텅스텐에 대한 5가지 흥미로운 사실: 이름, 녹는점 등

이름부터 녹는점까지, 텅스텐이 독특한 이유

Metal Cutting이 순수 텅스텐을 공급하고 이 놀라운 재료로 금속 부품을 제조한 오랜 역사 덕분에, 우리는 이 원소, 그 특성, 그리고 할 수 있는 일에 특별한 애정을 갖게 됐습니다.

그냥 재미로 텅스텐에 대한 더 흥미롭고 때론 호기심을 자극하는 사실 몇 가지를 살펴보려 합니다.

1. 이름에 담긴 의미?

"텅스텐"이라는 이름의 유래 — 그리고 주기율표에서 원소 기호가 W인 이유 — 는 국제적 퍼즐입니다. 원소 자체는 1783년 두 스페인 화학자, 후안 호세와 파우스토 엘후야르 형제가 볼프라민라이트라는 광물 샘플에서 발견했습니다.

오늘날 세계 많은 나라에서 텅스텐은 광물 볼프라민라이트에서 유래한 게르만어 이름 '볼프람(Wolfram)'으로 불립니다. 그래서 화학 기호 W가 어디서 왔는지 알기 쉽습니다 — 우리처럼 궁금하다면 '파우스토나이트'로 명명되지 않은 이유나 볼프라민라이트의 스페인어 단어가 있는지 의아할 수도 있겠지만요.

그러나 '텅스텐'이라는 이름은 오늘날 미국과 영어, 프랑스어 및 기타 여러 언어에서 사용됩니다. 이 용어는 스웨덴어 텅(tung)과 스텐(sten)에서 왔으며 '무거운 돌'을 의미하고, 텅스텐 광석의 또 다른 공급원인 셀라이트(Scheelite)의 옛 스웨덴 이름입니다.

하지만 아이러니하게도 텅스텐은 스웨덴이나 다른 북유럽 국가에서 원소 이름으로 사용되지 않습니다. 거기서는 게르만어권과 슬라브어권 대부분처럼 볼프람(Wolfram)이나 볼프람(Volfram)을 사용합니다.

텅스텐/볼프람/볼프람은 여전히 주로 볼프라민라이트와 셀라이트에서 추출됩니다. 순수 형태의 모든 금속 중 텅스텐은:

• 가장 높은 녹는점(6192°F, 3422°C)
• 최저 증기압(3000°F, 1650°C 이상에서)
• 가장 높은 인장 강도

이러한 특성 범위 덕분에 텅스텐은 고속 절삭 공구, 제트 터빈 엔진, 탄약, 조명, 심지어 낚시 추까지 전 세계 많은 산업과 제품에 사용됩니다.

2. 텅스텐 와이어 직경은 밀리그램으로 표현됩니다.

사람들이 텅스텐 직경을 14.7mg, 3.05mg, 246.7mg 등으로 설명하는 걸 들을 수 있습니다.

옛날에 매우 얇은 와이어 — 직경 .001" ~ .020" — 를 정확히 측정할 도구가 없어서, 관례적으로 200mm(약 8") 텅스텐 와이어를 취해 무게를 재고 수학 공식에 대입해 직경을 결정했습니다.

단위 길이당 무게로 텅스텐 와이어 직경(D)을 계산하는 공식은:

D = 0.71746 × √(mg 무게 / 200mm 길이)

표준 직경 공차는 무게 측정의 ±3%이며, 와이어 제품 응용 분야에 따라 더 엄격한 공차도 가능합니다. 이 방식은 와이어가 직경 변화, 네킹, 원추 효과 없이 일정한 직경을 가진다고 가정합니다.

3. 대부분의 텅스텐 와이어는 도핑돼 나옵니다 — 필요하지 않아도요!

다시 옛날로 거슬러 올라갑니다 — 구체적으로 텅스텐 와이어의 주 용도가 전구 필라멘트였던 시절입니다. 문제는 전구가 백열 온도를 내뿜어 초기 필라멘트가 처지게 해 램프 고장을 일으켰다는 겁니다.

실험을 통해 알루미나, 실리콘, 칼륨을 추가해 텅스텐 와이어 기계적 특성을 변경하는 아이디어가 발전했습니다. 도펀트는 분말 혼합 단계에서 추가됐습니다.

흥미롭게도 텅스텐 와이어 열간 스웨징과 열간 인발 공정에서 알루미나와 실리콘은 아웃개싱되고 칼륨은 남습니다. 이 원소가 백열 온도에서 와이어에 비처짐 특성을 줬습니다.

텅스텐 와이어 제조의 분말 혼합 단계에서 이 도펀트를 추가하는 관행은 전구 필라멌트 외 다른 중요한 용도가 없던 시절로 거슬러 올라갑니다. 오늘날 텅스텐 와이어에 다른 많은 용도가 있고 백열 전구가 과거의 것이 되어가지만, 텅스텐 와이어 제조에서 도펀트 사용은 계속됩니다.

하지만 Metal Cutting은 99.999% 순수 비도핑 텅스텐 와이어도 제공합니다, 원하신다면!

4. 텅스텐과 텅스텐 카바이드는 상호 교환할 수 없습니다.

텅스텐 카바이드는 내마모성으로 유명합니다. 사실 다이아몬드 공구로만 절단할 수 있습니다. 하지만 텅스텐 카바이드에 텅스텐이 많이 들어있긴 해도, 바인더로 코발트를 흔히 추가해 시멘티드 카바이드가 되며 순수 텅스텐과 매우 다른 특성을 줍니다.

(바인더리스 카바이드도 있어 화학적 저항성 이점이 있지만, 그건 다른 블로그 주제입니다.)

순수 텅스텐은 많은 유용한 특성이 있지만, 악명 높게 가공하기 어려운 것으로도 알려져 있습니다. 다이아몬드 공구를 쓰려 하면 순수 텅스텐이 다이아몬드 휠을 단순히 로딩시키거나 '끈적거리게' 만듭니다.

Metal Cutting은 순수 텅스텐 절단에 매우 효과적인 방법을 전문으로 하지만, 흥미롭게도 같은 방법은 텅스텐 카바이드 절단엔 쓸모없습니다. 예를 들어 고객이 텅스텐 튜브를 가지고 있거나 원한다고 말할 수 있지만, 추가 조사해보면 실제로는 튜브 형태의 텅스텐 카바이드를 가지고 있거나 필요로 할 수 있습니다.

순수 텅스텐은 총 드릴링 최종 크기 외에는 튜브로 만들 수 없습니다 — 그것도 부품이 유리한 길이 대 ID 비율을 가진다고 가정할 때. 또한 고객이 돈이 많고 이 힘들게 생산된 부품을 많이 원하지 않는다고 가정할 때도요.

반면 텅스텐 카바이드는 관형으로 프레싱과 소결이 가능하지만, 그 또한 저렴하거나 대량 생산 공정은 아닙니다. 그리고 다른 금속과 달리 텅스텐도 텅스텐 카바이드도 튜브로 인발할 수 없습니다.

5. 텅스텐의 높은 녹는점이 액체 텅스텐 얻기를 어렵게 만듭니다.

사람들은 액체 텅스텐을 가질 수 있는지 묻곤 하는데, 답은 … 글쎄요, 복잡합니다. 알려진 모든 금속 중 가장 높은 녹는점인 6192°F를 가지니 텅스텐을 녹이는 건 당연히 매우 어렵습니다.

이론적으로 충분한 열을 가하면 무엇이든 녹일 수 있습니다. 하지만 상업적 목적으로 텅스텐의 높은 녹는점은 액체 텅스텐을 사실상 불가능한 제안으로 만듭니다.

문제는 단순히, 대량의 액체 텅스텐을 담을 용기가 무엇이냐는 겁니다. 실용적으로 시도해볼 만한 건 텅스텐의 높은 온도에 녹아버릴 겁니다.

그래서 텅스텐은 분말 야금으로 비액체 상태에서 제조됩니다. 상업적으로 텅스텐 제품 — 순수 텅스텐부터 가능한 몇 가지 합금(중합금, 구리 텅스텐, 은 텅스텐)까지 — 은 프레싱과 소결로 근사 형상으로 만들어집니다.

단조 제품의 경우 프레싱과 소결 후 스웨징과 반복 인발 및 어닐링이 따릅니다. 이는 완제품으로 이어지는 특성적인 신장 결정립 구조를 만듭니다. 큰 로드든 매우 얇은 와이어든 말이죠.

텅스텐보다 높은 녹는점을 가진 유일한 알려진 원소는 탄소로, 6422°F(3550°C)입니다. 하지만 고온에서 둘이 반응해 텅스텐 카바이드를 형성하므로 탄소조차 액체 텅스텐을 담는 데 쓸 수 없습니다.

실험적으로 초전도 구리 도가니를 사용해 열이 도가니 표면에서 빠져나가게 해 도가니가 온전하게 유지되도록 하여 액체 텅스텐을 생산한 적은 있습니다. 하지만 다시 말하지만 상업적 볼륨에는 비현실적입니다.

이는 생산된 모든 텅스텐 제품이 액체 상태였던 적이 없음을 의미합니다. 야금학적으로 이는 이후 모든 것에 결정적으로 중요합니다.

사실 1-5가 어떻게 합쳐지는가?

이 모든 독특하고 흥미로운 특성으로 텅스텐은 내열 금속 중 가장 널리 사용되는 금속 중 하나입니다. (아니요, 정치적 이유로 텅스텐이 헤드라인을 장식하는 희토류 원소들과 묶이긴 하지만 희토류 원소는 아닙니다 — 그건 또 다른 주제입니다.)

1967년부터 특수 텅스텐 와이어와 로드 제품을 공급해온 회사이자, Nippon Tungsten Co., Ltd.의 북미 독점 유통업체로서 Metal Cutting Corporation은 귀사 응용 분야의 텅스텐 미스터리를 풀어드릴 수 있습니다.

그냥 전화 주세요. 또는 텅스텐 와이어나 기타 정밀 금속 가공 필요에 대한 팁은 텅스텐 와이어 특성 및 응용 분야 무료 가이드를 다운로드하세요.