Sidang Tugas Akhir Sintesis MMCs Cu/Al2O3 Melalui Proses Metalurgi Serbuk dengan Variasi Fraksi Volum Al2O3 dan Temperatur Sintering Dosen Pembimbing : Dr. Widyastuti, S.Si, M.Si Ir. Rochman Rochiem, M.Si Oleh :
Arfina Fauziati Ruwaida 2706100054
Latar Belakang Industri pertahanan
70% Cu-30% Zn Kelemahan • Aspek produksi
Korosi retak regang = porositas sulit dikontrol
• Aspek material
Cu-Zn ulet = produk mudah terdeformasi
ALTERNATIF
komposit Cu/Al2O3 dengan proses metalurgi serbuk
Banyak keunggulan Cost effective
Kontrol teliti thd komposisi Memperoleh sifat yang diinginkan Ketahanan aus baik Toleransi ukuran ketat Tingkat terjadinya cacat sangat rendah.
Rumusan Masalah Fraksi volume Al2O3 (2, 4, 6 dan 8%)
Temperatur sintering (600, 700 dan 800⁰ C)
Menghasilkan komposit Cu-Al2O3 dengan modulus elastisitas tertinggi?
Batasan Masalah • Serbuk Cu dan Al2O3 dianggap homogen • Tekanan kompaksi dan waktu tahan sintering konstan. • Pengotor serbuk dianggap tidak ada
Tujuan Penelitian Mengetahui
Fraksi volume Al2O3 (2, 4, 6 dan 8%)
Temperatur sintering (600, 700 dan 8000C)
menghasilkan komposit dengan modulus elastisitas tertinggi
Manfaat Penelitian • Menghasilkan material alternatif sebagai bahan kelongsong peluru • Sebagai referensi penelitian selanjutnya untuk mengembangkan kualitas komposit Cu/ Al2O3 dengan metode metalurgi serbuk
Road map penelitian PROPERTIES OF Cu-Al2O3 POWDER AND COMPACT COMPOSITES OF VARIOUS STARTING PARTICLE SIZE OBTAINED BY HIGH ENERGY MILLING
MECHANOCHEMICAL SYNTESIS OF CU- AL2O3 NANOCOMPOSITES (Hwang, Seung. J. dan Lee, J. H)
(V. Rajković, D. Božić, M. Popović, M. Jovanović) 2009.
SYNTHESIS OF CU-AL2O3 NANO COMPOSITE POWDER (D. W. Lee, G. H. Ha and B. K. Kim) 2000
Cu
SINTESIS MMCS Cu/AL2O3 MELALUI PROSES METALURGI SERBUK DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUM AL2O3 DAN TEMPERATUR SINTERING
PENGARUH PERUBAHAN FRAKSI VOLUM ZN DAN KECEPATAN ROTASI TERHADAP EVOLUSI PERUBAHAN MIKROSTRUKTUR PADUAN Cu Zn PADA MECHANICAL ALLOYING
SYNTHESIS AND SINTERING OF Cu-Al2O3 NANOCOMPOSITE POWDERS PRODUCED BY A THERMOCHEMICAL ROUTE
(Hendi Setiawan) 2010
(Z. ANĐIĆ, M. KORAĆ, M. TASIĆ1, Ž. KAMBEROVIĆ, K. RAIĆ)
PENGARUH PERUBAHAN FRAKSI VOLUM ZN DAN WAKTU PADA MECHANICAL ALLOYING TERHADAP PROSES PEMADUAN Cu-Zn (Rahmatilah Isra) 2010
SINTESIS MMCS Cu-AL2O3 MELALUI PROSES METALURGI SERBUK DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUME AL2O3 DAN GAYA TEKAN KOMPAKSI SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN KELONGSONG PELURU (Rike Kartika Sari) 2010
Jurnal dan penelitian sebelumnya SINTESIS MMCS Cu-AL2O3 MELALUI PROSES METALURGI SERBUK DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUME AL2O3 DAN GAYA TEKAN KOMPAKSI SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN KELONGSONG PELURU (Rike Kartika Sari) 2010
•Fraksi Volum 10% Al2O3 dan gaya tekan kompaksi F = 20kN menghasilkan nilai modulus elastisitas paling tinggi yaitu 163900 Mpa. •Gaya tekan kompaksi F = 20 KN dengan fraksi Volum 10% Al2O3 menghasilkan nilai modulus elastisitas paling tinggi •Fraksi volum penguat 10% Al2O3 memperlihatkan distribusi Al2O3 yang homogen dalam matrik Cu •Fraksi volum penguat berbanding terbalik dengan nilai modulus elastisitas dimana semakin tinggi fraksi volum penguat Al2O3 nilai modulus elastisitas komposit Cu/ Al2O3 semakin menurun
PROPERTIES OF Cu-Al2O3 POWDER AND COMPACT COMPOSITES OF VARIOUS STARTING PARTICLE SIZE OBTAINED BY HIGH ENERGY MILLING (V. Rajković, D. Božić, M. Popović, M. Jovanović) 2009.
• CuAl 2% ; CuAl2O3 4% ; Cu*Al2O3 4% • Milling -> treated in hydrogen (at 400C, 1h) -> compaction by argon atmosphere (at 800 C, 1&5h, F=35 MPa) • Hasil : microhardness paling rendah = CuAl2O3 4% sebesar 1730 Mpa
SYNTHESIS OF CU-AL2O3 NANO COMPOSITE POWDER (D. W. Lee, G. H. Ha and B. K. Kim) 2000
• Cu-Al2O3 nano composite powders were developed by thermochemical process • Preparing Cu-Nitrate (Cu(NO3)23H2O) and Al-Nitrate (Al(NO3)39H2O -> spray drying -> heat treatment (850 C, 30min) -> reduction heat treatment (150&2000C, 0.5-1h) ->SEM & XRD • Hasil : Finally the optimum condition of powder preparation was set as follows: heat treatment of spray-dried powder in air atmosphere at 850°C for 30 min to prepare oxide powder consisting of CuO and γAl2O3 particles with hydrogen reduction of copper oxide at 200°C for 30 min.
SYNTHESIS AND SINTERING OF Cu-Al2O3 NANOCOMPOSITE POWDERS PRODUCED BY A THERMOCHEMICAL ROUTE (Z. ANĐID, M. KORAD, M. TASID1, Ž. KAMBEROVID, K. RAID)
After characterization of powders : •Compacting pressure of 500 MPa •Sintering 800 and 900oC, for 30, 60, 90 and 120 minutes. •SEM
Hasil : CuAl2O3 3% CuAl2O3 5%
Result Average density, ΔV/Vo, specific electric resistance and hardness for sintered samples of Cu-Al2O3 with different alumina content.
• At temperatures higher than 900ºC, e.g. 1000ºC sintered plates were distorted with presence of molten phase. Due to small size of Cu-Al2O3 nanopowders, their maximum temperature of sintering is 900ºC. • With Al2O3 content increasing, duration of the sintering process is increased. • The sintering temperature increasing, duration of the sintering process is shortened • Hardness will increase with Al2O3 content increasing, for the same temperature and sintering time.
Tinjauan pustaka
Komposit
Dua material atau lebih
DISATUKAN
sifat mekanisnya merupakan gabungan dari komponen penyusunnya
Matriks
&
• Matriks memiliki karakteristik lunak, ulet, berat persatuan volume yang rendah dengan modulus elastisitas yang rendah. • Matriks harus memiliki kemampuan mengikat dan atau memberikan ikatan antar muka (interface bonding) yang kuat antara matriks dan penguat-nya.
Reinforce • Penguat berperan sebagai efek penguatan terhadap komposit. • Penguat ini bersifat kurang ulet, tetapi rigid dan lebih kuat, karena modulus elastisitasnya lebih tinggi daripada matriks.
Cu sebagai matriks
; Al2O3 sebagai reinforce
Propertis Tembaga yaitu:
Propertis dari Alumina yaitu:
Lambang kimia : Cu Nomor atom : 29 massa atom relatif : 63.546 g/mol Struktur kristal : FCC Ukuran : 63m Titik lebur : 1084.62 °C tidik didih : 2562 °C Massa Jenis : 8,9 g/cm³ Yield Strength : 50,54 MPa. Modulus elastisitas : 110.000 Mpa (15 x 106)
Lambang kimia : Al2O3 Massa Jenis : 3,90 gr/cm³ Modulus elastisitas : 350.000 Mpa (50 x 106 Psi) Titik lebur : 1700 °C Yield Strength : 70 MPa Ukuran : 0.063 mm
Metalurgi Serbuk • Proses pembentukan logam dengan mixing, kemudian kompaksi serbuk logam dan dilanjutkan dengan sintering (pemanasan, sehingga tercipta material yang memiliki sifat kedua penyusunnya).
Kekurangannya • Sulit mendapatkan produk homogen dengan kepadatan merata • Dimensi sulit tidak memungkinkan, karena delama penekanan, serbuk logam tidak mampu mengalir ke ruang cetakan • Kemurnian kurang • Korosi, serbuk peka terhadap oksidasi, karna memiliki porositas
Mixing Merupakan tahap pencampuran serbuk 2 proses pencampuran : a. Pencampuran kering : dilakukan tanpa menggunakan pelarut untuk membantu, dilakukan di udara terbuka b. Proses basah : digunakan pada bahan (matriks dan filler) yang mudah mengalami oksidasi, sehingga ditambahkan pelarut polar, agar homogen
Kompaksi •
Memadatkan sebuk menjadi yang diinginkan, agar serbuk menempel satu sama lain sebelum di tingkatkan ikatannya dgn sintering
Tahap perilaku serbuk : 1. Saat penekanan, serbuk mengalami penyesuaian letak dan belum terjadi deformasi 2. Serbuk mengalami deformasi elastis (jika tekanan di hilangkan maka serbuk masih kembali kebentuk semula). Ikatan ini ditimbulkan oleh gaya kohesi dari serbuk tanpa pengaruh panas. 3. Serbuk mengalami deformasi plastik, dimana butir akan saling mengunci (mechanical interlocking). 4. Penghancuran butir
• Terikatnya serbuk terjadi akibat proses kompaksi dengan adanya gaya adhesi - kohesi melalui tiga cara utama, yaitu: 1. Interlocking antar permukaan, yaitu terjadi ikatan akibat kekasaran permukaan serbuk. 2. Gaya elektrostatik, merupakan gaya tarik menarik yang diakibatkan adanya perbedaan muatan pada jarak tertentu. 3. Gaya Van der walls, merupakan ikatan yang terjadi karena adanya fluktuasi dipol antara dua atom yang bermuatan.
Sintering • Proses pemanasan pada kondisi vakum, sehingga diperoleh partikel- partikel yang bergabung • Proses sintering didahului dengan presinter dengan pemanasan 1/3 dari titik leleh
TAHAPAN SINTERING
Tahap 1. Necking, Luasan antar muka meningkat, Densifikasi hingga 60-65%
Tahap 3. Mengalami penyusutan, porositas berkurang hilang 5%-hilang
Tahap 2. porositas menurun, Grain growth terjadi, Densifikasi hingga 90%
METODOLOGI PENELITIAN Bahan :
• • • •
Serbuk Cu Serbuk Al2O3 Alkohol sebagai pelarut polar Serbuk zink stearat
Alat 1. Mortar untuk wadah dalam proses pencampuran 2. Beker glass dan gelas ukur 3. Magnetic stirrer untuk pencampuran serbuk 4. Timbangan digital untuk menimbang massa serbuk 5. Dies berdiameter 14 mm dengan tinggi 14 mm 6. SEM/ EDAX 7. X-Ray diffraction (X-RD) untuk pengujian fasa 8. Alat kompaksi 9. Compression testing machine
Start
Serbuk Cu penimbangan fraksi volum
Serbuk Al203 penimbangan fraksi volum
Pencampuran Basah Cu- Al2O3 + alkohol Vf Al2O3 2, 4, 6 dan 8 %.
Diagram Alir Penelitian
Kompaksi Dingin F = 20 KN
Sintering Presinter 300oC, 1 jam Sintering 600, 700 dan 800 oC selama 6 jam
Pengujian Identifikasi Fasa (X-ray Diffraction)
Pengujian Mikrostruktur ( SEM/EDX)
Analisa data dan pembahasan
Kesimpulan
End
Pengujian Modulus Elastisitas (Uji Tekan)
Metode Penelitian • • • •
Preparasi Sampel Proses Mixing Proses Kompaksi Proses Sintering
Preparasi Sampel • Chawla, K. Krishan. (1987) menyatakan fraksi volume, fraksi berat, modulus elastisitas komposit dapat dinyatakan dalam persamaan • ; mm Vm . m .vc m f V f . f .vc Vm = Vf = Vc = mf = mm = mc =
Fraksi volume matrik Fraksi volume pemguat Fraksi volume komposit massa penguat Al2O3 (gr) massa matrik Cu (gr) massa composit (gr)
