos nas mãos e pernas para aumentar eficiência do treino. Agora, como em 2007, tais pesos são frequentemente feitos de tungstênio, com sua alta densidade fornecendo peso em pacote compacto, e dependem de empresas como a Metal Cutting para nossa expertise em como cortar tungstênio.

Naquela tarde de 2007, o filho encontrou amigos em clube juvenil, onde jogaram dardos usando dardos profissionais de liga pesada de tungstênio. Isso permitia (e ainda permite) design esbelto e trajetória estável quando projéteis são arremessados.

Usos do Tungstênio na Indústria Geral

Ao longo do dia, a história da família citou ampla gama de outros usos do tungstênio na indústria geral — exemplos ainda totalmente relevantes agora. Incluem:

• Fios de tungstênio usados para fios carregados (corona) em impressoras a laser e copiadoras
• Ferramentas de carboneto de tungstênio cimentado para usinagem de blocos de motor de carro e peças de titânio para longarinas de asa e trem de pouso de aviões
• Diamante policristalino em insertos de carboneto de tungstênio para cortar plástico reforçado com fibra de carbono para peças de avião como revestimentos de asa
• Máquinas pesadas de construção de estradas equipadas com cinzéis de carboneto cimentado e outros componentes baseados em tungstênio
• Interruptores de transformador elétrico de alta performance e usinas feitos de cobre-tungstênio
• Picador de madeira usando facas de carboneto cimentado, mais resistentes ao desgaste que aço

De Volta ao Lar no Final de um "Dia com Tungstênio"

Quando a família se reuniu em casa ao final do dia, ainda havia mais usos do tungstênio à vista. Por exemplo, mãe e filha penduraram cortinas novas à prova de fogo devido a metatungstato de sódio embutido no tecido.

Pai e filho trabalharam em projeto DIY — novo banheiro com azulejos com propriedades refletivas de luz graças a óxido de tungstênio e tungstênio metálico no esmalte. Ferramentas incluíam cortador de azulejo de carboneto cimentado e broca com pontas de carboneto cimentado.

Enquanto a mãe preparava jantar, usando afiador de facas de carboneto cimentado, o pai (audiófilo) testou compra recente — toca-discos de vinil analógico equipado com:

• Contrapeso de tungstênio para ajustar o braço e amortecer vibração.
• Quatro pés pesados na base feitos de liga pesada para amortecer efeitos de vibração no prato.

Após jantar, a família foi ao cinema ver o último thriller em projeção wide-angle, com clareza e brilho de lâmpadas de arco curto de xenônio equipadas com eletrodos de tungstênio.

E enquanto a família terminava o dia sob o brilho de lâmpadas de filamento de tungstênio — aplicação que deve seu brilho acolhedor à resistividade do tungstênio, mas não tão comum hoje comparada a fluorescentes e LEDs — quase todos aqueles outros usos do tungstênio são tão relevantes hoje.

Há Tungstênio no Seu Futuro?

Claro, tudo isso é apenas nossa visão de como usos do tungstênio evoluíram na última década. Contudo, acreditamos que você concordará que esta comparação mostra que o tungstênio ainda é um dos metais refratários mais amplamente usados e benéficos.

Como empresa que sabe como cortar tungstênio e colocá-lo em uso ideal, a Metal Cutting pode ajudar a determinar se propriedades como o alto ponto de fusão do tungstênio o tornam o material certo para sua aplicação atual ou planejada — entre em contato.

Você também pode aprender o básico do fio de tungstênio, suas propriedades e aplicações em nosso guia Tungsten Wire 101: Overview of a Uniquely Useful Material, disponível para download gratuito.