TUNGSTÈNE

Le tungstène métallique

Le tableau 1 donne les valeurs de quelques propriétés physiques. Le tungstène est un métal extrême : il présente parmi les métaux le plus haut point de fusion, une des plus hautes densités et un des plus hauts modules d'élasticité, ainsi que les plus faibles valeurs de chaleur spécifique et de coefficient de dilatation. Sa caractéristique la plus remarquable, qui justifie ses utilisations, est la conservation de sa résistance mécanique et de sa rigidité jusqu'à des températures supérieures à 2 000 ⁰C. La charge de rupture en traction est voisine de 100 N/mm² à 2 000 ⁰C ; elle peut atteindre 300 N/mm² pour certains alliages tels que W-Re ou W-Re-HfC. La résistance au fluage est aussi très élevée. Malgré ces performances remarquables, le tungstène présente deux inconvénients majeurs :

– sa fragilité à température ambiante, surtout à l'état recristallisé ;

– sa réactivité avec l'oxygène de l'air dès 500 ⁰C ; le tungstène et ses alliages ne peuvent être utilisés à haute température que sous vide ou sous gaz protecteur (hydrogène, azote, gaz rares) ; dans le cas contraire, il faut revêtir les pièces d'un dépôt adhérent et stable d'une substance (un siliciure ou une céramique, par exemple).

Par ailleurs, le tungstène présente une stabilité parfaite dans les solutions corrosives (tous les hydroxydes alcalins et tous les acides, sauf le mélange acide nitrique-acide fluorhydrique), dans les verres et les sels fondus, ainsi que dans les métaux liquides jusqu'à 1 000 ⁰C.

Le tungstène est mis en forme à partir d'ébauches frittées, par écrouissage à chaud (entre 1 000 et 1 600 ⁰C). La structure écrouie et fibrée est la plus ductile et la plus résistante mécaniquement. La dureté Vickers à froid est moyenne (∼ 400 HV). Le développement des alliages de tungstène a pour objet d'augmenter la ductilité et d'inhiber le grossissement de grain à haute température. Les alliages les plus connus contiennent soit une dispersion de thorine (1 à 2 p. 100), soit une addition importante de rhénium (10 à 25 p. 100) ou de petites quantités de « dopes » (silicate de potassium et d'aluminium) servant à stabiliser les fils de lampe à incandescence.

Le tungstène, pur ou allié, hautement réfractaire, est utilisé principalement dans les électrodes de tubes électroniques, les anodes de tubes de radiographie, les contacts des rupteurs d'allumage de bougies, les électrodes de soudage sous gaz inerte, les buses de chalumeau à plasma ou les électrodes non consommables de four à arc, les éléments chauffants de four sous vide et, enfin, les cols de tuyère de moteurs-fusées. Par suite du coefficient de dilatation très bas, le tungstène est aussi employé pour la soudure au verre et pour les embases de composants à semiconducteurs.

Il existe aussi des « pseudo-alliages » de tungstène, usinables et ductiles, obtenus par frittage des poudres : d'une part, l'alliage lourd tungstène-nickel-fer employé comme écran absorbant les rayonnement, comme rotor de gyroscope ou comme masse d'équilibrage en aviation ; d'autre part, les matériaux à base de tungstène-cuivre ou de tungstène-argent, servant de contacts électriques de puissance ou d'électrodes d'usinage par électro-érosion.