PENGARUH MILLING TIME PADA PROSES MECHANICAL ALLOYING DALAM PEMBENTUKAN FASA INTERMETALIK γ-TiAl DENGAN MENGGUNAKAN HIGH ENERGY MILLING Dosen Pembimbing: 1. Hariyati Purwaningsih, S.Si, M.Si 2. Ir. Rochman Rochiem, M.Sc
Oleh
Galuh Intan Permata Sari 2708 100 015
Gambaran Umum Penelitian • Intermetalik TiAl banyak digunakan pada beberapa komponen yang bekerja pada temperatur tinggi
• Pada penelitian ini dilakukan sintesa fasa intermetalik sebagai penguat dalam pembentukan material Metal Matric Composit (MMC) yang dapat diaplikasikan dalam pembuatan komponen otomotif seperti conecting rod.
Tujuan Penelitian • Untuk menganalisa pembentukan senyawa intermetalik γ-TiAl akibat pengaruh variasi milling time.
• Untuk mempelajari mekanisme pembentukan fasa intermetalik γ-TiAl.
Intermetalik • Intermetalik adalah fasa atau senyawa bentukan dari unsur – unsur metal, dimana struktur kristalnya berbeda dari struktur kristal metal secara individual.
Sifat fasa Intermetalik
Kelebihan: kekuatan baik pada temperatur tinggi penghambat oksidasi dan korosi yang baik melting point tinggi kekakuan tinggi ketahanan terhadap creep baik densitas rendah.
Kelemahan: •Getas •keelastikannya rendah pada temperatur rendah
Fasa intermetalik γ-TiAl • Titanium Aluminides (γ -TiAl) yang mempunyai komposisi atomik paduan Ti 50% at dan Al 50% at Sifat fasa intermetalik γ-TiAl
densitas rendah ketangguhan dan spesifik stiffness tinggi creep resistance baik pada temperatur tinggi struktur kristal tetragonal keuletan yang rendah pada temperatur rendah
Diagram fasa TiAl
Mechanical Alloying (MA) Mechanical alloying (MA) adalah proses penggilingan mekanik untuk memproduksi paduan hasil dari pencampuran serbuk dengan ukuran yang homogen menggunakan high energy ball milling (Suryanarayana, 2001).
Faktor yang Mempengaruhi MA
Mesin milling Kecepatan milling PCA
Mechanical Alloying Waktu Milling
BPR
Temperatur Milling
Mekanisme Mechanical Alloying
Al Solid solution
Ti
Terbentuk necking
Al
Ti
Kajian Penelitian • Peneliti : Enayati, dkk. (2009) • Metode : Mechanical Alloying (planetary ball mill, type Fritz pulverisette) • Parameter : • kecepatan rotasi vial : 600 rpm • Kecepatan disc : 300 rpm • BPR 10:1 • komposisi : Ti 50% wt Al • variasi waktu milling : 10, 40, 60, 80 jam • perlakuan panas : annealing.
Hasil penelitian
Pada milling time yang lebih lama, terjadi deformasi mekanik yang dapat menyebabkan fase amorf TiAl menjadi kristalin akibat dari akumulasi energi Milling time sangat mempengaruhi proses pembentukan fasa intermetalik, yaitu diawali dari bentuk amorfus metastabil hcp Ti(Al) SS TiAl (L10) sehingga harus dapat memperkirakan milling time yang tepat agar hasil dari proses mechanical alloying dapat menghasilkan fasa intermetalik TiAl . proses annealing pada temperatur 700oC menyebabkan transformasi dari fase amorfus menjadi metastabil hcp kemudian menjadi intermetalik γ-TiAl.
Diagram Alir Penelitian
Rancangan Penelitian Milling Time (jam)
Pengujian XRD
SEM
Termal DTA
TMA
0.5
√
√
-
-
4
√
-
√
-
6
√
-
√
-
8
√
√
√
√
Identifikasi Fisik Hasil Mechanical Alloying 0.5 jam
4 jam
6 jam
8 jam
Hasil Pengujian Difraksi Sinar – X (XRD) Al
Ti
γ-TiAl
Ti(Al)
8jam
intensity
6jam
4jam
0.5jam
30
40
50
60
2 Theta (degree)
70
80
90
Analisa Data hasil XRD Paduan TiAl Milling Time
0.5 jam
4 jam
6 jam
8 jam
Identifikasi Fasa
Puncak Difraksi 2θ
FWHM
Integrited Intensity
Al
38.47573
0.3104
987.36
Ti
40.15847
0.3641
744.18
Al
38.48385
0.4991
385.16
Ti
40.18914
0.5808
489.68
Ti(Al)
38.56272
0.4523
289.71
Ti
40.18005
0.5543
383.96
γ-TiAl
38.69483
0.6569
225.45
Ti
40.22846
0.5808
314.31
Ukuran Kristal Paduan TiAl Hasil Proses Mechanical Alloying milling time
Fasa
λ (Å)
B (rad)
θo
Cos θ
D (nm)
0.5jam
Al
1.5405
0.0054
19.237
0.944
27.199
0.0063
20.079
0.939
23.438
0.0087
19.241
0.944
16.882
0.0101
20.094
0.939
14.619
0.0079
19.281
0.954
18.486
0.0097
20.090
0.939
15.222
0.0115
19.347
0.954
12.637
0.0101
20.114
0.939
14.619
Ti 4 jam
Al
1.5405
Ti 6 jam
Al
1.5405
Ti(Al) 8 jam
γ-TiAl Ti
1.5405
Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 0.5 jam a
b
c
d
Gambar Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 0.5 jam dengan Perbesaran a)1000 dan b) 5000 kali c)15.000 dan d) 30.000 kali.
Hasil EDAX paduan AlTi hasil milling time 0.5 jam
Element
Wt%
At%
Al Ti
37.00 63.00
51.04 48.96
Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 8 jam a
b
c
d
Gambar Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 8 jam dengan Perbesaran •1.000, b) 2.500, c) 5.000, dan d) 10.000 kali.
Hasil EDAX paduan AlTi hasil milling time 8 jam
Element
Wt%
At%
Al Ti
35.17 64.83
49.05 50.95
Grafik Hasil Pengujian DTA
Analisa Data Hasil Pengujian DTA Milling
Fenomena
Time
Endoterm/Eksote rm
4 jam
6 jam
8 jam
Temperatur
Hipotesa Peristiwa
Endoterm
610 oC
Melting Alumunium
Eksoterm
650 oC
Temperatur Kristalisasi
-
670–900 oC
Pembentukan fasa γ-TiAl (transformasi metasatbil TiAl manjadi γ-TiAl)
Endoterm
542 oC
Melting Alumunium
Eksoterm
615 oC
Temperatur Kristalisasi
-
660-900
Pembentukan fasa γ-TiAl (transformasi metasatbil TiAl manjadi γ-TiAl)
Eksoterm
585 oC
Temperatur Kristalisasi
-
620-900 oC
Pembentukan fasa γ-TiAl (transformasi metasatbil TiAl manjadi γ-TiAl)
Grafik Hasil Pengujian TMA Paduan TiAl milling time 0 jam
Grafik Hasil Pengujian TMA Paduan TiAl Milling Time 8jam
Koefisien thermal paduan TiAl Milling time
Koefisien Ekspansi Thermal 200 oC
600 oC
0.5 jam
36.01 x 10-6/oC
27.08 x 10-6/oC
8 jam
16.40 x 10-6/oC
23.02 x 10-6/oC
KESIMPULAN • Semakin lama milling time maka ukuran kristal dari paduan TiAl akan semakin kecil. Kenaikan milling time dari 0.5 ke 8 jam menyebabkan reduksi ukuran kristal dari 27.199 nm menjadi 12.637 nm. • Dengan semakin kecil ukuran kristal maka interdiffusion yang terjadi antar paduan TiAl semakin kuat. Sehingga powder menjadi lebih reaktif untuk membentuk fasa baru. • Fasa intermetalik -TiAl terbentuk pada milling time 8 jam, diawali dengan terbentuknya solid solution Ti(Al) pada milling time 6 jam.
• Proses Mechanical Alloying dapat menurunkan koefisien ekspansi termal dari paduan TiAl.
SARAN • Perpanjangan milling time untuk menghasilkan single phase -TiAl yang lebih homogen. • Penambahan proses anneal setelah mechanical alloying dapat membantu pembentukan single phase -TiAl yang diinginkan.
• Penambahan kandungan Process Control
TERIMA KASIH
Serbuk Ti 64%at= 6,4 gram Spesifikasi : Ti 98% ukuran partikel ≤ 150 µm
Bahan Penelitian Serbuk Al 36% at = 3,6 gram Spesifikasi : Al 90% ukuran partikel ≤ 45 µm
Milling time • • • •
Berpengaruh pada pembentukan fasa Proses interdiffusion Homogenitas serbuk Welding dan fracturing
