BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Alumunium Aluminium adalah logam yang ringan dan cukup penting dalam kehidupan manusia. Aluminium merupakan unsur kimia golongan IIIA dalam sistim periodik unsur, dengan nomor atom 13 dan berat atom 26,98 gram per mol (sma). Di dalam udara bebas aluminium mudah teroksidasi membentuk lapisan tipis oksida (Al2O3) yang tahan terhadap korosi. Aluminium juga bersifat amfoter yang mampu bereaksi dengan larutan asam maupun basa. Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik dan hantaran listrik yang baik dan sifat – sifat yang baik lainnya sebagai sifat logam. (Surdia, T. 2005)Secara umum, penambahan logam paduan hingga konsentrasi tertentu akan meningkatkan kekuatan tensil dan kekerasan, serta menurunkan titik lebur. Jika melebihi konsentrasi tersebut, umumnya titik lebur akan naik disertai meningkatnya kerapuhan akibat terbentuknya senyawa, kristal, atau granula dalam logam. Namun, kekuatan bahan paduan Aluminium tidak hanya bergantung pada konsentrasi logam paduannya saja, tetapi juga bagaimana proses perlakuannya hingga Aluminium siap digunakan, apakah dengan penempaan, perlakuan panas, penyimpanan, dan sebagainya (Anton J. Hartono, 1992) Aluminium memiliki rasio kekuatan terhadap massa yang paling tinggi, sehingga banyak digunakan sebagai bahan pembuat pesawat dan roket. Aluminium juga dapat menjadi reflektor yang baik; lapisan aluminium murni dapat memantulkan 92% cahaya. Aluminium murni, saat ini jarang digunakan karena terlalu lunak. Penggunaan aluminium murni yang paling luas adalah aluminium foil (92-99% aluminium). Paduan aluminium-magnesium umumnya digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal. Paduan lainnya akan mudah mengalami korosi ketika berhadapan dengan larutan alkali seperti air laut. Paduan aluminium-tembaga-lithium digunakan sebagai bahan pembuat tangki bahan bakar pada pesawat ulang-alik milik NASA. Uang logam juga terbuat dari
6
aluminium yang diperkeras. Hingga saat ini, sulit dicari apa bahan paduan untuk membuat uang logam berwarna putih keperakan ini, kemungkinan dirahasiakan. untuk mencegah pemalsuan uang logam. Velg mobil juga menggunakan bahan aluminium yang dipadu dengan magnesium, silicon, atau keduanya, dan dibuat dengan cara ekstrusi atau dicor. Beberapa jenis roda gigi menggunakan paduan Al-Cu. Penggunaan paduan Cu untuk mendapatkan tingkat kekerasan yang cukup dan memperpanjang usia benda akibat fatigue (Suhariyanto.,2005). Sifat dari bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut. Aluminium dikenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi, yakni proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun, pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium. Adapun sifat-sifat Aluminium antara lain sebagai berikut: 1. Ringan Logam Aluminium Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga. Logam aluminium banyak digunakan didalam industri, alat berat dan transportasi. 2. Mudah dibentuk Proses pengerjaan Aluminium mudah dibentuk karena dapat disambung dengan logam/material lainnya dengan pengelasan, brazing, solder, adhesive bonding, sambungan mekanis, atau dengan teknik penyambungan lainnya. 3. Kekuatan Tarik Kekuatan tarik adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian tarik. Kekuatan tarik ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tarik bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan.
7
Kekuatan tarik pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tarik yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. 4. Modulus Elastisitas Aluminium
memiliki modulus elastisitas
yang lebih rendah bila
dibandingkan dengan baja maupun besi, tetapi dari sisi strength to weight ratio, aluminium lebih baik. Aluminium yang memiliki titik lebur yang lebih rendah dan kepadatan. Dalam kondisi yang dicairkan dapat diproses dalam berbagai cara. Hal ini yang memungkinkan produk-produk dari aluminium yang akan dibentuk, pada dasarnya dekat dengan akhir dari desain produk. 5. Recyclability (Mampu untuk didaur ulang) Aluminium adalah 100% bahan yang didaur ulang tanpa penurunandari kualitas awalnya, peleburannya memerlukan sedikit energi, hanya sekitar 5% dari energi yang diperlukan untuk memproduksi logam utama yang pada awalnya diperlukan dalam proses daur ulang. 6. Ductility (Liat) Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tarik, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya, material dengan ductility yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Pada logam aluminium paduan memiliki ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni. 7. Kuat Aluminium memiliki sifat yang kuat terutama bila dipadukan dengan logam lain. Digunakan untuk pembuatan komponen yang memerlukan kekuatan tinggi seperti: pesawat terbang, kapal laut, bejana tekan, komponen mesin dan lain-lain.
8
8. Reflectivity (Mampu pantul) Aluminium adalah reflektor yang baik dari cahaya serta panas, dan dengan bobot yang ringan, membuatnya ideal untuk bahan reflektor. 9. Tahan terhadap korosi Aluminium memiliki sifat durable, sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia. Tabel 2.1 Sifat - sifat fisik aluminium Aluminium
Hasil Fisik Aluminium
Jari-jari atom
125 pm
Density
( 20 °C) 2,6989 gr/cm³
Kapasitas panas
(25 °C) 5,38 cal/mol °C
Tensile strength
700 Mpa
Hantaran panas
(25 °C) 0,49 cal/det °C
Panas peleburan
10,71 kJ•mol−1
Massa atom
26,98 gr/mol
Density
(660 °C) 2,368 gr/cm³
Potensial elektroda
(25 °C) -1,67 volt
Panas pembakaran
399 cal/gr mol
Kekerasan brinnel
245 Mpa
Kekentalan
(700 °C) 0,0127 poise
Panas uap
294,0 kJ•mol−1
Titik lebur
660 °C
Struktur kristal kubus
FCC
(Sumber : Douglas M. Considin P. E., 1983) 2.2 Magnesium ( Mg ) Magnesium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Mg dan nomor atom 12 serta berat atom 24,31. Magnesium adalah elemen terbanyak kedelapan yang membentuk 2% berat kulit bumi, serta merupakan unsur terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Logam alkali tanah ini terutama
9
digunakan sebagai zat campuran (alloy) untuk membuat campuran alumuniummagnesium yang sering disebut "magnalium" atau "magnelium". Magnesium merupakan salah satu jenis logam ringan dengan karakteritik sama dengan aluminium tetapi magnesium memiliki titik cair yang lebih rendah dari pada aluminium. Seperti pada aluminium, magnesium juga sangat mudah bersenyawa dengan udara (Oksgen).Perbedaannya dengan aluminium ialah dimana magnesium memiliki permukaan yang keropos yang disebabkan oleh serangan kelembaban udara karena oxid film yang terbentuk pada permukaan magnesium ini hanya mampu melindunginya dari udara yang kering.Unsur air dan garam pada kelembaban udara sangat mempengaruhi ketahanan lapisan oxid pada magnesium dalam melindunginya dari gangguan korosi.Untuk itu benda kerja yang menggunakan bahan magnesium ini diperlukan lapisan tambahan perlindungan seperti cat (Rufiati, E., 2011). 2.2.1 Sifat-Sifat Magnesium Magnesium murni memiliki kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil pengecoran (Casting), angka kekuatan tarik ini dapat ditingkatkan melalui proses pengerjaan. Magnesium bersifat lembut dengan modulus elsatis yang sangat rendah. Magnesium memiliki perbedaan dengan logam-logam lain termasuk dengan aluminium, besi tembaga dan nickel dalam sifat pengerjaannya dimana magnesium memiliki struktur yang berada didalam kisi hexagonal sehingga tidak mudah terjadi slip. Oleh karena itu,magnesium tidak mudah dibentuk dengan pengerjaan dingin.Disamping itu, presentase perpanjangannya hanya mencapai 5 % dan hanya mungkin dicapai melalui pengerjaan panas. Magnesium memiliki titik leleh 923 K. Seperti kebanyakan Logam Alkali Tanah lainnya, Magnesium dapat bereaksi dengan air pada temperatur ruang/normal membentuk senyawa Hidroksida logam. Magnesium sangat mudah terbakar dan sangat sulit untuk di matikan ketika telah menyala terbakar. Ketika pembakaran magnesium akan menghasilkan cahaya putih terang yang dapat merusak jaringan mata (Rufiati, E., 2011).
10
2.3
Aluminium Paduan Elemen paduan yang umum digunakan pada aluminium adalah silikon,
magnesium, tembaga, seng, mangan, dan juga lithium sebelum tahun 1970. Aluminium merupakan logam non-ferrousyang paling banyak digunakan di dunia, dengan pemakaian tahunan sekitar 24 juta ton. Aluminium dengan densitas 2.7 g/cm3sekitar sepertiga dari densitas baja (8.83 g/cm3), tembaga (8.93 g/cm3), atau kuningan (8.53g/cm3),mempunyai sifat yang unik, yaitu: ringan, kuat, dan tahan terhadap korosi pada lingkungan luas termasuk udara, air (termasuk air garam), petrokimia, dan beberapa sistem kimia. Jenis paduan aluminium saat ini sangat banyak dan tidak menutup kemungkinan ditemukannya lagi jenis paduan aluminium baru, oleh karena itu dibuatlah sistem penamaan sesuai dengan komposisi dan karakteristik paduan aluminium tersebut untuk memudahkan pengklasifikasiannya ( Zulaina Sarir, R, FT UI., 2010 ). 1. Paduan Al-Mg Paduan aluminum magnesium (Al-Mg) merupakan salah satu paduan aluminium yang sering digunakan untuk aplikasi teknik dalam bidang industri. Paduan Al-Mg sering disebut Hidronalium, merupakan paduan dengan tingkat ketahanan korosi yang paling baik dibandingkan dengan paduan aluminium lainnya. Paduan ini banyak digunakan karena mempunyai ketahanan dan mampu tuang yang baik. Paduan aluminum magnesium dapat ditingkatakan kemampuan mekanisnya dengan cara memberikan penambahan unsur Mg dan Fe, juga unsur penghalus butir. Penambahan kadar Mg dalam jumlah yang besar dapat menaikan kekerasan dan kekuatan tarik pada paduan, tetapi menurunkan regangan. Ada beberapa metode yang digunakan untuk mensintesis aluminium dengan magnesium, seperti mechanical alloying, mechanical milling, solkjaer, mixingdan lain-lain. Pada penelitian ini digunakan metode mixingdengan penambahan benzene. Penambahan benzene berfungsi untuk menghindari gesekan serbuk Al dan Mg dengan cetakan pada saat di kompaksi. Kompaksi dilakukan dengan beban 150 Mpa. Dalam penelitian ini juga akan dilakukan proses sintering terhadap paduan setelah dilakukan mixing dan kompaksi.Sintering sendiri adalah suatu metode metalurgi serbuk yang didasarkan pada difusi atom. Difusi akan
11
terjadi dengan cepat jika dalam keadaan temperatur yang tinggi dibawah titik lebur bahan. Fungsi dari sinteringyaitu dapat mengubah sifat dari bahan yang disintering. Sintering dilakukan dengan temperatur 4000C selama 2 jam (Surdia., 2006 ) 2. Paduan Al - Si Pengaruh Penambahan Si Silikon ( Si ) salah satu paduan aluminium yang dapat meningkatkan kekerasan dan kekuatan tarik.Sebagai contoh paduan Al-SiMg , mula-mula kandungan Si sebesar 5,8 %w. Kemudian dilakukan penambahan Si sehingga kandungan Si menjadi : 6 %w, 8 %w 10 %w 12 %w 14 %w dan 16 %w. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kekuatan tarik dan kekerasan naik sampaikandungan Si sebesar 14 %w , setelah kandungan Si di atas 14 %W , kekuatan tarik dan kekerasan turun. Sedang elongasinya, mula-mula turun sampai kandungan Si sebesar 6,5 %w, setelah kandungan Si di atas 6,5 %w elongasi akan naik. Kandungan Si yang optimum sebesar 14 %w, dengan nilai UTS 248 Mpa, kekerasan 64 BHN dan Elongasi 9,2 %. (John E. Hatch., 1995) 3. Paduan Al-Zn-Mg Al-Zn-Mg mempunyai kekuatan tarik 50 Mpa, kekerasan 62 BHN dan Elongasinya 18 % , kemudian ditambahkan kandungan Sc, yang semula 0,5 %w menjadi : 0,75 %w, 1,00 %w dan 1,25 %w. Akibat penambahan Sc tersebut, maka ketiga sifat mekanik tersebut berubah. Mula-mula kekuatan tariknya dan kekerasannya naik sampai kandungan Sc sebesar 1,00 %w, setelah itu turun. Sedangkan elongasinya turun sampai kandungan Sc sebesar 1,25 %. Kandungan Sc yang paling baik adalah 1,00 %w , dengan nilai UTS sebesar 227 Mpa, kekerasan 78 BHN dan Elongasi 9,45 % (B.A. Parker, Z.F Zhou., 1995). 4. Paduan Al-Si-Mg Sebuah paduan Aluminium Al-Si-Mg yang paduan dasarnya (base alloy) mempunyai komposisi persen berat; Si = 6,18%; Fe = 0,5%; Mg = 0,08%; Cu = 1,22%, dan Zn = 1,28% diberi tambahan elemen paduan Mn. Kemudian diuji sifat mekaniknya (kekuatan tarik, elongationdan yield), hasilnya dapat dilihat pada Gambar 1. Hasil pengujian menunjukkan bahwa Mn berpengaruh terhadap nilai
12
kekuatan tarik, elongationdan yield. Mula-mula base alloy mempunya UTS 48 MPa, Elonga-tion 27% dan yield 18 Mpa. Setelah kandungan Mn dinaikkan menjadi 1% w, maka sifat mekaniknya meningkat menjadi memiliki UTS 102 MPa, Elongation41% dan yield42 Mpa (Arino, A dan Suhariyanto., 2006 ). 5. Paduan Al-Zn-Mg-Cu Salah satu paduan aluminium yang berhasil meningkatkan kekuatan aluminium adalah paduan aluminium A7075 yang merupakan paduan dari Al-ZnMg-Cu, atau lebih dikenal dengan extra superduralumin. Secara khusus, paduan aluminium A7075 ini digunakan pada industri pesawat terbang dikarenakan ringan dan memiliki kekuatan tertinggi dibandingkan dengan paduan aluminium lainnya (Hardi, T., 2009). 6. Paduan Al – Mn. Mn adalah unsur yang memperkuat Aluminium tanpa mengurangi ketahanan korosi dan Mn itu sendiri dipakai untuk membuat paduan yang tahan korosi. Kelarutan padat yang terjadi maksimum terjadi pada temperatur eutectik adalah 1,82 % dan 500 ºC= 0,36 %, sedangkan pada temperatur biasa kelarutannya hampir 0 %. Paduan Al-1,2 % Mn dan Al-1,2 %, Mn-1,0 %, Mg dinamakan paduan 3003 dan 3004 yang dipergunakan sebagai paduan tahan korosi tanpa perlakuan panas (Surdia., 2006 ) 2.4
Fly Ash Fly ash atau abu terbang merupakan salah satu produk sisa dari proses
pembakaran diruang bakar suatu pembangkit, fly ash ini biasanya berbentuk partikel-partikel halus yang keberadaannya dapat membahayakan kesehatan manusia jika tidak ditangani dengan benar. Seiring dengan kemajuan teknologi maka saat ini keberadaan fly ash tidak hanya sebagai limbah tidak bermanfaat tetapi telah dipergunakan untuk campuran beragam jenis produk seperti semen, bata tahan api dan Metal Matrix Composite (MMC). 2.4.1 Fly Ash Batubara Fly ash disebut juga Abu terbang ialah limbah hasil pembakaran batu bara pada tungku pembangkit listrik tenaga uap yang berbentuk halus, bundar dan bersifat pozolanik (SNI 03-6414-2002). Abu terbang adalah bagian dari abu bakar 13
yang berupa bubuk halus dan ringan yang diambil dari campuran gas tungku pembakaran yang menggunakan bahan batubara. Abu terbang diambil secara mekanik dengan sistem pengendapan electrostatik. (Hidayat,1986) Abu terbang termasuk bahan pozolan buatan (lea. FM 1971 (dalam Hidayat, 1986)).Karena sifatnya yang pozolanic, sehingga abu terbang dapat dimanfaatkan sebagai bahan pengganti sebagian pemakaian semen, baik untuk adukan maupun untuk campuran beton. Keuntungan lain dari abu terbang yang mutunya baik ialah dapat meningkatkan ketahanan / keawetan beton terhadap ion sulfat dan juga dapat menurunkan panas hidrasi semen. Komponen terbesar yang terkandung dalam fly ash adalah silika (SiO2), alumina (Al2O3), oksida kalsium (CaO) dan oksida besi (Fe2O3). Fly ash banyak digunakan dan diakui secara luas sebagai campuran cement, concrete dan material-material khusus lainnya. Densitas fly ash berkisar antara 1,3 g/cm3 dan 4,8 g/cm3, besar densitas tersebut tergantung dari unsur kimia dan porositas yang terjadi di dalamnya (Gunawan Dwi ,H., 2006 ) Abu terbang batubara umumnya dibuang di ash lagoon atau ditumpuk begitu saja di dalam area industri. Penumpukan abu terbang batubara ini menimbulkan
masalah
bagi
lingkungan.
Berbagai
penelitian
mengenai
pemanfaatan abu terbang batubara sedang dilakukan untuk meningkatkan nilai ekonomisnya serta mengurangi dampak buruknya terhadap lingkungan. Saat ini abu terbang batubara digunakan dalam pabrik semen sebagai salah satu bahan campuran pembuat beton. Selain itu, sebenarnya abu terbang batubara memiliki berbagai kegunaan yang amat beragam: a. Penyusun beton untuk jalan dan bendungan b. Penimbun lahan bekas pertambangan c. Recovery magnetic, cenosphere, dan karbon d. Bahan baku keramik, gelas, batu bata, dan refraktori e. Bahan penggosok (polisher) f. Filler aspal, plastik, dan kertas g. Pengganti dan bahan baku semen h. Aditif dalam pengolahan limbah (waste stabilization) i. Konversi menjadi zeolit dan adsorben.
14
1. Sifat Kimia Fly Ash Batubara Komponen utama dari abu terbang batubara yang berasal dari pembangkit listrik adalah silika ( SiO2 ), alumina, ( Al2O3 ), besi oksida ( Fe2O3 ), kalsium ( CaO ) dan sisanya adalah magnesium, potasium, sodium, titanium dan belerang dalam jumlah yang sedikit. Rumus empiris abu terbang batubara ialah: Si1.0Al0.45Ca0.51Na0.047Fe0.039Mg0.020K0.013Ti0.011 dapat dilihat pada tabel 2.2 Tabel 2.2 Komposisi Kimia Salah Satu Jenis Fly Ash Batubara Komponen SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O LOI (Sumber: Gunawan Dwi ,H., 2006 )
Sub Bituminous( % ) 40-60 20-30 04-Okt Mei-30 01-Jun 01-Jun 0-2 0-4 0-3
Sifat kimia dari abu terbang batubara dipengaruhi oleh jenis batubara yang dibakar dan teknik penyimpanan serta penanganannya. Pembakaran batubara lignit dan sub- bituminous menghasilkan abu terbang dengan kalsium dan magnesium oksida lebih banyak dari pada jenis bituminous. Namun, memiliki kandungan silika, alumina, dan karbon yang lebih sedikit dari pada bituminous. 2.4.2 Palm Oil Fly Ash (POFA) POFA merupakan salah satu hasil pembakaran tandanan kosong kelapa sawit dimana POFA merupakan limbah industri yang tidak mengandug toksik bagi tanah dan organisme.selain itu POFA dapat menambah kandungan unsur hara dalam tanah yang dapat memperbaiki kualitas tanah dasar kolam perikanan. Kemampuan POFA sebagai bahan atau zat yang dapat digunakan untuk memperbaiki sifat fisik dan kimia tanah dipercaya karena keunggulan sifat
15
kimiawinya yang kaya akan unsure hara, bersifat alkali yang selanjutnya dapat menaikan pH tanah serta aplikasi penggunaan POFA dapat menambah kandungan unsure hara dalam tanah (Nambiar dkk., 1997).
Gambar 2.1 Diagram Alir Palm Oil Fly Ash (POFA)
Dari hasil proses pembuatan Crude Palm Oil (CPO) maka akan dihasilkan limbah padat diantaranya serabut buah dan cangkang kelapa sawit itu sendiri, namun ini tidak menjadi masalah bagi Pabrik Kelapa sawit (PKS) karena limbah ini akan menjadi bahan bakar daripada boiler. Limbah padat berupa cangkang dan serat digunakan sebagai bahan bakar ketel (boiler) untuk menghasilkan energi mekanik dan panas. Uap dari boiler dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dan untuk merebus TBS sebelum diolah di dalam pabrik. Cangkang dan serat buah sawit yang sudah terbakar, akan menghasilkan sisa- sisa pembakaran yang nantinya akan menjadi limbah daripada boiler atau furnance (tungku pembakaran) berupa: a. Abu Terbang (Fly ash) , yakni abu yang berada dibawah tungku tepatnya ditempat pengumpulan abu.
16
Gambar 2.2 Abu Terbang (Palm Oil Fly Ash) b. Kerak boiler kelapa sawit (Bottom Ash) , yakni kerak yang melekat pada dinding boiler.
Gambar 2.3(a) Bottom ash sesudah di grinding (b) Bottom ash sebelum di grinding. 1. Sifat Kimia Palm Oil Fly Ash (POFA) Palm Oil Fly Ash merupakan bagian dari pembakaran pada boiler yang berupa abu dengan jumlah yang terus meningkat sepanjang tahun yang sampai sekarang masih belum termanfaatkan. Ternyata limbah abu sawit banyak mengandung unsur silika (SiO2) yang merupakan bahan pozzolanic. Berdasarkan penelitian yang dilakukan Graille dkk (1985) ternyata limbah abu sawit banyak mengandung unsur silika (SiO2) yang merupakan bahan pozzolanic. Hayward (1995) dalam Utama dan Saputra (2005) menyatakan dalam bahan pozzolan ada dua senyawa utama yang mempunyai peranan penting dalam pembentukan semen yaitu senyawa SiO2 dan Al2O3 yang dimana abu Sawit merupakan bahan pozzolanic, yaitu material yang tidak mengikat seperti semen, 17
namun mengandung senyawa silika oksida (SiO2) aktif yang apabila bereaksi dengan kapur bebas atau Kalsium Hidroksida (Ca(OH2)) dan air akan membentuk material seperti semen yaitu Kalsium Silikat Hidrat. Unsur penyusun fly ash sangatlah beragam tergantung dari sumber bahan bakarnya, tetapi pada umumnya fly ash mengandung SiO2,CaO,seperti diperlihatkan pada tabel berikut ; Tabel. 2.3 Komposisi kimia dari OPC dan Palm Oil Fly Ash Chemical Consituents OPC (%) POFA (%) Silicon Dioxide (SiO2)
20.1
55.20
Aluminium Oxide (Al2O3)
4.9
4.48
Ferric Oxide (Fe2O3)
2.5
5.44
Calsium Oxide (CaO)
65
4.12
Magnesium Oxide (MgO)
3.1
2.25
Sodium Oxide (Na2O)
0.2
0.1
Potasium Oxide (K2O)
0.4
2.28
Sulphur Oxide (SO2)
2.3
2.25
Loss On Ignition (LOI)
2.4
13.86
(Abdullah,K dan Hussin,M,2010) Dari tabel komposisi POFA (Palm Oil Fly Ash) diatas memperlihatkan bahwa hasil pembakaran diruang bakar pabrik kelapa sawit menghasilkan POFA yang mengandung partikel-partikel keramik seperti SiO2,Al2O3, CaO, dengan partikel utama silicon dioksida. 2.5
Pengecoran Centrifugal Casting Peroses pengecoran sentrifugal casting dilakukan dengan menuangkan
logam cair ke dalam cetakan yang berputar, baik vertical maupun horizontal, diharapkan akibat pengaruh gaya sentrifugal tersebut dapat dihasilkan produk coran yang lebih manfaat daripada pengecoran dengan cetaan statis. Pengecoran sentrifugal aad dua macam yaitu horizontal dan vertical. Sentrifugal dalam putaran menggunakan sumbu horizontal, sedangkan vertical menggunakan sumbu vertical.
18
2.5.1 Jenis-jenis Pengecoran Centrifugal Cesting Centrifugal cesting dilakukan dengan cara menuangkan logam cair ke dalam cetakan yang berputar. akibat pengaruh gaya sentrifugal logam cair akan terdistribusi ke dinding rongga cetak dan kemudian membeku (Dharmadi, E,S.,2007). Ada beberapa jenis pengecoran centrifugal cesting, yaitu: 1. Pengecoran Sentrifugal Sejati Pengecoran Sentrifugal Sejati Dalam pengecoran sentrifugal sejati, logam cair dituangkan ke dalam cetakan yang berputar untuk menghasilkan benda cor bentuk tabular, seperti pipa, tabung, bushing, cincin, dan lain-lainnya. True centrifugal casting merupakan salah satu proses pengecoran yang menghasilkan produk cor berbentuk silinder dengan cara memutar cetakan pada sumbunya. Proses pengecoran dapat dilakukan secara vertikal maupun horizontal tanpa menggunakan inti core.
Gambar 2.4 Pengecoran Sentrifugal Sejati Dalam gambar ditunjukkan logam cair dituangkan ke dalam cetakan horisontal yangsedang berputar melalui cawan tuang (pouring basin) yang terletak pada salah satu ujung cetakan. Pada beberapa mesin, cetakan baru diputar setelah logam cair dituangkan. Kecepatan putar yang sangat tinggi menghasilkan gaya sentrifugal sehingga logam akan terbentuk sesuai dengan bentuk dinding cetakan. Jadi, bentuk luar dari benda cor bisa bulatoktagonal, heksagonal, atau bentukbentuk yang lain, tetapi sebelah dalamnya akan berbentuk bulatan, karena adanya gaya radial yang simetri.
19
2. Pengecoran Semi Sentrifugal Densitas logam dalam akhir pengecoran lebih besar pada bagian luar dibandingkan dengan bagian dalam coran yaitu bagian yang dekat dengan pusat rotasi. Kondisi ini dimanfaatkan untuk membuat benda dengan lubang ditengah, seperti roda, puli. Bagian tengah yang memiliki densitas rendah mudah dikerjakan dengan pemesinan.Pada metode ini, gaya sentrifugal digunakan untuk menghasilkan coran yang pejal (bukan bentuk tabular). Cetakan dirancang dengan riser pada pusat untuk pengisian logam cair, seperti ditunjukkan dalam gambar.
Gambar 2.5 Proses Pengecoran Semi Sentrifugal Densitas logam dalam akhir pengecoran lebih besar pada bagian luar dibandingkan dengan bagian dalam coran yaitu bagian yang dekat dengan pusat rotasi. Kondisi ini dimanfaatkan untuk membuat benda dengan lubang ditengah, seperti roda, puli. Bagian tengah yang memiliki densitas rendah mudah dikerjakan dengan pemesinan. 3. Pengecoran Sentrifuge Dalam pengecoran sentrifuge cetakan dirancang dengan beberapa rongga cetak yang diletakkan disebelah luar dari pusat rotasi sedemikian rupa sehingga logam cair yang dituangkan ke dalam cetakan akan didistribusikan kesetiap rongga cetak dengan gaya sentrifugal, seperti yang ditunjukkan dalam gambar.
20
Gambar 2.6 Proses Pengecoran Sentrifuge. Proses ini digunakan untuk benda cor yang kecil, dan tidak diperlukan persyaratan semetri radial seperti dua jenis pengecoran sentrifugal yang lain. Perbedaan antara sentrifugal sejati, semi sentrifugal, dan sentrifuge ditunjukkan dalam tabel. Tabel 2.4 Perbedaan antara sentrifugal sejati,semi sentrifugal, dan sentrifuge Sentrifugal Sejati
Semi Sentrifugal
1. Benda cor memiliki
1. Benda cor
simetri radial.
memiliki simetri
Sentrifuge 1. tidak dipersyaratkan
radial 2. Pusat simetri
2. Pusat simetri
2. Rongga cetak
rongga cetak berada
rongga cetak
berada
pada pusat rotasi
berada pada
pusat rotasi.
diluar
pusat rotasi. 3.
Digunakan untuk
3
Digunakan untuk
3. Digunakan untuk
benda cor bentuk
benda cor yang
benda cor
tabular.
pejal(lubang
berlubang/tidak
dibuat belakang)
berlubang
(Sumber: Tditro, S.,2004). 2.6
Proses Pengecoran Logam Proses pengecoran akan dihasilkan Aluminium dengan sifat-sifat yang
diinginkan. Aluminium murni memiliki sifat mampu cor dan sifat mekanis yang tidak baik, maka dipergunakanlah Aluminium alloy untuk memperbaiki sifat
21
tersebut. Beberapa elemen alloy yang sering ditambahkan diantaranya tembaga, Magnesium, Mangan, Nnikel, Silikon dan sebagainya. Pada desain coran perlu dipertimbangkan beberapa hal sehingga diperoleh hasil coran yang baik, yaitu bentuk dari pola harus mudah dibuat, cetakan dari coran hendaknya mudah, cetakan tidak menyebabkan cacat pada coran. Untuk membuat cetakan, dibutuhkan saluran turun yang mangalirkan cairan logam kedalam rongga cetakan. Besar dan bentuknya ditentukan oleh ukuran, tebalnya irisan dan macam logam dari coran. Selanjutnya diperlukan penentuan keadaan-keadaan penuangan seperti temperatur penuangan dan laju penuangan. Karena kualitas coran tergantung pada saluran turun, penambah, keadaan penuangan, maka penentuannya memerlukan pertimbangan yang teliti. Sistem saluran adalah jalan masuk bagi cairan logam yang dituangkan ke dalam rongga cetakan. Tiap bagian diberi nama, dari mulai cawan tuang dimana logam cair dituangkan dari ladel, sampai saluran masuk ke dalam rongga cetakan. Bagian-bagian tersebut terdiri dari: cawan tuang, saluran turun, pengalir, dan saluran masuk. 1. Cawan tuang Merupakan penerima yang menerima cairan logam langsung dari ladel. Cawan tuang biasanya berbentuk corong atau cawan dengan saluran turun di bawahnya. Cawan tuang harus mempunyai konstruksi yang tidak dapat melakukan kotoran yang terbawa dalam logam cair dari ladel. Oleh karena itu cawan tuang tidak boleh terlalu dangkal. Kalau perbandingan antara: H tinggi logam cair dalam cawan tuang dan d diameter cawan, harganya terlalu kecil, misalnya kurang dari 3, maka akan terjadi pusaran-pusaran dan timbullah kerak atau kotoran yang terapung pada permukaan logam cair. Karena itu dalamnya cawan tuang sebaiknya dibuat sedalam mungkin. Sebaliknya kalau terlalu dalam, penuangan menjadi sukar dan logam cair yang tersisa dalam cawan tuang akan terlalu banyak sehingga tidak ekonomis. Oleh karena itu kedalaman cawan tuang biasanya 5 sampai 6 kali diameter.
22
2. Saluran turun Salurun turun adalah saluran yang pertama yang membawa cairan logam dari cawan tuang kedalam pengalir dan saluran masuk. Saluran turun dibuat lurus dan tegak dengan irisan berupa lingkaran. Kadang-kadang irisannya sama dari atas sampai bawah, atau mengecil dari atas kebawah yang pertama dipakai kalau dibutuhkan pengisian yang cepat dan lancar, sedangkan yang kedua dipakai apabila diperlukan penahan kotoran sebanyak mungkin. Salurun turun dibuat dengan melubangi cetakan dengan mempergunakan satu batang atau dengan memasang bumbung tahan panas yang dibuat dari samot. Samot ini cocok untuk membuat salurun turun yang panjang. Ukuran diameter saluran turun bervariasi, tergantung dari berat coran. 3. Pengalir Pengalir adalah saluran yang membawa logam cair dari saluran turun ke bagian-bagian yang cocok pada cetakan. Pengalir biasanya mempunyai irisan seperti trapesium atau setengah lingkaran sebab irisan demikian mudah dibuat pada permukaan pisah, lagi pula pengalir mempunyai luas permukaan yang terkecil untuk satu luas irisan tertentu, sehingga lebih efektif untuk pendinginan yang lambat. Pengalir lebih baik sebesar mungkin untuk melambatkan pendinginan logam cair. Logam cair dalam pengalir masih membawa kotoran yang
terapung,
terutama
pada
permulaan
penuangan
sehingga
harus
dipertimbangkan untuk membuang kotoran tersebut. Perpanjangan pemisah dibuat pada ujung saluran pengalir agar logam cair yang pertama masuk akan mengisi seluruh ruang pada cetakan, serta membuat kolam putaran pada saluran masuk dan membuat saluran turun bantu. 4. Saluran Masuk Saluran masuk adalah saluran yang mengisikan logam cair dari pengalir kedalam rongga cetakan. Saluran masuk dibuat dengan irisan yang lebih kecil dari pada irisan pengalir, agar dapat mencegah kotoran masuk kedalam rongga cetakan. Bentuk irisan saluran masuk biasanya berupa bujur sangkar, trapesium, segitiga atau setengah lingkaran yang membesar kearah rongga cetakan untuk mencegah terkikisnya cetakan. Kadang-kadang irisannya diperkecil ditengah dan
23
diperbesar lagi kearah rongga. Pada pembongkaran saluran turun, irisan terkecil ini mudah diputuskan sehingga mencegah kerusakan pada coran. 2.6 Pembuatan Coran Untuk membuat coran, harus dilakukan beberapa proses seperti pencairan, pembuatan cetakan, penuangan, pembongkaran dan pembersihan coran. Untuk mencairkan logam bermacam-macam dapur yang dipakai. Umumnya kupola ( dapur induksi frekwensi rendah ) dipergunakan untuk besi cor, dapur busur listrik (dapur induksi frekwensi tinggi ) digunakan untuk baja tuang dan dapur krus untuk paduan tembaga atau coran paduan ringan, karena dapur ini dapat memberikan logam cair yang baik dan sangat ekonomis untuk logam-logam tersebut. Pengecoran tekanan rendah adalah satu cara pengecoran dimana diberikan tekanan yang sedikit lebih tinggi dari tekanan atmosfer pada pembuatan logam dalam dapur, tekanan ini mengakibatkan mengalirnya logam cair ke atas melalui pipa kedalam cetakan. Pengecoran sentrifugal adalah suatu cara pengecoran dimana cetakan diputar dan logam cair dituangkan kedalamnya, sehingga logam cair tertekan oleh gaya sentrifugal dan kemudian membeku. 2.7 Matriks Matriks adalah fasa dalam komposit yang mempunyai bagian atau fraksi volume terbesar (dominan). Matriks mempunyai fungsi sebagai berikut : 1. Mentransfer tegangan ke serat. 2. Membentuk ikatan koheren, permukaan matrik/serat. 3. Melindungi serat. 4. Memisahkan serat. 5. Melepas ikatan. 6. Tetap stabil setelah proses manufaktur.
24
Gambar 2.7 Ilustrasi Matriks Pada Komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya, komposit dapat dibedakan menjadi:
Gambar 2.8 Klasifikasi komposit Berdasarkan bentuk dari matriks-nya 2.4.1. Komposit Matrik Logam (Metal Matrix Composites – MMC) Metal Matrix composites adalah salah satu jenis komposit yang memiliki matrik logam. Material MMC mulai dikembangkan sejak tahun 1996. Pada mulanya yang diteliti adalah Continous Filamen MMC yang digunakan dalam aplikasi aerospace. 1. Kelebihan MMC dibandingkan dengan PMC : a. Transfer tegangan dan regangan yang baik. b. Ketahanan terhadap temperature tinggi c. Tidak menyerap kelembapan. d. Tidak mudah terbakar. e. Kekuatan tekan dan geser yang baik. f. Ketahanan aus dan muai termal yang lebih baik
25
2. Kekurangan MMC : a. Biayanya mahal b. Standarisasi material dan proses yang sedikit 3. Matrik pada MMC : a. Mempunyai keuletan yang tinggi b. Mempunyai titik lebur yang rendah c. Mempunyai densitas yang rendah 4. Adapun beberapa Proses pembuatan MMC adalah : a. Powder metallurgy b. Casting/liquid ilfiltration c. Compocasting d. Squeeze casting Aplikasi MMC pada kehidupan sehari-hari dan dalam dunia keteknikan, yaitu sebagai berikut: 1. Komponen automotive (blok-silinder-mesin,pully,poros gardan,dll) 2. Peralatan militer (sudu turbin,cakram kompresor,dll) 3. Aircraft (rak listrik pada pesawat terbang) 4. Peralatan Elektronik 2.4.3 Pengecoran Metal Matrix Composite ( MMC ) Dengan Metode Centrifugal Cesting. pengecoran centrifugal cesting dilakukan dengan cara menuangkan paduan logam cair (MMC) ke dalam cetakan yang berputar. Di bawah pengaruh gaya sentrifugal benda coran akan padat, permukaan halus dan struktur logam yang dihasilkan mempunyai struktur fisik yang unggul. Umumnya cara ini cocok untuk benda coran yang berbentuk simetris .Dengan adanya pengaruh gaya sentrifugal ini maka benda coran akan mengalami pembekuan dan memadat. Pada pengecoran sentrifugal dengan material MMC bergerak rotasi sepanjang sumbu horizontal/vertikal, sesuai dengan penerapan Hukum II Newton, gaya sentrifugal pada benda yang berputar adalah sebanding dengan radius putar dan kuadrat dari kecepatan putarnya (Setyarini, P, H.,2011).
26
