BAB II DASAR TEORI
2.1
Penelitian Sebelumnya Arthana(2014), meneliti tentang ketahanan aus lapisan ni-cr pada dinding
silinder liner yang juga meneliti melalui proses powder flame spray coating. penelitian ini dikaji pengaruh lapisan Ni-Cr menggunakan Powder flame spray coating terhadap kekerasan dan ketahanan aus dinding silinder liner menggunakan teknik XRF, mikroskop optik, SEM, uji kekerasan dan keausan. Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa silinder liner dari bahan besi tuang kelabu yang dilapisi menggunakan powder Ni-cr dengan powder flame spray coating memiliki kekerasan dan ketahanan aus yang lebih tinggi dibandingkan dengan besi tuang kelabu yang tidak dilapisi. Perbedaan ketebalan lapisan tidak berpengaruh terhadap kekerasan dan ketahanan aus hasil pelapisan dengan teknik powder flame spray coating. Kekasaran hasil coating tinggi, sehingga diperlukan proses permesinan untuk mendapatkan permukaan yang lebih halus. Larasati dan Setiyorini (2013), meneliti tentang pengaruh jarak nozzle dan tekanan gas pada proses pelapisan ni-20cr dengan metode wire arc spray terhadap ketahanan thermal. Ia menyatakan bahwa semakin meningkatkan jarak coating yang digunakan akan menurunkan ketebalan coating yang dihasilkan hal ini dikarenakan semakin jauh jarak coating yang digunakan maka semakin banyak droplet yang mencapai permukaan substrat semakin sedikit akibat tidak sampainya droplet ke substrat tetapi seiring bertambahnya tekanan gas yang digunakan maka akan meningkatkan hasil ketebalan coating dan juga akan memperkecil ukuran porositasnya.
2.2
As Roda Mobil As roda mobil adalah pusat dari lingkaran roda kendaraan mobil yang berfungsi
untuk menjalankan kendaraan, dimana as roda dihubungkan dengan mesin penggerak kendaraan dan meneruskan tenaga dari differential ke roda mobil. Pada as roda mobil, as dilengkapi dengan bantalan yang tujuannya untuk memperlicin putaran pada as roda. Pada posisi bantalan yang ada pada as roda inilah yang selalu mengalami kerusakan, salah satu kerusakan itu adalah keausan bahkan tidak sedikit as roda yang mengalami patah. Kerusakan atau keausan yang dialami as roda ini banyak diakibatkan oleh as roda memumpu beban yang terlalu berat dan juga karena kurangnya pemberian pelumas pada bidang bantalan terhadap as roda. Ketika bantalan mengalami kerusakan akibat gesekan yang disebabkan karna kurangnya pelumas secara otomatis as roda juga mengalami kerusakan juga.
2.3
Baja Karbon Baja karbon merupakan salah satu jenis baja paduan yang terdiri atas unsur
besi (Fe) dan karbon (C). Dimana besi merupakan unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya. Dalam pemanfaatannya baja karbon sering digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan alat-alat perkakas, komponen mesin, struktur bangunan, dan lain sebagainya (Sukma, 2012). Baja karbon dapat diklasifikasikan berdasarkan jumlah persentase komposisi kimia karbon dalam baja yakni sebagai berikut :
1. Baja Karbon Rendah (Low Carbon Steel) Baja karbon rendah merupakan baja dengan kandungan unsur karbon dalam sturktur baja kurang dari 0,3% C. Baja karbon rendah ini memiliki ketangguhan dan keuletan tinggi akan tetapi memiliki sifat kekerasan dan ketahanan aus yang rendah. Pada umumnya baja jenis ini digunakan sebagai bahan baku untuk pembuatan komponen struktur bangunan, pipa gedung, jembatan, bodi mobil, dan lain-lainya (Sukma, 2012).
2. Baja Karbon Sedang (Medium Carbon Steel) Baja karbon sedang merupakan baja karbon dengan persentase kandungan karbon pada besi sebesar 0,3% C – 0,59% C. Baja karbon ini memiliki kelebihan bila dibandingkan dengan baja karbon rendah, baja karbon sedang memiliki sifat mekanis yang lebih kuat dengan tingkat kekerasan yang lebih tinggi dari pada baja karbon rendah. Besarnya kandungan karbon yang terdapat dalam besi memungkinkan baja untuk dapat dikeraskan dengan memberikan perlakuan panas (heat treatment) yang sesuai. Baja karbon sedang biasanya digunakan untuk pembuatan poros, rel kereta api, roda gigi, baut, pegas, dan komponen mesin lainnya (Sukma, 2012).
3. Baja Karbon Tinggi (High Carbon Steel) Baja karbon tinggi adalah baja karbon yang memiliki kandungan karbon sebesar 0,6% C – 1,4% C. Baja karbon tinggi memiliki sifat tahan panas, kekerasan serta kekuatan tarik yang sangat tinggi akan tetapi memiliki keuletan yang lebih rendah sehingga baja karbon ini menjadi lebih getas. Dalam pengaplikasiannya baja karbon tinggi banyak digunakan dalam pembuatan alat-alat perkakas seperti palu, gergaji, pembuatan kikir, pisau cukur, dan sebagainya (Sukma, 2012)..
2.4
Baja St 60 Baja St 60 merupakan salah satu jenis baja yang tergolong kedalam bagian baja
karbon sedang yang dimana baja karbon ini cukup sering digunakan dalam pembuatan bahan material permesinan. Menurut penelitian yang dilakukan Effendi (2009), komposisi kimia yang terdapat pada bahan baja St 60 setelah mendapatkan hasil penelitian dapat dilihat dalam tabel dibawah
Tabel 2.1 Data Hasil Uji Komposisi Baja St 60 (Effendi, 2009)
UNSUR
KOMPOSISI (%)
UNSUR
KOMPOSISI (%)
Fe
98,46
V
0,00
S
0,011
Mn
0,697
Al
0,000
Mo
0,006
C
0,564
W
0,03
Ni
0,036
P
0,006
Nb
0,01
Cu
0,004
Si
0,142
Ti
0,00
Cr
0,040
Analisis hasil uji komposisi pada tabel diatas bahwa kandungan karbon pada baja St 60 adalah 0,564 %, baja ini termasuk baja karbon medium. Pada baja St 60 ini terdapat kandungan mangan 0,697 % yang mempunyai sifat keras dan tahan aus. Baja St 60 sangat cocok untuk pembuatan poros, roda gigi, rangka jembatan serta peralatan permesinan (Effendi, 2009).
2.5
Paduan Ni-Cr Sebuah kombinasi yang tepat dari nikel dan kromium akan meningkatkan
kemampuan yang dimiliki oleh baja karbon. Peningkatan keuletan dan ketangguhan yang diberikan pada baja karbon dengan penambahan nikel dapat digabungkan dengan peningkatan kekuatan, kekerasan permukaan yang dihasilkan oleh kromium (Clark dkk, 1961)
Paduan nikel dan kromium merupakan salah satu bahan pilihan untuk hard facing karena mempunyai kekerasan tinggi serta sifat fisik dan mekanik yang baik. Nikel (Ni) adalah logam perak-putih yang ditemukan pada tahun 1751 dan unsur paduan utama yang memberikan kekuatan, ketangguhan, dan ketahanan korosi, biasanya digunakan secara luas pada baja stainless dan paduan berbasis nikel (yang biasa disebut superalloy). Paduan nikel biasnya digunakan pada aplikasi temperatur tinggi seperti yang terlihat pada komponen mesin jet, roket, dan pembangkit listrik tenaga nuklir (Arthana et al, 2014).
2.6
Kekasaran Permukaan Tidak ada permukaan mesin yang sempurna, tidak peduli seberapa hati-hati nya
pengerjaannya atau bahkan dengan persiapan biaya yang mahal dapat memproses geometri yang sempurna. Begitu juga kesalahan dalam pembentuk atau bentuk dari sebuah komponen akan selalu ada kekasaran di permukaan yang jelas ketika permukaan itu diperiksa pada perbesaran yang cukup tinggi (Williams J.A, 1993). Tingkat kehalusan atau kekasaran suatu permukaan memang peranan yang sangat penting dalam perencanaan suatu komponen mesin khususnya yang menyangkut masalah gesekan, keausan, tahanan terhadap kelelahan dan lain sebagainya (Munadi, 1998). Dalam proses coating kegunaan dari kekasaran permukaan perlu dilakukan terhadap permukaan material yang akan dicoating dengan tujuan untuk menambah daya lekat material pelapis yang akan ditembakkan dengan permukaan material yang akan dilapisi agar nantinya keduanya dapat menyatu antara material pelapis dan material yang akan dilapisi.
2.7
Sand Blasting Menurut Kurniawan et al (2013) Sand Blasting dapat didefenisikan sebagai suatu
proses pembersihan permukaan dengan cara menembakan partikel (pasir) ke suatu permukaan material sehingga menimbulkan gesekan/tumbukan dengan tujuan untuk menghilangkan material-material kontaminasi seperti karat, cat, garam, oli dll. Selain itu juga sand blasting juga bertujuan untuk membuat profile (kekasaran) pada permukaan logam/material sehingga cat atau proses pelapisan menjadi lebih melekat. Tingkat kekasarannya dapat disesuaikan dengan ukuran pasirnya serta tekanannya.
2.8
Teknologi Pelapisan Pelapisan adalah proses penambahan material yang sejenis ataupun berbeda
jenis terhadap permukan material lainnya. Teknologi pelapisan sering dilakukan pada saat sekarang ini dengan tujuan diantaranya : 1. Untuk proses finishing agar material tersebut terlihat lebih rapi, bersih dan menarik penampilannya 2. Melindungi dan menjaga material agar tidak mengalami korosi atau kerusakan khususnya pada bagian permukannya 3. Dapat memperbaiki atau menutupi kerusakan yang terjadi pada permukaan material 4. Untuk menambah umur penggunaan dari material tersebut Pelapisan terdiri dari bermacam-macam teknik pelapisan. Teknik teknik ini dapat dibagi menjadi metallic dan non meallic. Metallic coating deposition dianggap menjadi tiga kategori, dimana hard facing menjadi teknik yang dipentingkan dalam hal ini. Hard facing digunakan untuk melapiskan material tahan aus pada komponen yang telah aus atau komponen baru yang akan digunakan untuk suatu pemakaian dengan kemungkinan akan mengalami keausan. Ada tiga teknik dalam hard facing yaitu cladding, welding, dan thermal spraying (Arthana, 2014).
2.9
Thermal spray Thermal spray dipatenkan untuk pertama kalinya oleh Insinyur Swiss Max
Ulrich Schoop (1870-1956) pada awal abad ke-20. Dia menyadari bahwa aliran partikel cair yang bertabrakan satu sama lain dapat membentuk lapisan. Pada tahun 1909 Max Ulrich Schoop mengajukan sebuah paten yang disebut "Powder Flame spraying dan wire flame spraying". Thermal spray adalah teknik penumpukan material dimana semprotan partikel cair diarahkan atau disemprotkan ke bagian material yang akan dilapisi. Hal ini digunakan untuk melindungi bagian-bagian suatu material terhadap keausan, korosi dan suhu tinggi sehingga meningkatkan sifat permukaan suatu material. (Simunovic K, 2010). Thermal spray juga dipakai untuk memperbaiki bagian material yang mengalami kerusakan dan usang. Kadang-kadang thermal spray dapat diterapkan untuk proses finishing material sehingga meningkatkan sifat estetika suatu bagian material tersebut. Dalam thermal spray bahan pelapis yang sering digunakan dapat berupa kawat, bubuk, batang, kabel atau bentuk cair. Dengan proses penyemprotan termal yang relatif tebal memungkin suatu material mengalami suatu perubahan fisik seperti apa yang diinginkan. Energi panas dihasilkan dari suatu proses pembakaran atau listrik yang diterapkan untuk melakukan pemanasan,peleburan atau pencairan bahan pelapis ( bahan baku, bahan pakan semprot bahan, permukaan material). Dari suluh semprot (spray gun, pistol), butiran partikel cair atau semi cair (plastik) kemudian dipercepat, didorong dan diendapkan pada substrat yang disiapkan, yang kemudian membentuk suatu lapisan. Partikel cair biasanya memperoleh energi kinetik karena tekanan atomisasi atau pembakaran gas. Menurut Arthana (2014) ada beberapa karakteristik dari pelapisan yang dilakukan dengan teknik thermal spraying. Adapun karakteristik itu adalah sebagai berikut: 1. Kekerasan, berat jenis, dan porositas Pelapisan thermal spray sering digunakan karena derajat kekerasanya yang relatif lebih tinggi daripada pelapisan cat (paint coatings) ataupun elekroplating. Kekerasan dan ketahanan korosinya membuat pelapisan thermal spray sangat bernilai pada pemakaian dengan tingat keausan tinggi. Kekerasan dan berat jenis lapisan thermal spray umumnya lebih rendah daripada material
feedstock itu sendiri sebelum dilapiskan. Pada pelapisan logam thermal spray, kekerasan dan berat jenis bergantung pada material yang digunakan, jenis peralatan thermal spray, dan parameter-parameter yang digunakan. Secara umum, semakin tinggi kecepatan partikel, semakin tinggi pula tingkat kekerasan dan berat jenisnya. Kecepatan partikel yang dihasilkan oleh prosesproses thermal spray dari yang tertinggi adalah detonation, high velocity oxyfuel (HVOF), busur api plasma, busur api wire, dan flame spray (Arthana, 2014). 2. Ketahanan Korosi Lapisan logam thermal spray dapat anodic atau katodic terhadap substrat logam dibawahnya, karena korosi muncul pada anoda, lapisan anodic akan terkorosi pada lingkungan korosif, sedangkan katoda tidak. Sistem pelapisan anti korosi umumnya dirancang sehingga material pelapis anodic terhadap logam substrat. Pelapis anodic akan terkorosi atau dikorbankan untuk melindungi substrat. Pada beberapa kasus, ketahanan korosi dari material pelapis itu sendiri sangat penting. Pada penggunaan pada temperatur tinggi dan untuk penggunaan dengan bahan kimia, lapisan thermal spray harus sangat tahan korosi (Arthana, 2014). 3. Perekatan (adhesi) Pelapisan thermal spray mempunyai adhesi yang sangat tinggi. Pelapisan khusus untuk ketahanan aus, yang dilakukan dengan proses thermal spray dengan kecepatan partikel yang sangat tinggi dapat memiliki adhesi regang (tensile adhesion) lebih besar daripada 34.000 kPa (5000 psi) (Arthana, 2014).
2.10 Powder Flame Spray Flame spray merupakan salah satu pelapisan yang menggunakan energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar gas (sebagian besar acetylene, propane atau hidrogen) dan oksigen yang mencairkan partikel bahan pelapis (Simunovic K, 2010). Pada powder flame spray partikel cair yang berbentuk bubuk didorong menuju permukaan substrat dan mendapatkan energi kinetik karena tekanan gas pembakaran atau udara terkompresi yang dapat digunakan untuk atomisasi dan di percepat menuju benda kerja (substrate).
