Tungsten-Volfram Nedir ?

Tungsten-Volfram Nedir ?

Tungsten bir metal çeşidi olup, ergime sıcaklığı 3422 °C’dir. Bu ergime sıcaklığı ile birlikte tungsten en yüksek ergime sıcaklığına sahip metal ünvanını elinde bulundurmaktadır. Adını İsveççe’den almaktadır. İsveç’te anlamı ” Güçlü-Ağır Taş ” anlamına gelir. Tungsten, genellikle volfram olarak da anılmaktadır. Bu nedenle simgesi ” W ” ile gösterilmektedir. İsmini en yaygın bulunan mineralinden almaktadır. ( Volframit ) İlk olarak Dünya’da 18.yy’ın sonralarına doğru keşfedilmiştir.

Sahip olduğu ekstrem özelliği sayesinde, yüksek sıcaklık uygulamalarının vazgeçilmez metali olarak karşımıza çıkmaktadır.  Güçlü bağ yapısı sayesinde zor koşullarda kullanılmak için üretilmektedir. Güçlü bağ yapısı ” Kovalent Bağ ” ile sağlanmaktadır.

Konu ile ilgili Britannica makalesi için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

Tungsten-Volfram Özellikleri Nelerdir ?

Bu ilginç metalin özelliklerine baktığımızda, ilk olarak karşımıza çıkan özelliği yoğunluğunun fazla olmasıdır. 19.3 g/cm3 yoğunluğa sahip bir metaldir. Bu yoğunluk Altın, Uranyum ve Kurşun ile kıyaslandığında yine yaklaşık 1.7 kat fazladır. Standart atomik ağırlığı 183 olan Tungsten, atom numarası 74’tür. Periyodik tabloya bakıldığında 6. Grup ve 6. Periyotta bulunan volfram, D Bloğundaki ” Geçiş Metalleri “ sınıfına girmektedir.

Oda sıcaklığında doğal olarak katı özellik gösteren tungsten, bilinen en yüksek ergime sıcaklığına sahip metaldir. Kristal yapısı incelendiğinde Hacim Merkezli Kübik ( HMK ) sisteme sahip olması neden ile plastik şekil verme özellikleri kötüdür. Daha önceki yazılarımızdan da hatırlayacağınız üzere, yapısı YMK – Yüzey Merkezli Kübik olan metaller, daha fazla kayma düzlemlerine sahip olduğu için plastik şekil verme işlemleri daha az güçle yapılabilmekteydi. Ancak; YMK – Yüzey Merkezli Kübik sistemlerde kayma düzlemleri daha az olduğu için, şekil verilebilme kabiliyetleri düşüktür.

Dış Görünüm ve Üretimi


Dış görünüşüne bakıldığında, diğer bir çok metalden ayırt edici bir görüntüye sahip değildir. Gri-Beyaz bir renge sahiptir. Asıl ayırt edici özelliği sahip olduğu ağırlıktır. Ergitme yöntemi ile üretimi çok maliyetli olacağı için genellikle sinterleme yöntemi ile üretilmektedir. Çünkü Demir ile kıyaslandığında yaklaşık 2 katı gibi bir ergime sıcaklığına sahiptir.

Diğer Fiziksel Özellikleri

Bilinen bir diğer özelliği ise, saf hali ile bilinen en yüksek çekme dayanımına sahip metal oluşudur. Bu özelliği, tungsten – volfram ‘ın şekil verilebilme özelliğinin kötü olduğunun kanıtıdır. Alaşım elementi olarak çelik ile beraber kullanıldığında, çeliğin tokluk özelliklerini arttırmaktadır.

En yüksek ergime sıcaklığı ve çekme dayanımına sahip olduğunu bildiğimiz tungsten ‘in bir diğer özelliği ise sıcaklık ile birlikte genleşmesinin minimum olmasıdır. Yani, sıcaklık uygulandığında uzaması çok düşüktür. Hatta bu katsayısı en düşük olan metal grubundadır.

Tungsten Nerede Kullanılır ?

Bir kaynak mühendisi olarak, Tungsten ya da Volfram kelimesini duyduğumuzda aklımıza ilk olarak TIG ( Argon Kaynağı ) gelmektedir. Argon kaynağı makalemizde bu konu ile ilgili bahsetmiştik. Ancak; kısa olarak bahsetmek gerekirse;

TIG Kaynağı yönteminde, yöntem ismini Tungsten’den almaktadır. Tungsten – Inert – Gas kelimelerinin baş harfleri TIG kısaltmasını oluşturmaktadır. Bu kaynak yönteminde inert gaz, yani reaksiyona girmeyen gazlar kullanılmaktadır. Örnek olarak Argon ya da Helyum gazları. Elektrod olarak da Tungsten – Volfram kullanılmaktadır.

tungsten-volfram

Tungsten Elektrod

TIG Kaynağında kullanılan elektrod yukarıdaki fotoğraftan da görüleceği üzere ucu sivri gözüken tungsten – volfram elektrodtur. Bu kaynak yönteminde volfram kullanılmasının temel nedeni, yöntem itibari ile erimeyen elektrod seçilme zorunluluğudur. Diğer elektrik kaynak yöntemlerinden farklı olarak, TIG kaynağında erimeyen bir elektrod gerekmektedir. Sıcaklıkların çok yüksek değerlere çıktığı bu kaynak yönteminde, volfram elektrod erimeden, kaynak yapılacak malzemeyi eriterek kaynak işlemini gerçekleştirilir. İhtiyaç duyulması halinde ilave metal de kaynak banyosuna ilave edilebilmektedir.

Tungsten – Volfram Karbür Alaşımları

Toplam tungsten tüketiminin yaklaşık olarak % 60’ını tek başına kapsayan tungsten karbür alaşımları bilinen en yüksek sertliğe sahip karbür alaşımları arasında yer almaktadır. Bu alaşımlar sahip olduğu yüksek ergime sıcaklığı ve aşırı yüksek sertlikleri nedeniyle kesici ve delici takımlarda kullanılmaktadır. Kullanıldığı bazı yerler ;

  • Bıçaklar
  • Kesici Takımlar
  • Matkap Uçları
  • Daire Testereler
  • Şerit Testereler vb.

Özellikle madencilik ve ağır sanayi koşullarında sahip oldukları yüksek aşınma dayanımları nedeniyle tercih edilmektedirler. Saf hali ile volfram-karbür bazı uygulamalarda aşırı sert ve doğal olarak kırılgan olabilmektedir. Bu özelliği nedeniyle, alaşım içerisine titanyum eklenebilir. Titanyum eklenmesi ile kesici takımlar darbe dayancı da kazanırlar. Böylelikle ömürleri de artmış olur. Yüksek sertliği nedeniyle kullanımı çok fazla olmasına rağmen, kimyasal olarak asitlere dayanımı çok iyi değildir. Özellikle hidroklorik asit ve nitrik asit çözeltilerinde çözülebilirler.

Ayrıca kuyumculuk sektöründe yüzük imalatında da kullanılmaktadırlar. Aşağıdaki fotoğrafta volfram karbürden yapılmış bir yüzüğün fotoğrafını görebilirsiniz. Bu gibi uygulamalarda kullanılmasında, tungstenin korozyon dayancının iyi olması en büyük etkendir.

Tungsten Karbür Yüzük

Tungsten Karbür Yüzük

Elektrik – Elektronik Uygulamaları

Tungstenin bir diğer kullanım alanı hepimizin yakından bildiği halojen ampüllerin içerisindeki teldir. Bu tele filaman denmektedir. Aşağıdaki fotoğrafta görülen ve akkor hale gelmiş olan tel, tungstendir. Bu ampüllerin içerisindeki hava boşaltılmıştır ve argon gazı doldurulmuştur. Hava boşaltılmasındaki temel amaç, telin yanmamasıdır. Argon gazı konmasındaki amaç ise, tungstenin zarar görmemesi içindir.

Akkor telli lambaların içerisine dikkat ile bakıldığında, tungsten telin bir ” Burgu ” hali ile sarıldığı ve ampül içerisine konulduğu görülmektedir. Bunun temel amacı; direnci arttırmak ve telin daha fazla ısınmasını sağlamaktır. Daha fazla ısınan tel, etrafa daha fazla ışık saçacaktır.

Halojen Ampül

Halojen Ampül

Sahip olduğu yüksek ergime sıcaklığı sayesinde bu tip uygulamalarda rahatlıkla kullanılabilmektedir. Çünkü yüksek sıcaklığa çıkıldığında kullanılan tel herhangi bir deformasyona uğramamalı ve uzun süre stabil bir şekilde kullanılabilmelidir. Bir diğer örnek olarak katot ışın tüpleri ve vakum tüplerinde de kullanılmaktadır. Aşağıdaki fotoğrafta da vakum tüplerini görebilirsiniz. Bu cihazlarda kullanılan teller de tungstendir.

Vakum Tüpleri

Vakum Tüpleri

Kimyasal olarak tepkimeye girmemesi, yüksek sıcaklık dayanımı ve yüksek iletkenliği sayesinde elektron mikroskoplarındaki filamanlarda kullanılmaktadır. Ayrıca, yüksek enerjili radyasyondan korunmak amacı ile de kullanıldığı uygulamalar mevcuttur.

Elektron Mikroskobu Filamanı

Elektron Mikroskobu Filamanı

Volframa potasyum ilavesi yapıldığında şekil değiştirme konusunda daha stabil bir hal alacaktır. Yani şekil değiştirmeye karşı dayanımı artar. Böylece, yüksek sıcaklıklarda filamanların şekil bozukluğu yaşamamasını sağlar. Bu da, elektron mikroskoplarında sağlıklı görüntü elde edebilmek için önemlidir.

Havacılık ve Uzay Araştırmaları

Havacılık ve uzay araştırmaları genellikle dönemin en üstün özelliklerine sahip malzeme gruplarının denenmesine olanak sağlamaktadır. Bu süreç, insanlık tarihinin her döneminde bu şekilde ilerlemiştir. Dönemin en ileri teknoloji malzemeleri o dönemin zorlu koşulları için denenmektedir.

Havacılık ve uzay endüstrisi, yüksek sıcaklıkta mukavemet gerektiren malzeme gruplarının kullanılmasını zorunlu kılmaktadır. Çünkü, genellikle en zorlu şartlarda kullanılan alaşımlar havacılık ve uzay sanayinde kullanılmaktadır. Örnek olarak türbin kanatları, roket nozulları yüksek sıcaklık ve zorlu mukavemet koşullarında çalışmaktadırlar. Yüksek sıcaklıklarda çalışması istenen çelik alaşımları belirli bir sıcaklıktan sonra kalıcı şekil değişikliğine uğrarlar. Bu istenmeyen bir durumdur. Bu nedenle, tungsten – volfram alaşımları bu tip uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Çünkü, tungsten alaşımları yüksek sıcaklıklarda hiç bir metalin ulaşamadığı mukavemet değerlerine ulaşabilmektedirler.

Diğer Kullanım Alanları

  • Buji ( Yüksek Performans Bujileri )
  • Yay
  • Roket Bilimi ( Yüksek Sıcaklık Dayanımı Gerektiren Nozullarda )
  • Televizyon
  • Floresan Lambalar
  • Valfler
  • Zırh Yapımı

Tungsten Mineralleri

Yeryüzünde tungsten – volfram mineralleri 20’den fazla olmasına rağmen, en çok kullanılan ve işlenebilen 2 tip mineral mevcuttur. Bunlar;

  • Selit (CaWO4)
  • Volframit (MnWO4 veya FeWO4 )

Şelit, volframın kalsiyum ve oksijenle bileşik halinde bulunan haline verilen isimdir. Sarı – Kırık Beyaz renkleri bulunmaktadır. Kırılgan ve sert bir yapısı mevcuttur. Volframit ise, volframın Mangan ya da Demir ile birlikte yaptığı bileşiğe verilen isimdir. Bu mineralin rengi siyaha yakın olup, şelit’ten daha sert ve kırılgan bir yapıdadır.

Dünya’da Tungsten Madenciliği

Tungsten madenciliği Dünya’da en fazla, Çin, Kanada ve Rusya’da yapılmaktadır. Ne yazık ki ülkemizde Tungsten madenciliği yapılmamaktadır. Tungsten madenleri ülkemizde Bursa, Çanakkale ve Niğde’de bulunmaktadır. Ancak; madencilik faaliyetlerinde kullanılmadığı için, Türkiye volframı ithal ederek kullanmak durumundadır.

Çin, Kanada ve Rusya’da, Dünya tungsten üretim ihtiyacının yaklaşık yarısı karşılanmaktadır. En çok tungsten metali kullanan ülkeler ise Amerika Birleşik Devletleri, Rusya, Almanya ve İngiltere’dir. Sanayi bakımından gelişmiş olan bu ülkeler Tungsten’i genellikle takım çeliklerinde alaşım elementi olarak kullanmaktadır. Çünkü volfram, en fazla takım çeliklerinde kullanılmaktadır.

Günümüzdeki kullanım oranı baz alındığında, Dünya’daki volfram ihtiyacını 50 yıl karşılayacak tungsten rezervi Dünya’da bulunmaktadır. Yıllık tungsten üretimi yaklaşık olarak 50.000 ton olarak belirlenmiştir.

Konu ile ilgili Wikipedia makalesi için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz.

  

Yorum Yaz