JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
1
PENGARUH VARIASI SUDUT NOZZLE DAN JARAK NOZZLE PADA ARC SPRAY COATING TERHADAP KETAHANAN ABRASIF LAPISAN 13% CHROME STEEL Sugiono Setiawan dan Yuli Setiyorini Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS) Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111 E-mail:
[email protected] Paddle mixer cement retarder berfungsi sebagai penghancur dan pencampur suatu mineral. Paddle mixer cement retarder di PT. PETROKIMIA GRESIK menggunakan material Hardox 400. Pada proses kerjanya, padlle ini mengalami failure berupa abrasive-wear. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan nilai ketahanan abrasif-wear resistance menggunakan metode pelapisan 13 Chrome steel wire Arc spray dengan variasi sudut 45⁰, 90⁰ dan jarak nozzle 150mm, 200mm. Untuk menguji komposisi pada lapisan dan morfologi permukaan maka telah dilakukan pengujian dengan alat XRF dan SEM. Sedangkan untuk mengukur nilai kekerasan dan ketahanan abrasif pada lapisan dilakukan uji hardness superficial dengan standard ASTM E 18 dan uji abrasif. Dari penelitian ini didapatkan bahwa adanya pengaruh sudut dan jarak nozzle pada nilai kekerasan dan ketahanan abrasif pada lapisan coating dengan menggunakan metode Arc-Spray. Nilai kekerasan dan nilai ketahanan abrasif yang paling besar terjadi pada parameter sudut 90⁰ dengan jarak 200mm. Kata kunci: Arc Spray process, 13% Chrome steel wire, Pressure air, Abrasion resistance. I. PENDAHULUAN hermal spray adalah suatu proses pelapisan dimana bahan baku dipanaskan dan diteteskan ke permukaan. Dalam termal spray, material dapat berupa serbuk, kawat atau batang dan dimasukkan ke dalam flame yang dihasilkan oleh spray gun, di mana material akan meleleh dan disemprot secara cepat menuju substrat yang akan dilapisi. Energi panas dan kinetik dari nyala api dapat diproduksi dengan pembakaran campuran bahan bakar gas dan oksigen, atau dengan menggunakan sumber daya listrik. Berdasarkan sumber energinya, metode thermal spray dapat dibagi menjadi beberapa kelompok utama: Plasma Spray (atmosferic plasma APS, vakum plasma VPS, dan low pressure plasma LPPS), metode combustion flame spray (flame spray), metode high velocity oxy/air-fuel (HVOF / HVAF), metode arc spray dan lain-lain [1] Pelapisan thermal spray sering digunakan karena derajat kekerasan yang relative tinggi terhadap pelapisan cat. Untuk pelapisan logam dengan Thermal spray kekerasan dan kepadatan lapisan tergantung pada bahan thermal spray,jenis
T
peralatan thermal spray. Porositas lapisan tergantung juga pada proses Thermal spray,dan bahan Thermal spray. Arc spray merupakan metode thermal spray yang sederhana. Dapat digunakan di tempat dan tingkat cakupan yang relatif tinggi dibandingkan proses thermal spray yang lainnya. Wire lebih ekonomis dan mudah digunakan daripada serbuk. Ada beberapa parameter proses dariArc Spray, diantaranya: Power Elektrik berkisar 5 – 10 kW,Temperatur Arc : 6100 K dengan arus Arc 280 A,dan voltase Arc : berkisar antara 20-40 V. Material wire harus penghantar listrik,diameter wire: 1,6 – 5,0 mm. Dan ada pula beberapa prinsip parameter proses, diantaranya : laju deposisi berkisar antara 50 – 10000 g/min; jarak spray 50mm – 150mm; presssure air berkisar antara 0,2 – 0,7 Mpa; laju aliran gas 1300 slpm. Kekuatan tensile bond berkisar antara 10 sampai 30 Mpa untuk Zn dan Al coating (Schmidt dan Matthaus,1980) tetapi dapat mencapai nilai 70 Mpa untuk NiAl coating atau untuk NiCr+SiC komposit spray menggunakan SonarcTm. Porositasnya berkisar antara 10% sampai 20%. Ketebalan lapisan berkisar antara 100 sampai 2000 µm. [3] 13%Chrome steel adalah salah satu baja stainless steel. Stainless steel dapat dibagi menjadi tiga kelompok yaitu : Martensitic stainless steel, ferritic stainless steel, Austenic stainless steel. II. METODE PENELITIAN A. Preparasi spesimen untuk substrat Spesimen plate dipotong dengan ukuran 5cm x 5 cm sebanyak 9 kali,1cm kali 5cm sebanyak 2 kali Kemudian dilakukan penghalusan permukaan spesimen substratdengan menggunakan mesin grinding. Kemudian permukaan spesimen dikasarkan menggunakan serbuk keramik oksida berbentuk pellet dengan tekanan sebesar 7bar. Permukaan yang kasar dapat meningkatkan sifat adhesi antara substrat dengan endapan pelapis.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
2
C. Pengujian XRF Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui komposisi dari substrat. Serta untuk mengetahui komposisi dari bond coat dan top coat setelah proses pelapisan. Pengujian ini menggunakan mesin XRF PT. Petrokimia Gresik.
Gambar 1 Spesimen Hardox 400 B. Proses pelapisan Pada penelitian kali ini proses pelapisan dilakukan dengan beberapa parameter proses diantaranya: Pressure air 500kPa, kecepatan Arc-spray 100 m/s, ukuran diameter wire 1,6mm dan feed rate wire 90 g/min. Kemudian melakukan spraying wire 75B (NiAl) untuk membentuk lapisan bond coat. Pelapisan komposit NiAl ini bertujuan sebagai lapisan perekat atau bond coat antara top coat yaitu 13%Chrome steel dengan baja yaitu baja Hardox400. Selain itu juga untuk mencegah terjadinya oksidasi pada temperatur tinggi. Lapisan bond coat juga dapat menaikkan sifat adhesif dari lapisan topcoat. [10]. NiAl yang digunakan dalam penelitian ini berupa wire dengan diameter 1,6mm. Kemudian menyetel Arus DC 265 Ampere, Voltase DC 25 Volts. Kemudian melakukan spraying 13% chrome steel wire dengan Arus DC 170 Ampere,Voltase 29 volts, Pressure air 500kPa dengan sudut 45⁰ dan jarak penembakan 150mm untuk membentuk lapisan top coat pada substrat 1,2,3. Kemudian melakukan spraying 13% chrome steel wire dengan Arus DC 170 Ampere,Voltase 29 volts, Pressure air 500kPa dengan sudut 45⁰ dan jarak penembakan 200mm untuk membentuk lapisan top coat pada substrat 4,5,6. Kemudian melakukan spraying 13% chrome steel wire dengan Arus DC 170 Ampere,Voltase 29 volts, Pressure air 500kPa dengan sudut 90⁰ dan jarak penembakan 150mm untuk membentuk lapisan top coat pada substrat 7,8,9. Kemudian melakukan spraying 13% chrome steel wire dengan Arus DC 170 Ampere,Voltase 29 volts, Pressure air 500kPa dengan sudut 90⁰ dan jarak penembakan 200mm untuk membentuk lapisan top coat pada substrat 10,11,12.
D. Pengujian SEM SEM (Scanning Electron Microscopy) Merk Zeiss ini digunakan untuk mengidentifikasi morfologi dari substrat Hardox 400. Mengidentifikasi morfologi bond coat,serta mengindentifikasi top coat sebelum uji abrasif dan setelah uji abrasif pada masing2 parameter. E. Pengujian Hardness Pengujian Hardness dilakukan untuk mengetahui nilai kekerasan pada permukaan substrat dan lapisan coating. Pada substrat dan lapisan coating masing-masing parameter diambil lima titik untuk mengetahui persebaran kekerasan di permukaan. Metode yang digunakan untuk uji kekerasan pada penelitian ini ialah hardness superficial standard ASTM E 18. Dikarenakan metode ini hanya di butuhkan ketabalan tipis yang cocok untuk lapisan pada proses pelapisan Arc Spray ini. Metode ini menggunakan pembebanan total hanya 15 kgf[12] [5]. F. Pengujian Ketahanan Abrasif Ketahanan Abtrasif pada substrat,dan lapisan coating menggunakan lat uji seperti pada gambar 1
Gambar 3 Alat uji abrasif Parameter data uji abrasif seperti pada tabel 1. Tabel 1 Pengambilan data wear rate Beban 3254 gr
Gambar 2 Spesimen Hardox 400 setelah dicoating 13% chrom steel
Jari-jari ring
0,3 m
Kecepatan sudut
30 rpm
Kecepatan linier
100m/s
Ukuran Pasir Silica
70 mesh
Waktu
15 menit
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) III. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengujian Kekerasan Pengujian kekerasan yang dilakukan untuk mengetahui distribusi kekerasan pada daerah top coat disetiap variasi. Pengujian kekerasan menggunakan metode Rockwell Superficial 15T ASTM E18 dengan beban awal Po = 3kgf, P1 = 12kgf, dan diameter bola 1,5888mm. Pengambilan Data menggunakan Rockwell superficial 15T ASTM E18 dikarenakan hanya ingin melihat kekerasan dari coating yang memiliiki kedalaman 0,8mm. Untuk mempermudah analisa dan agar hasil pengujian valid maka dilakukan indentasi sebanyak 5 titik pada daerah top coat di setiap variasi. Berikut hasil komparasi dari uji kekerasan dari coating 13% chrome steel wire dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm, dan base metal:
HR Superficial 15T
100 80 60 40 20
Base metal 45⁰ jarak 150 mm 45⁰ jarak 200 mm 90⁰ jarak 150 mm 90⁰ jarak 200 mm
0 Gambar 4 Kurva komparasi nilai kekerasan base metal, lapisan coating dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm. Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa seluruh spesimen coating memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi dari base metal. Dikarenakan nilai kekerasan dari material coating (13 % chrome steel) sendiri lebih tinggi dibandingkan dengan nilai kekerasan base metal (Hardox 400). Hal ini disebabkan unsur Cr dari lapisan coating sangat tinggi, karena unsur Cr,Mn,Ni dapat meningkatkan kekerasan tetapi menurunkan keuletan[14]. Proses pelapisan ini sudah dapat meningkatkan nilai kekerasan pada permukaan spesimen,sehingga pelapisan 13% Chrome steel dapat diaplikasikan untuk meningkatkan nilai dari life time spesimen. Pada spesimen yang diberi pelapisan 13%Chrome steel dengan variasi sudut pada proses Arc-Spray dapat dilihat bahwa kekerasan meningkat dan mencapai titik maksimal pada sudut 90⁰.Sedangkan pada variasi jarak yang digunakan, memiliki nilai tertinggi pada jarak 200mm. Nilai kekerasan terendah didapat dari hasil sudut 45⁰ dan untuk variasi jarak adalah 150mm. Pada variasi sudut 45⁰ dan 90⁰ yang digunakan, menunjukkan perbedaan kekerasan yang sangat signifikan.
3
Sedangkan pada variasi jarak 150mm dan 200mm tidak menunjukkan perbedaan kekerasan yang signifikan. Pada coating dengan menggunakan sudut 90⁰ dan jarak 200mm memiliki nilai kekerasan yang tertinggi. Hal ini dikarenakan permukaan coating pada variasi tersebut memiliki kerapatan yang tinggi. Kerapatan permukaan dan porositas coating berperan dalam meningkatkan nilai kekerasan. Pada variasi jarak yang digunakan tidak menunjukkan adanya perubahan yang signifikan. Namun tetap adanya sebuah perbedaan dari variasi jarak tersebut. Hal ini seperti dengan penelitian yang menunjukkan bahwa jarak spray adalah parameter penting yang berpengaruh signifikan terhadap kekerasan, porositas dan kekasaran coating[9]. Sedangkan pada variasi sudut, sudut semprot sangat berpengaruh secara signifikan pada deposisi karakteristik dalam proses coating. Sementara dalam berbagai sudut, ikatan relatif efisiensi meningkat dengan peningkatan sudut semprotan dari nol sampai 100% [2] B. Pengujian Abrasif Nilai ketahanan abrasif merupakan tujuan utama dari penilitian ini. Membandingkan ketahanan abrasif dari base metal dan coating, serta mengetahui peningkatan ketahanan abrasif dengan variasi sudut dan jarak nozzle pada proses pelapisan arc-spray. Untuk mendapatkan nilai ketahanan abrasif dilakukan pengujian abrasif pada spesimen dengan parameter masing-masing. Pada pengujian abrasif kali ini didapatkan wear rate pada base metal, coating dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm. Pengujian abrasif ini dilakukan dengan menggunakan beberapa parameter, yakni: beban seberat 3254 gr, keceptan putaran 30rpm, diameter ring 30cm, dan waktu uji 15menit, serta menggunakan pasir silika media abrasif. Pada pengujian abrasif kali ini masing-masing spesimen menggunakan parameter yang sama guna dapat membandingkan wear rate antara base metal dengan lapisan coating, serta untuk mengetahui peningkatan ketahanan abrasif seiring dengan variasi sudut dan jarak nozzle pada proses pelapisan arc-spray. Untuk mempermudah analisa dan agar hasil pengujian valid maka dilakukan pengujian abrasive sebanyak 3 kali disetiap variable. Berikut hasil komparasi dari uji abrasif dari coating 13% chrome steel wire dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm dan base metal:
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) Gambar 5 Kurva komparasi nilai wear rate base metal, lapisan coating dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm. 6 5
Base metal
4
45⁰ jarak 150 mm
3
45⁰ jarak 200 mm
2 1
90⁰ jarak 150 mm 90⁰ jarak 200 mm
4
Sementara dalam berbagai sudut, ikatan relatif efisiensi meningkat dengan peningkatan sudut semprotan dari nol sampai 100% [2]. C. Analisa Uji Scanning Electron Microscope (SEM) SEM (Scanning Electron Microsope) digunakan untuk meneliti morfologi suatu material. Dalam hal ini dilakukan pengujian SEM guna mendapatkan morfologi pada bagian coating dan penampang melintang coating. Pada masingmasing parameter menghasilan bentuk morfologi dan porositas surface lapisan yang berbeda-beda. Berikut adalah hasil pengamatan SEM dari penampang melintang sampel coating 13%Cr steel dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, dan sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm.
0 Perhitungan ware rate menggunakan rumus 2.1 dan 2.2. Perhitungan wear rate menggunakan perhitungan linier lost volume per sliding unit (Hutching,1995). Perhitungan ini juga dilakukan oleh beberapa penelitian sebelumnya, salah satunya oleh Bressan menggunakan stainless steel (Bressan, 2008). Dari grafik di atas dapat dilihat bahwa substrat dengan pelapisan coating mengalami degradasi massa yang lebih kecil dibandingkan dengan base metal, sehingga memiliki nilai ketahan abrasif yang baik. Dikarenakan pada uji hardness didapatkan nilai kekerasan dari lapisan coating lebih tinggi dibandingkan base metal. Salah satu faktor yang mempengaruhi nilai ketahanan abrasif ialah nilai kekerasan dari sebuah material, hubungan dari nilai kekerasan dan ketahanan abrasif berbanding lurus. Pada spesimen yang telah dicoating dengan 13% chrome steel, perubahan wear rate sangat signifikan terjadi pada variasi sudut 45⁰ dan 90⁰. Sedangkan pada variasi jarak yang digunakan, terlihat tidak terjadi perubahan yang signifikan. Nilai wear rate yang tertinggi terjadi pada sudut 45⁰ jika dibandingkan dengan perubahan wear rate antara base metal sebesar 5,6 mm3/m x 10-2 dengan lapisan coating rata-rata sebesar 2,467 mm3/m x 10-2 Meskipun demikian dengan perubahan sudut dan jarak nozzle tetap terjadi penurunan wear rate,dimana pada sudut 45⁰ jarak 150mm terjadi wear rate sebesar 3,14 mm3/m x 102 , pada sudut 45⁰ jarak 200mm sebesar 3,31 mm3/m x 10-2, pada sudut 90⁰ jarak 150mm sebesar 2,03 mm3/m x 10-2 dan sedangkan pada sudut 90⁰ jarak 200mm sebesar 1,39 mm3/m x 10-2. Fakta ini menunjukan bahwa sudut 90⁰ dan jarak nozzle 200mm pada proses Arc-Spray memiliki wear rate paling sedikit atau memiliki nilai ketahanan abrasif yang tertinggi. Pada variasi jarak yang digunakan tidak menunjukkan adanya perubahan yang signifikan. Namun tetap adanya sebuah perbedaan dari variasi jarak tersebut. Hal ini sama seperti penelitian yang menunjukkan bahwa jarak spray adalah parameter penting yang berpengaruh signifikan terhadap kekerasan, porositas dan kekasaran coating[9]. Sedangkan pada variasi sudut, Hal ini sesuai dengan penelitian yang menunjukkan sudut semprot sangat berpengaruh secara signifikan pada deposisi karakteristik dalam proses coating.
Gambar 6 Gambar sampel penampang melintang coating hasil pengamatan SEM perbesaran 100x (a) sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm,(b) sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm,(c) sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm,(d) sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm. Pada gambar (a) menunjukkan ketebalan dari coating sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm terhadap base metal sebesar 836,4 µm, (b) ketebalan dari coating sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm terhadap base metal sebesar 856,8 µm, (c) ketebalan dari coating sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm terhadap base metal sebesar 807,4 µm, dan gambar (d) ketebalan dari coating sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm terhadap base metal sebesar 889,1 µm dan 836,4 µm. Pada gambar 4.4 diatas, parameter yang diambil tidak menunjukkan perbedaan ketebalan yang signifikan dari lapisan coating. Pada metode Arc-spray range dari ketebalan lapisan berkisar antara 100µm sampai 2000µm [7]. Dengan demikian ketebalan coating di penelitian ini masih berada ditoleransi ketebalan metode Arc Spray. Berikut adalah hasil pengamatan SEM dari sampel coating 13%Cr steel dengan sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, dan sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
5
Gambar 7 Gambar sampel coating hasil pengamatan SEM perbesaran 100x (a) sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm,(b) sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm,(c) sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm,(d) sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm.
Gambar 8 Gambar sampel coating dari hasil pengamatan SEM perbesaran 500x (a) sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm,(b) sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm,(c) sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm,(d) sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm.
Pada gambar 4.4, terlihat morfologi surface coating 13% Chrome Steel dengan perbesaran 100x. Pada gambar (a), (b), (c), dan (d) terlihat bahwa lapian surface paling atas tidak rata. Hal ini di sebabkan karena pada proses pelapisan ini tidak ada perlakuan finishing (grinding dan polishing). Pada proses ArcSpray, finishing dilakukan sesuai dengan kebutuhan dan fungsi dari pelapisan. Pada gambar (a), (b), (c), dan (d) terlihat bahwa lapisan surface paling atas memiliki tingkat kerapatan yang berbeda. Pada gambar (d) terlihat memiliki tingkat kerapatan yang paling tinggi, sedangkan pada gambar (a) terlihat memiliki tingkat kerapatan yang paling rendah dibandingkan dengan variable yang lainnya. Pada gambar (d) lapisan coating dengan sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm menunjukan tingkat kerapatan yang terjadi pada surface paling sedikit jika dibandingkan dengan gambar (a), (b) dan (c). Berikut perbesaran 500x seperti pada gambar 4.5 menunjukan porositas pada sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm, sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm, sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm. Dimana masing-masing ukuran porositasnya 23.21µm, 17.7µm, 20.10µm, dan 12.24µm.
Pada gambar (a), (b), (c), dan (d) terlihat bahwa lapisan surface paling atas memiliki tingkat porositas yang berbeda. Pada gambar (d) terlihat memiliki tingkat porositas yang paling kecil yaitu sebesar 12.24µm, sedangkan pada gambar (a) terlihat memiliki tingkat porositas yang paling tinggi dibandingkan dengan variable yang lainnya yaitu sebesar 23.21µm. Hal ini di karenakan pada variable sudut 90⁰ partikel-partikel coating 13% Chrom Steel memiliki efesiensi relative deposisi lebih tinggi daripada variasi sudut 45⁰. Fakta ini sesuai dengan penelitian yang menunjukkan bahwa sudut semprot sangat berpengaruh secara signifikan pada deposisi karakteristik dalam proses coating oleh [2]. Setelah melakukan investigasi morfologi lapisan coating masing-masing parameter, dilakukan investigasi morfologi lapisan coating setelah pengujian abrasif. Berikut merupakan hasil SEM setelah pengujian Abrasif dengan perbesaran 50x:
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print)
6
Top Coat merupakan lapisan paling penting pada penelitian ini, nilai yang diharapkan pada top coat adalah nilai kekerasan dan ketahanan abrasif yang tinggi. Top Coat yang digunakan ialah 13% Crhom Steel. Untuk memastikan material pada top coat merupakan 13%Crhom Steel maka menggunakan uji XRF. Berikut merupakan hasil uji XRF pada substrat, bond coat, dan top coat seperti pada tabel 4.8
Gambar 9 Gambar sampel coating setelah uji abrasive dari hasil pengamatan SEM perbesaran 50x (a) sudut nozzle 45⁰ jarak 150mm,(b) sudut nozzle 90⁰ jarak 150mm,(c) sudut nozzle 45⁰ jarak 200mm,(d) sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm. Dari gambar 4.6 menunjukkan bahwa masing-masing lapisan coating setelah dilakukan pengujian abrasif terlihat menggerus atau hanya menghaluskan permukaan coating. Lapisan coating tersebut masih ada dan hasil pengujian abrasif tidak sampai mengenai base metal. Dengan demikian terbukti jika lapisan coating tidak terlepas dari base metal dikarenakan ikatan mekanik bond strength dari lapisan kokoh. Gambar (a), (b), (c) dan (d) menunjukkan perbedaan profil luka dari hasil uji abrasif. Pada sudut nozzle 90⁰ jarak 200mm terlihat jika lapisan coating yang tergerus sangat sedikit. Dan sebaliknya pada sudut 45⁰ jarak nozzle 150mm mengalami penggerusan yang sangat banyak. D. Analisa X-Ray Fluorescence (XRF) XRF (X-Ray Fluorescene) digunakan untuk menentukan komposisi kimia pada suatu material. Dalam hal ini dilakukan pengujian XRF guna mendapatkan komposisi kimia pada bagian substrat, bond coat dan top coat. Sebelum di lakukan proses pelapisan, material substrat yang akan digunakan akan di uji XRF terlebih dahulu untuk mengetahui kompoisi dari material tersebut. Bond coat salah satu komponen penting dalam Themal Spray, dimana bond coat berperan sebagai pengikat antara substrate dan top coat. Maka ada beberapa material yang sering digunakan sebagai lapisan bond coat untuk metode ArcSpray. Setiap Material bond coat memiliki tensile strength berbeda. Untuk Zn dan Al kekuatan tensile bond berkisar antara 10 sampai 30 Mpa, sedangkan untuk NiAl coatings untuk NiCr+SiC berkisar 70 Mpa [7]. Dari hasil tabel di atas,dapat diketahui bahwa bond coat yang digunakan merupakan NiAl. Data dari Praxair and TAFA Arc Spray bond Arc R wire 75B R bond strength tensile yang dimiliki 9.100 psi (62,8 Mpa) memiliki korelasi dengan tinjauan pustaka lech pawlosky [7].
Tabel 2 Hasil uji komposisi substrat, bond coat, top coat. Elemen Substrat Setelah Setelah Dilapisi Dilapisi Bond Coat Top Coat Fe 97,93 1,37 83,9 Cr 0,1 13,11 Ni 86,12 0,2 Mn 1,169 0,30 0,51 Si 0,247 0,37 0,61 Al 0,044 1,61 C 0,197 0,3 Mo 0,045 0,07 0,02 Cu 0,035 0,07 0,09 S 0,045 0,2 P 0,0178 Ti 0,7 Co 0,04 Dari tabel 4.1, Dapat diketahui komposisi-komposisi kimia dari substrat, bond coat dan top coat. Pada material substrat terdapat terdapat unsur Fe 97.93 %, unsur Mn 1.169 %, unsur Si 0,247%, unsur S 0,045%, unsur P 0,0178%, unsur C 0,187%. Komposisi tersebut sesuai dengan wear resistant plate. Pada material substrat yang dilapisi bond coat didapatkan unsur Ni sebesar 86,12% dan Al sebesar 1,61%, ini menunjukan pada lapisan bond coat merupakan material base nikel, sehingga diharapkan memiliki bond strength tinggi agar memiliki ketahananan abrasif yang tinggi dan lapisan coating tidak lepas dari base metal. Base nikel memiliki nilai bond strentgh 70 Mpa lebih besar dibandingkan dengan bond coat Zn dan Al yang hanya berkisar 10 – 30 Mpa[7] dan data dari “Praxair and TAFA Arc Spray bond Arc R wire 75B R bond strength tensile yang dimiliki 9.100 psi (62,8 Mpa). Pada material substrat yang telah dilapisi bond coat dan top coat di dapatkan unsur Fe sebesar 83,9%, dan Cr sebesar 13,11%, Hal ini menunjukkan bahwa pada lapisan terluar pada proses terluar ini merupakan material 13% Chrome steel. Pada lapisan ini juga terdapat unsur Ni hanya sebesar 0,2%. Hal ini menunjukkan jika pada penelitian ini proses peapisan Arc Spray hanya terjadi ikatan mekanik. Terjadinya ikatan mekanik disebabkan karena penguncian secara mekanik (mechanical interlocking) pada bagian permukaan yang berkontak secara langsung [7].
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 2, No. 1, (2013) ISSN: 2337-3539 (2301-9271 Print) IV. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa: 1. Didapatkan nilai wear rate yang paling kecil pada variasi sudut 90⁰ jarak 200mm yaitu 1,39 mm3/m x 10-2. 2. Didapatkan nilai kekerasan yang paling besar pada variasi sudut 90⁰ jarak 200mm yaitu 88,312 HR15T. 3. Nilai kekerasan dan ketahanan abrasif yang tertinggi terjadi pada sudut 90⁰ dengan jarak nozzle 200mm. DAFTAR PUSTAKA [1] B.Q. wang, M. W. Setz. 2001. Comparison in erosion behavior or iron-base coating sprayed by three different arcspray processes. Journal of wear. USA. [2]Fukanuma, H. 2003. Effect of Spray Angle on Deposition Characteristics in Cold Spraying. China. [3]Friedrich Franek, Ewald Badisch and Martin Krichgabner. 2009. Advanced Methods for Characterisation of Abrasion/Erosion Resistance of Wear Protection materials. Faculty of Mechanical Engineering,Belgrade. [3]I. Gedzevicius, A.V. Valiulis. 2009. Analysis of Wire Arc Spraying Process variables on coatings properties. Journal of material Science and welding. Lithuania. [4]Joseph V. Koleske. 2008. Mechanical Properties of Solid Coatings. USA : Charleston. [5]Low, Samuel R. 2001. Practice Guide Rockwell Hardness Measurement of Metallic Material. National Institute of Standards and technology: US Department of Commerce. [6]P. Berghofer. ------. Abrasion Resistance of Sputtered Hard Coatings. Austria: Leoben. [7]Pawlowski, L. 2008. The Science And Engineering Of Thermal Spray Coatings. France : Willey. [9]Sarikaya, Ozkan. 2005. Effect of some parameters on microstructure and hardness of alumina coatings prepared by the air plasma spraying process. Turkey. [10]T. watanabe, Wang. X, E. Pfender. 1998. J. Heberlein. Correlation between electrode phenomena and coating properties in wire arc spraying. Journal of thin solid films. Japan. [11]Wang Rujiun, Xu Lin, Zhang Tianjin, Huang Xiaoou. 2010. The Properties of the High Productive High Velocity Arc Sprayed Coatings and its Applications. Surface Engineering Technology. China [12]_____. 2000. ASTM E18-00 (Standard Test Methods for Rockwell Hardness and Rockwell Superficial Hardness of Metallic Materials). ASTM Committee. West Conshohocken. USA: ASTM International. [13]_____. 1991. ASM Metals Hand Book. Vol 8, Material Testing. United States of America: ASM International. [14] ___. 2002. ASM Handbook Vol. 1 (Properties and Selection: Irons, Steels, and High Performance Alloys). ASM International. Material Park. Ohio. USA. [15]___. 2002. ASM Metals Handbook Vol. 5 (Surface Engineering). ASM International. Material Park. Ohio. USA. [16]___. 2002. ASM Metals Handbook Vol. 18 (Friction, Lubrication, and Wear Technology). ASM International. Material Park. Ohio. USA.
7
