TUNGSTEN KARBIDA DAN APLIKASINYA DALAM INDUSTRI

TUNGSTEN KARBIDA dengan rumus kimia WC adalah suatu senyawa kimia anorganik (terutama, karbida) mengandung bagian yang sama dari atom tungsten dan atom karbon. Dalam bentuknya yang sangat basa, tungsten karbida adalah serbuk abu-abu yang halus, tetapi tungsten karbida dapat ditekan dan ditempa menjadi bentuk-bentuk yang dapat digunakan dalam industri permesinan, alat pemotong, gerinda, dll, serta perhiasan.

Tungsten karbida hampir dua kali lebih kaku dibandingkan baja, dengan modulus Young hampir 550 GPa, dan jauh lebih padat dibandingkan baja atau  titanium. Tungsten karbida dapat dibandingkan dengan kekerasan korundum (α-Al2O3) atau safir/berlian dan hanya dapat dipolis dan diselesaikan dengan gerinda super keras seperti boron nitrida kubus dan permata, dalam bentuk serbuk, dan senyawa.

Adapun sifat-sifat tungsten karbida adalah:

  • Rumus molekul: WC
  • Berat molekul: 195,851 gr/mol
  • Penampilan: Zat padat abu-abu-hitam berkilau
  • Densitas: 15,63 gr/cm3
  • Titik lebur: 2870 °C (5200 °F; 3140 K)
  • Titik didih: 6000 °C (10830 °F; 6270 K)
  • Kelarutan dalam air: Tidak larut
  • Struktur kristal: Heksagonal, hP2
  • Gugus ruang: P6m2, No. 187
  • Klasifikasi Uni Eropa: Tidak terdaftar
  • Senyawa terkait (anion): Tungsten borida dan Tungsten nitrida.

PENAMAAN

Secara historis mengacu pada Wolfram (Wolf Rahm, bijih wolframite yang ditemukan oleh Peter Woulfe yang kemudian dikarburisasi dan disementasi dengan menciptakan pengikat komposit yang kini disebut “Sementasi Tungsten Karbida”.

Dengan bahasa sehari-hari di antara pekerja dalam berbagai industri (seperti permesinan dan pertukangan), tungsten karbida sering disebut karbida (tanpa terlalu berbeda dari karbida-karbida lain) terlepas dari pengunaan yang tidak tepat. Di antara nyanyian masyarakat, popularitas yang tumbuh dari cincin tungsten karbida telah menyebabkan beberapa konsumen menjuluki benda ini tungsten saja, terlepas dari penggunaannya yang tidak tepat.

SINTESIS

WC dapat dibuat melalui reaksi logam tungsten dan karbon pada suhu 1400–2000 °C. Cara lain mencakup satu proses fluid bed suhu rendah yang dipatenkan yang bereaksi baik dengan  logam tungsten atau campuran WO3 biru dengan CO/CO2 dan H2 antara suhu 900 dan 1200 °C.

WC dapat juga diproduksi dengan memanaskan WO3 dengangrafit: secara langsung pada suhu 900 °C atau dalam hidrogen pada suhu 670 °C selanjutnya melalui karburisasi dalam Ar pada  1000 °C. Metoda deposisi uap kimia yang telah diselidiki mencakup:

  • Mereaksikan tungsten heksaklorida dengan hidrogen (sebagai zat pereduksi) dan metana (sebagai sumber karbon) pada  suhu 670 °C (1.238 °F)

WCl6 + H2 + CH4 → WC + 6 HCl

  • Mereaksikan tungsten heksafluorida dengan hidrogen (sebagai zat pereduksi) dan metanol (sebagai sumber karbon) pada suhu 350 °C (662 °F)

WF6 + 2 H2 + CH3OH → WC + 6 HF + H2O

SIFAT KIMIA

Ada dua senyawa bercirikan baik dari tungsten dan karbon,  WC dan tungsten semikarbida, W2C. Kedua senyawa mungkin terdapat dalam pelapis dan perbandingannya dapat bergantung pada metoda pelapisannya.

Pada suhu tinggi WC terurai menjadi tungsten dan karbon dan ini dapat terjadi selama penyemprotan termal pada suhu-tinggi, misalnya, dengan cara bahan bakar oksigen kecepatan tinggi (HVOF) dan  metoda plasma energi tinggi (HEP).

Oksidasi WC dimulai pada suhu 500–600 °C (932-1112˚F). WC tahan terhadap asam dan hanya diserang oleh campuran asam hidro fluorida-asam nitrat (HF-HNO3) di atas suhu kamar. WC bereaksi dengan gas fluorida pada suhu kamar dan klor di atas suhu 400 °C (752 °F) dan tidak reaktif terhadap H2 kering sampai titik lelehnya. WC mudah larut dalam hidrogen peroksida encer.

SIFAT FISIKA

Tungsten karbida memiliki titik lebur tinggi pada suhu  2870 °C (5200 °F), titik didih 6000 °C (10830 °F) ketika di bawah tekanan yang setara dengan 1 atmosfir standar (100 kPa), konduktivitas termal 84,02 W·m−1·K−1, dan koefisien ekspansi termal 5,8 µm·m−1·K−1.

Tungsten karbida sangat keras, peringkat ~9 pada skala Hohs, dan dengan bilangan Vickers 1700–2400. Tungsten karbida memiliki modulus Young sekitar 550 GPa, modulus curah 439 GPa, dan modulus Shear 270 GPa. Tungsten karbida memiliki  kekuatan regangan 344,8 MPa.

Kecepatan gelombang longitudinal (kecepatan suara) melalui batang tipis tungsten karbida adalah 6220 m/det.

Dengan tahanan listrik yang rendah (~2×10−7 Ohm·m), tahanan tungsten karbida dapat dibandingkan dengan tahanan beberapa logam lain (misalnya vanadium 2×10−7 Ohm·m).

WC mudah basah baik oleh lelehan nikel maupun kobal. Investigasi dari diagram fase dari system W-C-Co yang menunjukkan bahwa WC dan Co membentuk pseudo biner otentik. Diagram fase juga menunjukkan bahwa disebut juga η-karbida dengan komposisi (W,Co)6C yang dapat terbentuk dan kenyataan bahwa fase ini adalah rapuh adalah alasan mengapa kontrol kandungan karbon dalam logam keras WC-Co adalah penting.

STRUKTUR

Ada dua bentuk WC, bentuk heksagonal, α-WC (hP2, gugus ruang P6m2, No. 187), dan kubus bentuk suhu-tinggi,β-WC, yang mempunyai struktur garam batuan. Bentuk heksagonal dapat divisualisasi sebagai yang terbentuk dari kisi heksagonal sederhana dari atom-atom logam dari lapisan yang terletak secara langsung pada lapisan lainnya (tidak dikemas dengan rapat), dengan atom-atom karbon yang mengisi separuh  celahyang memberikan baik tungsten maupun karbon sebuah trigonal prismatik biasa, 6 koordinasi.

Dari dimensi unit sel panjang ikatan berikut dapat ditentukan; jarak antara atom tungsten dalam suatu lapisan yang dikemas secara heksagonal adalah 291 pm, jarak terdekat antara atom-atom tungsten dalam lapisan yang berdampingan adalahadalah 284 pm, dan panjang ikatan tungsten-karbon adalah  220 pm. Oleh karena itu, panjang ikatan tungsten-karbon dapat diperbandingkan dengan ikatan tunggalnya dalam W(CH3)6 (218 pm) dalam mana ada koordinasi trigonal prismatik terdistorsi kuat dari tungsten.

Molekul WC telah diselidiki dan spesies fase gas ini memiliki panjang ikatan 171 pm untuk 184W12C.

Alat pemotong tungsten karbida yang disinterisasi sangat tahan terhadap penggerusan (gerinda) dan dapat juga tahan suhu lebih tinggi dibandingkan alat baja kecepatan tinggi. Permukaan pemotong karbida sering digunakan untuk permesinan melalui bahan-bahan seperti baja karbon atau baja tahan karat, serta dalam situasi di mana alat-alat lain akan aus, seperti produksi kuantitas tinggi yang berjalan.

Karena alat-alat karbida mempertahankan tepi pemotong yang tajamnya lebih baik dari alat lain, maka secara umum alat ini menghasilkan pada bagian akhir lebih baik, dan ketahanan suhu mereka memungkin mesin lebih cepat. Bahan ini biasanya disebut semen karbida, logam keras atau tungsten-karbida kobal: ini adalah komposit matriks logam di mana partikel tungsten karbida adalah agregat dan logam kobal berfungsi sebagai matriks. Produsen menggunakan tungsten karbida sebagai bahan utama dalam beberapa mata bor berkecepatan tinggi, karena dapat menahan suhu tinggi dan sangat keras.

Amunisi

Tungsten karbida sering digunakan  sering digunakan dalamamunisi penembus-baja, terutama di manauraniumtidak tersedia atausecara politistidak dapat diterima.Proyektil W2C pertama kali digunakan oleh skuadron tank-pemburu JermanLuftwaffe  dalam Perang DuniaII. Karenacadangan tungstenJermanterbatas, bahan W2Cdisediakanuntuk membuatperalatan mesin dansejumlah kecilproyektil. Ini adalahpenetratorefektifkarena kombinasikekerasanbesar dankepadatanyang sangat tinggi.

Amunisi tungstenkarbidadapat darijenissabot(panah besar dikelilingi olehdorongansilinder yang diabaikan) atauamunisidi bawah kaliber, di manatembaga ataubahan yang relatiflunak lainnyadigunakanuntuk membungkusintimenembus bahankeras, dua bagianyang dipisahkanhanyapada dampak. Yang terakhir inilebih sering terjadi padasenjatakaliber kecil, sementarasabotbiasanya disediakan untukpenggunaansenjata tank.

Nuklir

Tungsten karbida juga merupakan pemantul netron yang efektif dan hal itu digunakan selama investigasi awal pada reaksi-reaksi berantai nuklir, terutama untuk senjata. Satu peristiwa kritis terjadi pada Los Alamos National Laboratory pada 21 Agustus 1945 ketika Harry K. Daghlian, Jr. sengaja menjatuhkanbatu batatungsten karbidakebolaplutonium, yang menyebabkanmassasubkritismenjadisuperkritisdenganneutronyang dipantulkan.

Olah Raga

Karbida keras, terutama tungstenkarbida,digunakan oleh para atlet, umumnya pada tiang-tiang yang menyerang permukaan keras. Trekking pole, yang digunakan oleh banyak pejalan kaki untuk keseimbangan dan mengurangi tekanan pada sendikaki,umumnya menggunakan ujung karbida  untuk  ditempatkan pada permukaan keras (seperti batu); ujung karbida tahan lebih lama daripada jenis ujung lain.

Sedangkan ujung tongkat ski (ski pole) umumnya tidak terbuat dari karbida, karena tongkat tersebut tidak membutuhkan kekerasan khusus meskipun biasanya pecah akibat lapisan es, ujung gelinding ski (rollerski). Roller ski mengemulasi ski lintas alam dan digunakan oleh banyak pemain ski untuk melatih selama bulan-bulan cuaca hangat.

Paku tajam karbida berujung (dikenal sebagai kancing) dapat dimasukkan ke dalam trek drive mobil salju. Kancing ini meningkatkan traksi pada permukaan es. Segmen berbentuk v-lebih panjang masuk ke dalam batang beralur disebut wear roddi bawah setiap mobil salju ski. Tepi karbida yang relatif tajam  meningkatkan kemudi pada permukaan es yang lebih keras. Ujung  dan segmenkarbida mengurangi keausan ketika mobil salju harus menyeberang jalan dan permukaan kasar lainnya.

Beberapa produsen ban menawarkan ban sepeda dengan kancing tungsten karbida untuk traksi yang lebih baik di atas es. Biasanya ini lebih disukai stud baja karena ketahanan mereka ungguldalam pemakaian.

Tungsten karbida dapat digunakan dapat digunakan dalam pekerjaan tempa, pembuatan ladam/sepatu kuda, untuk meningkatkan traksi pada permukaan licin seperti jalan atau es. Kuku berujung-karbida dapat digunakan untuk dilampirkanpada sepatu kuda, atau alternatif borium, tungsten karbida sebagai matriks logam lembut, dapat dilas ke daerah-daerah kecil bagian bawah sepatu sebelum dipasangkan.

Alat Bedah

Tungsten karbida juga digunakan untuk membuat alat-alat bedah untuk operasi terbuka (gunting, tang, hemostat, pisau-menangani, dll) dan operasi laparoskopi (grasper, gunting / pemotong, pemegang jarum, kauterisasi, dll). Alat-alat ini jauh lebih mahal daripada yang terbuat dari baja tahan karat dan memerlukan penanganan halus, tetapi memberikan kinerja yang lebih baik.

Perhiasan

Tungsten karbida, biasanya dalam bentuk semen karbida (partikel karbida yang ditangani bersama-sama dengan suatu logam), telah menjadi suatu bahan yang populer dalam industri perhiasan pengantin karena sangat keras dan sangat tahan terhadap goresan. Bahkan dengan resistensi dampak tinggi, kekerasan yang ekstrim ini juga berarti bahwa kadang-kadang dapat hancur dalam keadaan tertentu. Tungsten karbida kira-kira 10 kali lebih keras dari emas 18k. Selain desain dan memoles yang tinggi, bagian dari daya tarik bagi konsumen adalah sifat teknisnya.

Lain-lain

Tungsten karbida digunakan secara luas untuk membuat bola berputar di ujung pena ballpoint dan pena bollpointbergulir lain yang menyebarkan tinta selama menulis.

Tungsten karbidae adalah bahan biasa yang digunakan dalam pembuatan  balok pengukur (gauge block), yang digunakan sebagai satu sistem untuk memproduksi presisi panjang dalam metrologi dimensi.

Gitaris Inggris Martin Simpson diketahui menggunakan slide gitar yang biasa terbuat dari tungsten karbida. Kekerasan, berat, dan kepadatan slide memberikan daya tahan luar biasa dan volume dibandingkan denganslide kaca, baja, keramik, kuningan  standar.

WC telah diselidiki untuk penggunaannya yang potensial sebagai katalis dan telah ditemukan menyerupai platinum dalam katalisis yang memproduksi air dari hidrogen dan oksigen pada suhu kamar, reduksi tungsten trioksida oleh hidrogen dengan adanya air, dan isomerisasi dari 2,2-dimetilpropana menjadi  2-metilbutana. Ini telah diusulkan sebagai pengganti katalis iridium sebagai pendorong satelit bertenaga-hidrazin.

 KERACUNAN

Resiko utama terhadap kesehatan dikaitkan dengan karbida yang berhubungan dengan menghirup debu, yang menyebabkan fibrosis. Kobal-Tungsten Karbida juga layak diantisipasi sebagai karsinogen terhadap manusia oleh National Toxicology Program.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s