Analisa Pengaruh Variasi (% Berat) Magnesium Dan Variasi Temperatur Oksidasi Pada Proses Electroless Plating Abu Dasar Batubara Terhadap Densitas Dan Porositas Bahan Propeller Dari Komposit Aluminium – Abu Dasar Batu Batubara (Harjo Seputro Dan Budi Prasetio)
ANALISA PENGARUH VARIASI (% BERAT) MAGNESIUM DAN VARIASI TEMPERATUR OKSIDASI PADA PROSES ELECTROLESS PLATING ABU DASAR BATUBARA TERHADAP DENSITAS DAN POROSITAS BAHAN PROPELLER DARI KOMPOSIT ALUMINIUM – ABU DASAR BATUBARA Harjo Seputro 1, Budi Prasetio 2 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas 17 Agustus 1945 Surabaya
Abstract The composite is a combination of two or more different materials on condition the bonding surface between the two materials. One type of composites that much attention is metal matrix composites (KML). In this study investigated how the influence of variations of Mg and temperature variations of oxidation on the density and porosity of the composite amplifier undergo a process of electroless plating with variation (% by weight) of magnesium 0,005, 0,010, and 0,015% and variations in temperature oxidation of 100, 200 and 300 0C and at hold for 3 hours, then made composite by Stir Casting casting method. Based on the average chart shows that increasing the value of (% by weight) of magnesium and oxidation temperature 0C the density values further down, This is caused by the imbalance between the weight magnesium particles moistened (coal bottom ash) during the electroless plating process. Based on the results of testing the value of the highest density achieved at a temperature of 3000C to oxidation (wt%) 0.005 Mg is equal to 2.609 gr/cm3. And the value of the lowest density is achieved at a temperature of 2000C to oxidation (wt%) Mg 0,010 is equal to 2.406 g / cm 3. Keywords: composite, electroless plating, stir casting, density-porosity.
1. Pendahuluan Komposit logam, atau dikenal sebagai Komposit Matrik Logam (KML) adalah kombinasi dari dua material atau lebih dimana logam sebagai matrik dan keramik sebagai penguat. Umumnya aluminium dipilih sebagai matrik karena material ini ringan, relatif murah dan mudah difabrikasi. Dengan adanya konsep pengembangan material komposit maka aluminium tersebut dapat dikombinasikan dengan material keramik yang bertujuan untuk mendapatkan sifat fisis dan mekanis yang lebih unggul (Juriah Mulyanti, 2011). Fungsi utama dari penguat atau reinforcement dalam komposit adalah sebagai menerima beban dan mendistribusikan ke bagian matrik yang lain. Jenis penguat dari suatu material komposit sangat berpengaruh pada sifat-sifat material tersebut , selain itu ukuran partikel penguat juga mempengaruhi kekuatan / ketangguhan suatu material komposit, hal ini disebabkan beban yang diterima akan di distribusikan ke seluruh bagian penguat, sehingga semakin kecil ukuran partikel penguat maka jumlah penampang akan menjadi lebih besar karena beban
yang terjadi akan diterima oleh seluruh luas penampang permukaan dari partikel penguat tersebut (Seputro Harjo, 2002). Abu dasar batubara merupakan salah satu material keramik oksida yang tersusun lebih dari 70% Al2O3 , SiO2 dan Fe2O3 yang mempunyai angka kekerasan yang cukup tinggi dan mempunyai titik cair hingga diatas 2000 oC. Permasalahan utama pada pembuatan material komposit yang diperkuat dengan bahan keramik adalah sifat kebasahan (wettability). Maka dari itu untuk meningkatkan kebasahan pada permukaan partikel abu dasar batubara perlu ditambahkan Mg untuk bahan pembasahnya, dengan melalui proses pelapisan serbuk abu dasar batubara menggunakan metode electroless plating dengan bahan pengaktif Mg yang terlarut dalam larutan HNO 3. Di dapat bahwa penguat Al2O3 pada proses electroless plating partikel Al2O3 dengan larutan elektrolit (HNO3+Al+Mg) dapat meningkatkan wettability dari Al2O3 dengan membentuk fasa spinel (MgAl2O4) (Andhika Insan Adiyatma). Penambahan aditif Mg saat proses electroless plating pada partikel penguat abu dasar batubara dapat mempengaruhi densitas dan porositas komposit
43
Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 2, 2015
pada waktu pengecoran. Penelitian yang sudah dilakukan oleh (G.N. Anastasia Sahari, 2009) mengatakan bahwa permasalahan utama dari komposit matrik keramik Al2O3/Al adalah sulitnya aluminium berinfiltrasi ke keramik Al2O3. Hal ini dikarenakan pada permulaan oksidasi dipermukaan aluminium akan terbentuk lapisan tipis yang sangat stabil dan tidak mudah ditembus. Mg ditambahkan karena memiliki reaktifitas yang tinggi dan energi bebas yang kecil untuk terjadinya oksidasi lebih lanjut yang dapat menaikkan penetrasi kapilaritas pada lapisan oksida dan mempermudah terbentuknya interface juga mempengaruhi tegangan permukaan dan menurunkan sudut kontak. 1.1. Tujuan Mengetahui pengaruh variasi (% berat) magnesium dan variasi temperatur oksidasi pada proses electroless plating abu dasar batu bara terhadap densitas dan porositas bahan propeller dari komposit aluminium-abu dasar batubara. 1.2. Ruang Lingkup Pada penelitian ini akan banyak permasalahan yang muncul dan berkembang. Oleh karena itu penulis mengambil batasan masalah pada : - Material yang digunakan komposit aluminium-abu dasar batubara. - Pengujian yang dilakukan Densitas dan Porositas. - Perlakuan panas T6 :535oC waktu 4 jam - Penuaan ageing : 225 oC waktu 5 jam - Variasi temperatur oksida : 100oC, 200oC, 300oC - Variasi magnesium (% berat): 0,005%, 0,010%, 0,015% - Waktu oksida : 3 jam
sampai 3 kali. Selanjutnya masuk ke proses pengeringan, abu dasar batubara dimasukkan kedalam oven dengan suhu 100 0C sampai kering sempurna (3 jam) Setelah perlakuan awal abu dasar batubara selesai dilakukan maka lanjut ke proses electroless plating dengan variasi magnesium (%berat) 0,005% , 0,010%, 0,015% lalu di proses oksidasi dengan variasi temperatur 100OC , 200OC , 300OC dan ditahan selama 3 jam. Selanjutnya setelah abu dasar batu bara yang sudah terelectroless plating, akan dilanjut dengan pembuatan komposit menggunakan metode Stir Casting dengan tahapan yang pertama yaitu mempersiapkan bahan komposit ; abu dasar batubara (C) yang sudah terelectroless plating, silikon oksida (SiO2) dan aluminium-tembaga (Al-Cu), kemudian dilebur menjadi satu di tungku peleburan. Setelah bercampur menjadi satu dan mencair kita menyiapkan terlebih dahulu matras/cetakan batangan untuk spesimen uji, lalu di tuang dalam cetakan tersebut dan di dinginkan sampai suhu kamar. Setelah dilepas dari cetakan lanjut ke proses pemesinan setelah itu di T6, tujuannya adalah untuk memperbaiki atau meningkatkan sifat mekanik dari bahan komposit tersebut, selanjutnya yaitu pengujian densitas dan porositas. Pengujian ini bertujuan untuk melihat nilai dari berat jenis material uji dan nilai daya resap air yang terjadi pada material uji (material komposit) dengan variasi (%berat) magnesium 0,005%, 0,010%, 0,015% dan variasi temperatur oksida 100OC , 200OC, 300OC. Setelah semua bahan selesai diuji, langkah berikutnya adalah analisis data, kemudian mengambil kesimpulan, dan setelah itu hasilnya akan dipublikasikan. 2.1. Diagram Alir Penelitian
2. Metode Penelitian Dalam Penelitian ini pertama-tama adalah mempersiapkan alat dan bahan yaitu komposisi dari bahan komposit yang terdiri dari magnesium (Mg), abu dasar batubara (C), silikon oksida (SiO2), larutan HNO3 65% dan aluminium-tembaga (Al-Cu). Setelah itu, dilakukan pembuatan electroless plating bahan yang akan dilapisi electroless plating yaitu abu dasar batubara dengan tahapan yang pertama adalah mencari abu dasar batubara di PT. SMART. TBK Rungkut Surabaya Selanjutnya, abu dasar batubara diayak dengan ukuran 100 Mesh. Setelah dilakukan pengayakan langkah berikutnya yaitu pembersihan permukaan abu dasar batubara dengan larutan alkohol 97% dengan menggunakan alat magnetic stirrer untuk mengaduk, dan di ulangi pencucian
44
Analisa Pengaruh Variasi (% Berat) Magnesium Dan Variasi Temperatur Oksidasi Pada Proses Electroless Plating Abu Dasar Batubara Terhadap Densitas Dan Porositas Bahan Propeller Dari Komposit Aluminium – Abu Dasar Batu Batubara (Harjo Seputro Dan Budi Prasetio)
A
Mulai
Studi Literatur
Studi Lapangan Permasalahan
Persiapan Bahan dan Alat untuk Pembuatan Electroless Plating dan Komposit
Mengayak Abu Dasar Batubara dengan Ukuran Ayakan 100 Mesh
Proses Electroless Plating yaitu Menambahkan (% berat) Magnesium Untuk Melapisi Partikel Abu Dasar Batubara kedalam Larutan HNO3 pada Konsentrasi 65% dengan variasi Magnesium
0,005%
0,010%
0,015%
Proses Oksidasi dengan Variasi Temperatur 100 oC
200 oC
300 oC
Ditahan Selama 3 jam
Pembersihan Permukaan Abu Dasar Batubara hasil Ayakan 100 mesh dengan larutan alkohol 97%
Pembuatan Komposit dengan Metode Stir Casting
Pengeringan Abu Dasar Batubara memakai alat oven dengan suhu 100oC sampai kering sempurna
Pembuatan 9 Macam Spesimen Uji Batangan Komposit
A
Proses Pemesinan
Perlakuan Panas T6
Pengujian Densitas dan Porositas Komposit Berpenguat Abu Dasar Batubara yang sudah Terelectroless Plating
Analisa Data dan Kesimpulan
B
Publikasi Ilmiah dan Laporan Akhir
Selesai
45
Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 2, 2015
cracking disekitar partikel abu dasar batubara, yang akhirnya akan membentuk cacat porositas.
3. Hasil Dan Pembahasan Dari hasil pengujian densitas dan porositas pada komposit Al-abu dasar batubara ini semua sampel memiliki nilai yang berbeda-beda dikarenakan, ada variasi dari komposisi komposit yaitu (%) berat Magnesium dan temperatur oksidasi pada proses electroless plating. Adapun Hasil lengkap dari pengujian Densitas dan Porositas komposit Al-abu dasar batubara ini dapat dilihat pada tabel 1 dibawah Dari hasil data pengujian Densitas dan perhitungan Porositas pada komposit Al-abu dasar batubara dibuatkan grafik menurut hasil yang didapat dari pengujian ini. Adapun gambar grafik dapat dilihat pada lampiran dibawah ; Pengaruh (%) Berat Mg Terhadap Densitas Komposit Dari gambar 2 grafik rata-rata dibawah (lampiran) bahwa dengan meningkatnya persentase magnesium maka nilai densitasnya semakin menurun. Hal ini disebabkan karena tidak seimbangnya antara berat magnesium dengan partikel yang dibasahi (abu dasar batubara) pada saat proses electroless plating. Akibatnya partikel abu dasar batubara tidak semuanya bisa terlapisi oleh magnesium, hal ini akan mengakibatkan pertumbuhan leburan Al yang tidak bisa sepenuhnya berinfiltrasi kedalam partikel abu dasar batubara. Karena pada waktu proses peleburan sisa partikel abu dasar batubara yang tidak terlapisi oleh Mg akan sulit terinfiltrasi oleh leburan aluminium. Hal ini dikarenakan magnesium termasuk elemen pengaktif, jadi magnesium itu yang pertama kali dalam pembentukan wettabillity. Pengaruh (%)Berat Mg Terhadap Porositas Komposit Dari gambar 4 grafik rata-rata dibawah (lampiran) terlihat bahwa semakin besar nilai berat dari persentase magnesium maka nilai porositasnya semakin naik. Hal ini disebabkan karena pertumbuhan leburan Al (matriks) yang tidak bisa sepenuhnya berinfiltrasi kedalam partikel abu dasar batubara. Karena tidak seimbangnya antara magnesium dengan partikel yang dibasahi, sehingga sisa partikel abu dasar batubara yang tidak terlapisi oleh Mg akan sulit terinfiltrasi oleh leburan aluminium. Hal ini akan mengakibatkan pada waktu proses pemesinan (proses pembubutan) terjadi
Pengaruh Temperatur Oksidasi (0C) Terhadap Densitas Komposit Dari gambar 6 grafik rata-rata dibawah (lampiran) dengan meningkatnya temperatur oksidasi nilai densitasnya semakin menurun. Hal ini disebabkan karena tidak seimbangnya antara berat magnesium dengan partikel yang dibasahi (abu dasar batubara) lebih banyak dari pada magnesium pada saat proses electroless plating, sehingga magnesium tidak memberikan pembasahan yang sempurna terhadap partikel (abu dasar batubara) dan suhu oksidasi tidak memberikan banyak pengaruh terhadap nilai densitas. Karena pada dasarnya semakin tinggi temperatur oksidasi maka partikel abu dasar batubara yang sudah terlapisi oleh magnesium dan larutan HNO3 semakin padat dan merata dan hal ini bisa juga memudahkan pembasahan leburan Al dan berinfiltrasi kedalam ruang-ruang kosong atau berpori pada partikel abu dasar batubara.Tetapi dalam penelitian ini berbanding terbalik, hal ini di sebabkan karena nilai berat dari magnesium terlalu kecil/tidak sebanding antara partikel pembasah dengan partikel yang dibasahi. Sehingga menimbulkan perbedaan nilai densitas yang tidak signifikan. Pengaruh Temperatur Oksidasi (0C) Terhadap Porositas Komposit Dari gambar 8 grafik rata-rata dibawah (lampiran) terlihat bahwa semakin besar temperatur oksidasi maka nilai porositasnya semakin naik. Pernyataan ini sama dengan pernyataan gambar 4.4. diatas, bahwa semakin besar nilai berat dari persentase magnesium maka nilai porositasnya semakin naik. Hal ini disebabkan karena pertumbuhan leburan Al (matriks) yang tidak bisa sepenuhnya berinfiltrasi kedalam partikel abu dasar batubara. Karena tidak seimbangnya antara magnesium dengan partikel yang dibasahi pada saat proses electroless plating, sehingga sisa partikel abu dasar batubara yang tidak terlapisi oleh Mg akan sulit terinfiltrasi oleh leburan aluminium yang pada akhirnya akan membentuk cacat porositas. Dari pengujian ini variasi temperatur oksidasi (0C) tidak memberikan banyak pengaruh terhadap nilai densitas dan porositas, hal ini dikarenakan nilai berat dari magnesium terlalu kecil. Sehingga menimbulkan perbedaan nilai densitas yang tidak signifikan. 4. Kesimpulan Berdasarkan grafik rata-rata pengaruh (%) berat magnesium dan pengaruh temperatur oksidasi (0C) terhadap densitas dan porositas komposit. Semakin meningkatnya persentase magnesium dan
46
Analisa Pengaruh Variasi (% Berat) Magnesium Dan Variasi Temperatur Oksidasi Pada Proses Electroless Plating Abu Dasar Batubara Terhadap Densitas Dan Porositas Bahan Propeller Dari Komposit Aluminium – Abu Dasar Batu Batubara (Harjo Seputro Dan Budi Prasetio)
temperatur oksidasi, maka nilai densitas rata-ratanya semakin menurun, sedangkan nilai porositasnya semakin naik. Hal ini disebabkan karena tidak seimbangnya antara berat magnesium dengan partikel yang dibasahi (abu dasar batubara) pada saat proses electroless plating. Sehingga sisa partikel abu dasar batubara yang tidak terlapisi oleh Mg akan sulit terinfiltrasi oleh leburan aluminium. Untuk nilai densitas tertinggi dicapai pada temperatur oksidasi 3000C dengan (%) berat Mg 0,005 yaitu sebesar 2,609 gr/cm3. Kemudian untuk nilai porositas terendah dicapai pada temperatur oksidasi 3000C dengan (%) berat Mg 0,005% yaitu sebesar 2,73 %. Dari pengujian ini nilai (%) berat dari variasi magnesium dan variasi temperatur oksidasi (0C) tidak memberikan banyak pengaruh terhadap nilai densitas, hal ini dikarenakan nilai berat dari magnesium terlalu kecil. Sehingga menimbulkan perbedaan nilai densitas yang tidak signifikan.
Saran Untuk pengujian penambahan magnesium sangat diperlukan, karena sangat berpengaruh terhadap nilai densitas dan porositas komposit Al-abu dasar batubara. Daftar Pustaka Juriah Mulyanti. 2011, Pengaruh Temperatur Proses Aging Terhadap Karakteristik Material Komposit Logam Al-Sic Hasil Stir Casting. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Janabadra. G.N. Anastasia Sahari, Anne Zulfia, dan Eddy S Siradj. 2009, Pengaruh Mg Terhadap Kekerasan Komposit Matrik Keramik Al2O3/Al. Departemen Metalurgi dan Material Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Depok dan Jurusan Mesin Fakultas Teknik Universitas Kristen Indonesia Paulus (UKIP) Makasar. Anne Zulfia, 2009, Perpaduan Komposit. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. S. Slamet dan Suyitno, 2013, Pengaruh Konsentrasi Cu Terhadap Sifat Mekanis Paduan Al-Cu Pada Proses Pembekuan Searah (UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION). Jurusan Teknik Mesin Universitas Muria Kudus dan Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada. Ramlan, 2010, Karakterisasi Keramik Na2O – Al2O3 Dengan Variasi MgO sebagai Komponen Elektrolit Padat. Jurusan Fisika FMIPA, Universitas Sriwijaya, Sumatra Selatan, Indonesia.
Maman Kartamana, 2010, Fabrikasi Komposit Al/Al2O3 (p) Coated dengan Metode Stir Casting dan Karakteristiknya. Fakultas Teknik Universitas Indonesia. Bambang Sugijono dan Priyo Sarjono. 2001, Pengaruh MgO dan Suhu Sintering Terhadap Mikrostruktur dan Sifat Fisis Keramik Beta Alumina (β" – Al2O3). Erich Umbu Kondi Malimewu, 2012, Struktur Mikro dan Kekuatan Tarik Aluminium Scrap dengan Heat tretment T6 Pada Proses Centrifugal Casting. Jurusan Teknik Mesin , Fakultas Sains dan Teknik. Universitas Nusa Cendana. Kupang. Sanggahaleh Ali and Mohammad Halali, 2009, Effect Of Magnesium Addition On The Wetting Of Alumina by Aluminium. Lutfi Syukron, 2010, Pengaruh Magnesium Terhadap Proses Electroless Pada Partikel Penguat SiC. Departemen Teknik Metalurgi dan Material Universitas Indonesia. Zainuri, M., Eddy S Siradj, Dedi Priadi, Anne Zulfia, dan Darminto. 2008, Pengaruh Pelapisan Permukaan Partikel SiC Dengan Oksida Metal Terhadap Modulus Elastisitas Komposit. Narasimhan. R, 1996, Keuntungan Dari Aluminium Matrix Composite di Bandingkan Material Tanpa Penguat,
Lampiran Tabel 1. Hasil Pengujian Densitas dan Porositas No
1
2
3
4
5
6
Variasi (%) berat Magnesium dan Temperatur Oksidasi Mg = 0,005% Oksidasi = 1000C Mg = 0,005% Oksidasi = 2000C Mg = 0,005% Oksidasi = 3000C Mg = 0,010% Oksidasi = 1000C Mg = 0,010% Oksidasi = 2000C Mg = 0,010% Oksidasi =
Densitas aktual (gr/cm3)
Densitas teoritis (gr/cm3)
Porositas (%)
2,507
2,675
6,27
2,597
2,680
3,09
2,609
2,682
2,73
2,486
2,682
7,28
2,406
2,679
10,21
2,453
2,670
8,12
47
Mekanika Jurnal Teknik Mesin, Volume 1 No. 2, 2015
3000C
8
9
Mg = 0,015% Oksidasi = 1000C Mg = 0,015% Oksidasi = 2000C Mg = 0,015% Oksidasi = 3000C
2,495
2,679
6,87
10
10.21
2,543
2,680
5,11
8
8.12 7.28
2,420
2,681
9,72
Porositas (%)
7
12
2.609
2.6
6.27
2.55
3.09 2.73
2.507
2.45
2.453
2.4
2.406
0.01
0.015
Gambar 3. Grafik pengaruh (%) berat Mg terhadap Porositas komposit
2.495
2.486
0.005
(%) Berat Magnesium
2.543
2.5
5.11
4
0 -8.67E-18
2.597
2.42
rata-rata 10
2.35 -3.12E-17
0.005
0.01
0.015
(%) Berat Magnesium
Porositas (%)
Densitas (gr/cm3)
6.87
6
2
2.65
9.72
Gambar 1. Grafik pengaruh (%) berat Mg terhadap Densitas komposit.
5 0 0
0.005
0.01
0.015
0.02
(%) berat magnesium rata-rata
rata-rata
Gambar 4. Grafik rata-rata pengaruh (%) berat Mg terhadap Porositas komposit
2.56
2.65
2.54 2.52
2.6
2.597
2.55
2.543
2.5 2.48 2.46 2.44 0
0.005
0.01
0.015
0.02
(%) berat magnesium
Densitas (gr/cm3)
densitas (gr/cm3)
2.58
2.507 2.495 2.486
2.5
2.453
2.45
Expon. (rata-rata)
2.4
Gambar 2. Grafik rata-rata pengaruh (%) berat Mg terhadap Densitas komposit
2.35
rata-rata
2.609
2.42
2.406
0
100
200
300
Temperatur Oksidasi
400
(0C)
48
Gambar 5. Grafik pengaruh Temperatur Oksidasi (0C) terhadap Densitas komposit
10
rata-rata
8
rata-rata
Porositas (%)
densitas (gr/cm3)
Analisa Pengaruh Variasi (% Berat) Magnesium Dan Variasi Temperatur Oksidasi Pada Proses Electroless Plating Abu Dasar Batubara Terhadap Densitas Dan Porositas Bahan Propeller Dari Komposit Aluminium – Abu Dasar Batu Batubara (Harjo Seputro Dan Budi Prasetio)
2.58 2.56 2.54 2.52 2.5 2.48 2.46 2.44
6 4 2 0 0
100
200
300
Temperatur Oksidasi 0
100
200
300
400
Temperatur Oksidasi 0C rata-rata
Expon. (rata-rata)
Gambar 6. Grafik rata-rata pengaruh temperatur oksidasi (0C) terhadap Densitas komposit.
400
0C
rata-rata Gambar 8. Grafik rata-rata pengaruh temperatur oksidasi (0C) terhadap Porositas komposit
12 10.21
Porositas (%)
10
9.72 8.12
8
7.28 6.87 6.27
6
5.11 4 3.09
2.73
2 0 0
100
200
300
Temperatur Oksidasi
400
(0C)
Gambar 7. Grafik pengaruh Temperatur Oksidasi (0C) terhadap Densitas komposit
49
