SiC DENGAN VARIASI WAKTU TAHAN SINTER

Prosiding Seminar Nasional Sains dan Teknologi-II 2008 Universitas Lampung, 17-18 November 2008

STRUKTUR MIKRO DAERAH LAMINASI KOMPOSIT LAMINAT HIBRID Al/Al2O3-Al/ SiC DENGAN VARIASI WAKTU TAHAN SINTER Widyastuti*, Anne Z**, Dedi P**, Eddy S. Siradj**, Sulistijono* *Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Surabaya email: [email protected] **Departemen Metalurgi dan Material Universitas Indonesia Kampus UI Depok

ABSTRAK Material murah dan ringan menjadi persyaratan utama dalam dunia otomotif. Persyaratan ini memunculkan inovasi dalam pembuatan komposit laminasi Metal Matrix Composite (MMC) berbasis Alumunium dengan filler SiC maupun Al2O3, hanya saja metode laminasi sebagai pengembangan metode metalurgi serbuk belum banyak dilakukan, termasuk pengamatan mikrostruktur pada daerah laminasi.Penelitian ini menggunakan serbuk Aluminium sebagai matriks dan serbuk Alumina dan SiC sebagai penguatnya. Pada proses pembuatan komposit lamina isotropic Al/Al2O3-Al/ SiC, variasi waktu tahan sangat berpengaruh terhadap kualitas akhir komposit. Variasi waktu tahan sinter yang digunakan ádalah 2, 4, dan 6 jam. Sedangkan temperatur sinter yang digunakan adalah 600˚C. pada penelitian ini menggunakan cold compaction dengan variasi penekanan 15 kN dan 25 kN. Pengujian yang dilakukan adalah uji MO dan SEM.Dari hasil penelitian diperoleh bahwa densitas tertinggi dicapai saat 40%Vf SiC/40Vf Al2O3 dengan waktu tahan 6 jam yaitu 2,9 gr/cm3. Densitas komposit laminat hibrid terendah dicapai saat 10Vf SiC/10%vf Al2O3 dengan waktu tahan 2 jam yaitu 2,3gr/cm3. Porositas tertingi terjadi pada saat fraksi volumenya 10 % untuk variasi waktu tahan 2 jam dan 4 jam yaitu sebesar 17 %. Sedangkan porositas terendah terjadi pada saat fraksi volumenya 40 % untuk variasi waktu tahan 6 jam yaitu sebesar 3 %., sedangkan nilai shrinkage tertinggi terjadi pada fraksi volume 10 % dengan waktu sinter 2 jam yaitu nilainya sebesar 63 %, sedangkan nilai shrinkage terendah terjadi pada saaat fraksi volume 30 % dengan waktu tahan sinter 6 jam dengan nilai shrinkage sebesar 13 %. Kata Kunci: Struktur mikro, Laminat Hibrid Al/Al2O3-Al/ SiC, Waktu tahan sinter.

1. PENDAHULUAN Dewasa ini industri otomotif di Indonesia berkembang dengan pesat, sehingga perlu didukung penyediaan suku-cadang yang berkualitas baik dan berharga murah. Penggunaan bahan berbasis baja memiliki sifat mekanik yang baik tetapi ketahanan korosinya kurang baik, maka diperlukan metode baru untuk menghasilkan bahan yang berkualitas dan memiliki ketahanan korosi yang baik. Bahan komposit berbasis metalurgi serbuk merupakan salah satu solusi yang dapat dikembangkan, karena pada komposit akan dihasilkan sifat yang baru dari dua atau lebih campuran yang berbeda (Arifin, 2002). Jenis komposit yang banyak dikembangkan industri otomotif dewasa ini adalah komposit yang matriknya berupa logam (MMC/Metal Matrik Composite), yaitu komposit bermatrik aluminium (AMC/Aluminium Matrix Composit). Saat ini AMC digunakan dalam ISBN : 978-979-1165-74-7

V-116


industri otomotif untuk mesin piston, disk brake, gear dll. Kelebihan dari AMC adalah ringan, memiliki kekerasan tinggi, modulus spesifik yang tinggi dan sifat ketahanan aus yang baik. Aluminium merupakan jenis logam yang lebih ulet dan memiliki ketahanan korosi yang lebih baik dari pada baja, sedangkan alumina memiliki sifat kekerasan yang tinggi dan tahan terhadap korosi (Evans et al, 2000). Demikian juga dengan SiC yang juga mempunyai tingkat kekerasa yang tinggi. Dengan menggunakan aluminium sebagai matrik dan alumina dan SiC sebagai penguat dari bahan komposit diharapkan diperoleh komposit dengan sifat kekerasan relatif tinggi dan keuletan yang lebih besar dari baja serta memiliki ketahanan korosi yang baik. Penelitian ini menggunakan metode metalurgi serbuk dengan serbuk aluminium sebagai matrik dan serbuk alumina dan SiC sebagai penguat. Pada proses pembuatan komposit lamina isotropik Al/Al2O3-Al/SiC dengan proses metalurgi serbuk, variasi waktu tahan sintering sangat berpengaruh terhadap kualitas akhir komposit (Widyastuti, 2007). Variasi holding time yang digunakan adalah 2, 4, dan 6 jam. Pada penelitian ini menggunakan cold compaction/penekanan pada temperatur kamar dengan variasi tekanan 15 kN dan 25 kN karena gaya tekan ini berada diantara yield strength matrik dan penguatnya. I. 1 Porositas Porositas pada Komposit yang dibuat dengan menggunakan proses metalurgy serbuk pada umumnya cenderung lebih tinggi dibandingkan metalurgy cair (casting). Hal ini disebabkan karena sepanjang tahapan proses metalurgi serbuk terdapat kemungkinan adanya udara atau lubrikan yang terjebak diantara partikel serbuk seperti misalnya saat penimbangan serbukk, pencampuuran, dan saat kompaksi (Chandrawan, 1998). Porositas dapat terjadi akibat terjebaknya lubrikan atau gas dan terjadinnya proses necking yang tidak terjadi secara sempurna. Prediksi secara tepat kekuatan mekanik material porus dapat dilakukan dengan mempertimbangkan bentuk porus, orientasi porus dan volume porus. Analisa porus pada umumnya hanya mempertimbangkan efek fraksi volume porositas dalam kaitanya dengan kekuatan komposit porus (Gibson, 1994). Persyaratan dasar kekuatan komposit terletak pada kualitas kekuatam antarmuka matrik dan penguat. Ikatan antarmuka inilah yang menjadi jembatan transmisi tegangan luar yang diberikan dari matrik menuju partikel penguat. Jika ikatan yang terjadi antara matrik dengan penguat terjadi dengan baik maka transmisi tgangan ini dapat berlangsung dengan baik. Keberadaan porus yang terletak pada daerah antarmuka antar serbuk matrik dan ppenguat menyebabkan terhalangnya pembentukan ikatan antar partikel penguat sepanjang proses kompaksi maupun pembentukan liquid bridge sepanjang proses sintering. Porositas juga merupakan pusat konsentrasi tegangan eksternal yang dapat menurunkan kemampuan material dalam menahan beban eksternal. Keberadaan porositas menyebabkan penurunan sifat mekanik komposit. ISBN : 978-979-1165-74-7

V-117


Pada komposit laminat Al/SiC-Al/Al2O3, porositas tidak hanya terjadi pada daerah antar muka matriik dan penguat namun juga terjadi pada daerah laminasi antar lapisannya. Hal ini berakibat lapisan pertama (Al/SiC) dan lapisan kedua (Al/Al2O3) meskipun bermatrik sama yaitu aluminium tidak dapat berikatan secara baik membentuk komposit lapis tunggal. Model porositas pada komposit laminat Al/SiC-Al/Al2O3 ada 2 macam yaitu porositas antar partikel dan porositas antar laminasi. Pada umumnya total porositas antar partikel serbuk masih lebih kecil dibandingkan porositas pada daerah laminasi. Sehingga porositas pada komposit laminat Al/SiC-Al/Al2O3 dikontribusi dari porositas antar partikel serbuk dan porositas pada daerah lamminasi. Meskipun demikian sangat sulit untuk menentukan prosentase kontribusi porositas antar partikel serbuk dan kontribusi akibat porositas pada daerah laminasi. Porositas sangat berhubungan erat dengan kompaktibilitas. Semakin kecil ukuran serbuk maka luas kontak permukaan antar butir semakin luas. Sehingga porositasnya semakin kecil maka sifat kompaktibilitas bahan semakin tinggi. Porositas bahan dapat ditentukan dengan pengukuran densitas bahan. Dengan mengetahui densitas teoritas (ρt) dan densitas sintering (ρs). Densitas teoritis adalah densitas yang mengikuti aturan hukum campuran (rule of mixture) (Widyastuti, 2001). Densitas sintering merupakan densitas bahan yang setelah mengalami proses sintering. Fraksi porositas ditentukan dengan persamaan sebagai berikut : P = 1- (ρs / ρt) ....................................(1.1) 1. 2 Shrinkage Selisih nilai green density dengan sinter density menyatakan persen penyusutan (shringkage) akibat menguapnya gas atau pelumas yang terjebak diantara partikel serbuk. Penyusutan (shrinkage) pori terjadi selama proses sintering. Selisih antara green density dan sintered density adalah penyusutan pori yang terjadi.

2. METODE PENELITIAN 2. 1 Preparasi sample Pada tahap ini dilakukan penimbangan serbuk Al-Al2O3 dan Al-SiC sesuai dengan fraksi volume masing masing. Fraksi volume SiC/Al2O3 dibuat 10%Vf SiC/10% Vf Al2O3, 20%Vf SiC/20% Vf Al2O3, 30%Vf SiC/30% Vf Al2O3, dan 40%Vf SiC/40% Vf Al2O3. Sampel yang dibuat dalam bentuk balok dengan panjang 7 cm, lebar 1 cm, dan tinggi 0,5cm dan dilakukan penimbangan massa serbuk matrik Al dan Al2O3

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-118


Tabel 2.1 Data Massa Matriks (Al) dan Penguat( SiC/Al2O3) Vf

10% 20% 30% 40%

Vol. Komp . (cm3) 0.6 0.6 0.6 0.6

Al

Al2O3

SiC

wm (gr)

wf (gr)

wf (gr)

1.701 1.512 1.323 1.134

0.2723 0.5446 0.8169 1.0892

0.203 0.406 0.609 0.812

2. 2 Pelapisan Pada tahap ini dilakukan proses pelapisan pada penguat SiC dan Al2O3 dengan bahan pelapis MgAl2O4. HNO3(40ml) + Mg(0,02gr) +Al (1gr) diaduk dengan magnetik stirrer hingga bening dan selanjutnya dimasukkan partikel SiC (16gr) yang akan dilapisi permukaannya. Seelah diaduk hingga kering selanjutnya partikel SiC ini di panaskan pada suhu 200oC selama 1 jam dan 400oC selama 1 jam juga. Cara yang sama dilakukan untuk pelapisan partikel Al2O3. 2. 3 Pencampuran Proses pencampuran antara matrik Aluminium dan partikel penguat SiC maupun Al2O3 yang digunakan adalah pencampuran basah (wet mixing), yaitu pencampuran dengan menambahkan pelarut polar berupa etanol dan pengadukan dilakukan dengan magnetik stirrer. 2. 4 Penekanan Metode

penekanan

yang

digunakan

adalah

metode

penekanan

dingin(cold

compression). Tujuan menggunakan metode ini adalah untuk menghindari terbentuknya oksidasi pada aluminium. 2. 5 Analisa densitas sintering Pengujian densitas komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dilakukan dengan metode Archimedes. Pertama dilakukan menentukan masa kering sampel uji (mĸ) dengan menggunakan timbangan digital balance, dan ditentukan berat kering sampel menggunakan spring balance (1 N) Wk. Selanjutnya berat sampel dalam air di ukur dengan spring balance (1 N) sebagai Wb. Selisih antara (Wk-Wb) merupakan gaya apung zat cair pada benda. Gaya apung zat cair sama dengan berat air (Wa) yang dipindahkan akibat tercelupnya benda, dimana Wa = ρair x Va x g. Jadi volume air Va = Wa / ρair, volume air tersebut sama dengan volume benda uji (Vc). Karena massa benda uji sudah diketahui (mk) maka densitas sintering komposit ρs = mk / Vc. 2. 6 Analisa SEM SEM merupakan alat yang digunakan untuk mengamati partikel pada M = 10-100000 kali, resolusi permukaan hingga kedalaman 3-100 nm. Pengujian SEM dilakukan untuk ISBN : 978-979-1165-74-7

V-119


mengetahui mikrostruktur dari komposit yang telah dibuat. Mekanisme pengambilan data SEM adalah berkas elektron yang dipancarkan oleh sumber elektron kemudian berkas elektron ini akan berinteraksi dengan spesimen. Sebagian elektron terabsorbsi oleh spesimen (sebagian kecil) dan sebagian lagi akan terpantul dan terhambur balik. Elektron yang terpantul akan tertangkap oleh detektor secondary electron dan yang terhambur balik akan tertangkap oleh Back Scatter Electron (BSE). Sebelum bahan ditembak dengan SEM terlebih dahulu diratakan permukaannya dengan menggunakan kertas gosok. Proses pengamatan mikrostruktur menggunakan SEM (scan electron mikroskope) dilakuka pada daerah laminasinya. Pengamatan elemen elemennya yang ada pada komposit dilakukan pada titik pengamatan pada daerah matrik, interface matrik-penguat, dan pada daerah penguat.

3. HASIL DAN PEMBAHASAN 3.1. Densitas Komposit Laminat Hibrid Al/SiC-Al/Al2O3 Material

komposit

merupakan

gabungan

dari

dua

material

atau

lebih

yang

mempersyaratkan terjadinya ikatan antar muka keduanya. Pada material komposit, fraksi volume penguat memberikan pengaruh yang signifikan terhadap sifat fisik maupun mekanik komposit. Material dengan fraksi volume terbesar disebut sebagai matrik dan material dengan fraksi volume lebih rendah disebut pengisi atau penguat. Pada umumnya penambahan fraksi volume penguat sebanding dengan peningkatan sifat mekanik material komposit. Hipotesis awal tentang pengaruh fraksi volume dan distribusi penguat SiC maupun Al2O3 terhadap proses laminasi pada komposit Al/SiC-Al/Al2O3 adalah dengan bertambahnya fraksi volume dengan distribusi penguat semakin homogen, maka kualitas ikatan antar lapisan akan berkualitas baik. Hal ini terjadi karena kapasitas panas keramik (SiC / Al2O3) sebesar 3,7.10 -6 / º C (2,7 PPm / º) dan 9.10 -6 / º C (6.5 Ppm / º) lebih tinggi dari kapasitas panas Al 2,08.10 -2 / º C (23,6 Ppm / º) sehinga sepanjang proses sintering komposit dengan fraksi penguat lebih banyak akan mampu menyerap panas lebih banyak dibandingkan pada komposit lamina dengan fraksi volume penguat lebih sedikit. Penyerapan energi panas ini membantu proses difusi antar lapisan yang akan meningkatkan kualitas ikatan antar lapisan. Selain itu distribusi penguat yang homogen menyebabkan tidak adanya lagi aglomerasi penguat yang akan memicu konsentrasi stress dan shock thermal dengan matrik sekitar. Semakin lama waktu tahan sinter maka akan semakin meningkat densitas komposit sebagaimana dinyatakan pada gambar 3.1

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-120


3 2.9

Densitas (gr/cm3)

2.8 2.7 2.6 2.5 2.4 2.3 10% 30%

2.2

20% 40%

2.1 0

2

4

6

8

Waktu tahan sinter (Jam )

Gambar 3.1 Grafik waktu sinter terhadap sinter density Densitas komposit terjadi akibat terjadinya ikat antar partikel. Pada keadaan mula-mula kemampatan partikel terjadi akibat interkoneksitas akibat gaya tekan yang meningkat. Interaksi ini murni terjadi akibat interlocking antar permukaan pasangan-pasangan artikel. Pasanganpasangan ini dapat saling interlocking karena memiliki perbedaan ukuran dan distribusi ketidakhomogenan dalam bulknya sehingga memberikan respon yang bervariasi terhadap tekanan yang diberikan. Selain itu pasangan ini memberikan pengaruh terhadap distribusi porositas dalam sample dan mempengaruhi tingkat deformasi partikel serbuk aluminium. Densitas komposit ini yang dalam hal ini disebut sinter density dapat diukur dengan menggunakan prinsip Archimedes. Pengaruh fraksi volume penguat SiC maupun Al2O3 terhadap densitas komposit lamina isotropic Al/SiC-Al/Al2O3 ditunjukkan pada table 4.1 dan gambar 4.2 diatas. Pada gambar 4.1 terlihat bahwa rata-rata semakin tinggi waktu tahan sinter maka densitas sinteringnya juga semakin besar, artinya bahwa peningkatan waktu tahan sinter sebanding dengan peningkatan densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3. Hal ini bisa dilihat saat fraksi volume 10%, pada saat waktu sinter 2 jam besarnya densitas komposit adalah 2.30 gr/cm3, kemudian saat waktu sinter 4 jam besarnya densitas komposit adalah 2.31 gr/cm3 dan saat waktu sinter 6 jam besarnya densitas komposit adalah 2.60 gr/cm3. Jadi ada kenaikan densitas komposit dari waktu sinter 2 jam ke 4 jam sebesar 0.22% dan dari waktu sinter 4 jam ke waktu sinter 6 jam sebesar 5.91 %. Sehingga total kenaikan densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3 dari waktu sinter 2 jam ke waktu sinter 6 jam sebesar 6.12 %. Sementara untuk fraksi volume 20 % tidak terjadi penurunan maupun kenaikan nilai densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3, sehingga pada saat waktu sinter 2 jam, 4 jam, dan 6 jam nilai densitas kompositnya tetap yaitu sebesar 2.70 gr/cm3. untuk fraksi volume 30 %, nilai densitas kompositnya juga mengalami peningkatan. Pada saat waktu sinter 2 jam nilai densitas ISBN : 978-979-1165-74-7

V-121


kompositnya sebesar 2.60 gr/cm3, kemudian saat waktu sinter 4 jam nilai densitas kompositnya adalah 2.70gr/cm3 dan saat waktu sinter 6 jam nilai densitas kompositnya adalah 2.80 gr/cm3. jadi dari waktu sinter 2 jam ke waktu sinter 4 jam terjadi kenaikan nilai densitas sebesar 1.88 %, kemudian dari waktu sinter 4 jam ke waktu

sinter 6 jam terjadi kenaikan nilai densitas

komposit sebesar 1.81 %. Jadi total kenaikan nilai densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3 dari waktu sinter 2 jam ke waktu sinter 6 jam adalah sebesar 3.7 %. Pada fraksi volume 40 %Vf SiC/40%VfAl2O3 juga terjadi kenaikan nilai densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3. saat waktu sinter 2 jam, nilai densitas kompositnya adalah 2.80 gr/cm3, kemudian saat waktu sinter 4 jam nilai densitasnya adalah tetap yaitu sebesar 2.80 gr/cm3, dan saat waktu sinter 6 jam nilai densitasnya mengalami kenaikan yaitu 2.90 gr/cm3. jadi kenaikan nilai densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3 terjadi saat waktu sinter 4 jam ke 6 jam, yaitu sebesar 1.75 %. Sedangkan pada 20%Vf SiC/20%Vf Al2O3 dari waktu sinter 2 jam ke 6 jam tidak terjadi kenaikan nilai densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3 atau bisa di nyatakan bahwa nilai densitas kompositnya adalah konstan. Berdasarkan hasil analisa nilai densitas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 untuk fraksi volume SiC dan Al2O3 di buat tetap 10%, 20 %, 30% dan 40 %dengan temperature 600°C , terlihat bahwa densitas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 sebanding dengan waktu sinter, semakin besar waktu sinter maka densitas kompositnya juga semakin naik, sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka densitas kompositnya juga semakin turun. Hal ini dapat dijelaskan dari mekanisme pelepasan tegangan sisa yang terdapat pada daerah laminasi. Pada proses pembuatan komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 cara yang digunakan untuk proses laminasinya adalah dengan memasukkan lapisan pertamanya kemudian dikasih gaya tekan, setelah itu lapisan kedua dimasukkan lagi dan diberi gaya penekanan lagi. Hal ini memungkinkan terjebaknya udara atau lubrikan dan akan menjadi porositas. Perlakuan waktu tahan yang bervariasi akan memberikan energi kepada partikel-partikel serbuk yang terdeformasi sepanjang proses kompaksi untuk melepaskan tegangan sisa dan meminimalkan porositas yang terjadi melalui penguapan gas atau lubrikan selama masa tahan sintering diberikan. Nilai densitas komposit terendah berada pada saat waktu sinter 2 jam dengan fraksi volume 10 % yaitu sebesar 2.30gr/cm3. sedangkan nilai densitas 2.90gr/cms. Pengamatan waktu tahan sinter terhadap mikrostruktur dapat teramati pada gambar 4.2 berikut :

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-122


(b)

(a)

Gambar 4.2. Mikrostruktur daerah laminasi komposit laminat hybrid Al/SiC-Al/Al2O3 40%Vf SiC,40%VfAl2O3 dengan temperatur sinter 600oC (a) waktu tahan sinter 2 Jam(b) waktu tahan 6 jam Pada gambar 4.2 ini terlihat bahwa pda komposit laminat hibrid Al/SiC-Al/Al2O3 dengan variabel fraksi volum penguat yang sama yaitu 40%Vf SiC,40%VfAl2O3 dengan temperatur sinter 600oC akan mengalami perbedaan mikrostruktur akibat perbedaan waktu tahan sinter dari 2 jam(a) menjadi 6 jam(b). Pada gambar 4.2(a) terlihat ketidakhomogenan yang terjadi pada daerah laminasi akibata agglomerasi partikel SiC maupun Al2O3 sedangkan pada gambar 4.2(b) terlihat bahwa daerah laminasi lebih sedikit jumlah porositasnya dibandingkan saat komposit diberi perlakuan waktu tahan 2 Jam.Hal ini terajadi karena semakin lama waktu tahan sintering maka jumalah energi yang diserap oleh partikel serbuk baik penguat maupun matrik menjadi lebih tinggi sehingga difusifitas daerah antar lapisan komposit laminat hibrid juga lebih baik. Variasi fraksi volume yang juga sebanding dengan densitas kompositnya, semakin besar fraksi volumenya maka nilai densitas kompositnya juga sermakin naik, sebaliknya semakin rendah fraksi volume maka densitas kompositnya juga semakin turun. Hal ini terjadi akibat kemampuan penyerapan panas yang lebih tinggi sepanjang proses sintering oleh komposit dengan fraksi penguat lebih banyak dibandingkan pada komposit laminat dengan fraksi volume penguat lebih sedikit.npenyerapan energi panas ini membantu proses difusi antar lapisan yang akan meningkatkan kualitas ikatan antar lapisan. Termal dibutuhkan untuk energi aktivasi (driving force) pada proses difusi maka semakin banyak panas yang diserap material komposit kerapatan daerah antarmuka lapisan akan semakin tinggi. Selain itu distribusi penguat yang homogen menyebabkan tidak adanya lagi aglomerasi penguat yang akan memicu konsentrasi stress dan shock termal dengan matrik sekitar. Jadi dapat disimpulkan bahwa penambahan fraksi volume penguat meningkatkan derajat laminasi antar lapisan komposit laminat dan secara makroskopik akan meningkatkan densitas komposit Al/SiC-Al/Al2O3.

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-123


4.1

Porositas Komposit Laminat Al/SiC - Al/Al2O3 Porositas pada daerah laminasi dapat disebabkan oleh adanya tegangan sisa yang terjadi

pada penguat saat kompaksi sehingga saat sintering memicu terjadinya retak pada bidang kristal yang lemah pada bahan tersebut. Dengan adanya waktu tahan maka pergerakan retak akan semakin tinggi dengan adanya pergerakan dislokasi. Prediksi secara tepat kekuatan mekanik material porus dapat dilakukan dengan mempertimbangkan bentuk porus, orientasi porus dan volume porus. Analisa porus pada umumnya hanya mempertimbangkan efek fraksi volume porositas dalam kaitanya dengan kekuatan komposit porus. Nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 untuk fraksi volume SiC dan AlsO3 di buat tetap 10%, 20 %, 30% dan 40 %, terlihat pada gambar 4.3. Porositas tertingi terjadi pada saat fraksi volumenya 10 % untuk variasi holding time 2 jam dan 4 jam yaitu sebesar 17 %. Sedangkan porositas terendah terjadi pada saat fraksi volumenya 40 % untuk variasi holding time 6 jam yaitu sebesar 3 %. Berdasarkan gambar 4.3 juga terlihat bahwa hubungan antara waktu sinter dengan porositas berbanding terbalik. Semakin besar waktu sinternya maka nilai porositasnya semakin rendah, sebaliknya semakin rendah waktu sinternya maka nilai porositas kompositnya malah semakin tinggi. 18 16

Porositas(%)

14 12 10 8 6 4 2

10% 30%

20% 40%

0 0

2

4

6

8

Wak tu Tahan Sinte r (Jam )

Gambar 4.3. Grafik waktu sinter terhadap porositas komposit laminat hibrid Al/SiC-Al/Al2O3 Pada saat fraksi volume 10 % Vf SiC/10%Vf Al2O3 nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 yang tertinggi adalah 17 % sedangkan nilai porositas terendah adalah 7 %. Pada saat holding timenya 2 jam nilai porositasnya adalah 17 %, kemudian ketika holding timenya meningkat menjadi 4 jam ternyata nilai porositasnya tetap yaitu sebesar 17 %. Nilai porositas mengalami penurunan ketika holding timenya di buat 6 jam, yaitu mengalami penurunan sebesar 10 %. Jadi nilai porositas pada saat holding timenya 6 jam adalah 7 %. Jadi dapat disimpulkan bahwa nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan temperature sinter 600 º C adalah berbanding terbalik dengan waktu sinter, semakin tinggi waktu sinter maka nilai porositasnya semakin naik, sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka nilai porositasnya malah semakin tinggi.

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-124


Nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 untuk fraksi volume 20 %VfSiC/20%Vf Al2O3, nilai tertinggi terjadi pada saat holding time 6 jam yaitu sebesar 12 % dan nilai porositas terendah terjadi saat holding timenya berada di 2 jam dan 4 jam yaitu sebesar 5 %. Pada saat holding timenya 2 jam nilai porositasnya sebesar 5 %, kemudian ketika holding timenya 4 jam ternyata nilai porositasnya konstan yaitu tetap 5 %. Nilai porositasnya mengalami peningkatan ketika holding timenya 6 jam yaitu mengalami peningkatan sebesar 7 %. Jadi nilai porositasnya pada saat holding timenya 6 jam adalah 12 %. Jadi dapat disimpulkan bahwa nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan fraksi volume 20 % dan temperature sinter 600 º C adalah sebanding atau berbanding lurus dengan waktu sinter, artinya semakin tinggi waktu sinter maka nilai porositasnya juga semakin besar, tetapi sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka nilai porositasnya juga semakin kecil. Untuk fraksi volume 30 %Vf SiC/30Vf Al2O3, nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3

tertinggi terjadi ketika holding timenya 2 jam dan terendah terjadi saat

holding timenya 6 jam. Pada saat holding timenya 2 jam nilai porositasnya sebesar 10 %, kemudian ketika holding timenya naik ke 4 jam nilai porositasnya sebesar 7 % sehingga mengalami penurunan nilai porositas sebesar 3 %. Nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 mengalami penurunan lagi ketika holding timenya berada di 6 jam yaitu nilainya sebesar 4 % sehingga mengalami penurunan sebesar 3 %. Jadi nilai porositas mengalami penurunan konstan sebesar 3 % untuk setiap kenaikan holding time. Maka dapat disimpulkan bahwa nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan fraksi volume 30 % dan temperature sintering 600 º C berbanding terbalik dengan holding time, semakin tinggi nilai holding time maka nilai porositasnya semakin turun dan sebaliknya semakin rendah nilai holding time maka nilai porositasnya semakin tinggi. Terakhir adalah fraksi volume 40 %Vf SiC/40%Vf Al2O3, untuk fraksi volume ini nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 tertinggi terjadi pada saat holding time 2 jam dan 4 jam, sedangkan nilai porositas terendah terjadi pada saat holding timenya 6 jam. Pada saat holding timenya 2 jam nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 sebesar 6 %, kemudian ketika holding timenya dinaikkan menjadi 4 jam ternyata nilai porositasnya konstan yaitu sebesar 6 %. Jadi nilai porositas tidak mengalami kenaikan maupun penurunan. Nilai porositas komposit ini mengalami penurunan ketika holding timenya dinaikkan menjadi 6 jam, yaitu nilai porositasnya sebesar 3 % sehingga mengalami penurunan sebesar 3 %. Maka dapat disimpulkan bahwa nilai porositas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan fraksi volume 40 % dan temperature sintering 600 º C berbanding terbalik dengan holding time. Semakin tinggi nilai holding timenya maka nilai porositasnya semakin rendah dan sebaliknya semakin rendah nilai holding timenya maka nilai porositasnya semakin tinggi.

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-125


Berdasarkan hasil analisa nilai densitas komposit lamina isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 untuk fraksi volume SiC dan Al2O3 di buat tetap 10%, 20 %, 30% dan 40 %dengan temperature 600 ° C dapat disimpulkan bahwa nilai porositas berbanding terbalik dengan waktu sinter, semakin besar waktu sinter maka nilai porositasnya semakin turun, akan tetapi sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka nilai porositasnya malah semakin naik. Waktu tahan sintering ini sangat mempengaruhi penyusutan dan pengurangan porositas pada material komposit laminat Al/SiC-Al/Al2O3. pengurangan porositas terjadi sepanjang proses sintering. Pori ada kalanya berbentuk pori terbuka dan ada kalanya menjadi pori tertutup.

Gambar 4.4. Retak yang dipicu oleh porositas terbuka yang terjadi pada derah laminasi komposit laminat hybrid Al/SiC-Al/Al2O3 10%vf SiC/10%Vf Al2O3, 600oC, Waktu tahan 6 Jam Gambar 4.4 menunjukkan kegagaln pada derah laminasi berupa retak yang dipicu oleh porositas terbuka. Meskipun komposit laminat hibrid pada gambar 4.4 ini mendapat perlakuan waktu tahan sintering 6 jam, namun rendahnya fraksi volume penguat SiC dan Al2O3 juga memberikan pengaruh. Fraksi volume penguat yang hanya 10% menyebabkan komposit tidak memiliki kuantitas penguat (SiC/Al2O3) untuk menyerap panas untuk proses difusi sepanjang sintering. Pori pada daerah laminasi biasanya lebih besar dibandingkan dengan pori pada daerah antarmuka partikel serbuk. Penyusutan pori merupakan keadaan sintering yang paling penting, pada keadaan ini material solid ditransportasikani ke dalam pori dan pada saat yang sama gasgas yang ada pada permukaan harus dihilangkan. Efek yang dihasilkan pada mekanisme ini

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-126


adalah akan terjadi penurunan volume masa sintering. Pada umumnya pada keadaan akhir proses sintering akan terjadi isolasi pada pori bentuk bola (spherical pore) pada material. Sepanjang proses difusi, transport massa atomic sangat tergantung pada driving force permukaan, sedangkan kedalaman difusi tergantung waktu proses difusi. Pengaruh lamanya waktu sintering ini dapat diamati dengan memvariabelkan waktu tahan sintering karena waktu tahan sintering ini berpengaruh terhadap peningkatan densitas dan pengurangan porositas. Nilai porositas tertinggi yang didapat dari penelitian ini adalah berada pada saat fraksi volumenya 10 % untuk variasi holding time 2 jam dan 4 jam yaitu sebesar 17 %. Sedangkan porositas terendah terjadi pada fraksi volume 40 % untuk variasi holding time 6 jam yaitu sebesar 3 %. 4.2

Penyusutan (shrinkage) Komposit Laminat Al/Al2O3-Al/SiC Selisih nilai green density dengan sinter density menyatakan persen penyusutan

(shringkage) akibat menguapnya gas atau lubricant yang terjebak diantara partikel serbuk. Penyusutan (shrinkage) pori terjadi selama proses sintering. Selisih antara green density dan sintered density adalah penyusutan pori yang terjadi. 70 60

Shrigkage

50 40 30 20 10

10%

20%

30%

40%

0 0

2

4

6

8

Waktu tahan sinter (Jam )

Gambar 4.5 Diagram hubungan antara waktu sinter dan shrinkage komposit laminat hibrid Al/SiC-Al/Al2O3

Pada gambar 4.5 terlihat bahwa saat fraksi volume 10 % nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 cenderung mengalami penurunan. Nilai shrinkage tertinggi berada pada waktu sinter 2 jam dan nilai shrinkage terendah berada pada waktu sinter 6 jam. Pada saat waktu sinter 2 jam nilai shrinkgenya adalah 63 %, kemudian setelah waktu sinter dinaikkan menjadi 4 jam ternyata nilai shrinkage mengalami penurunan sebesar 2.44 % sehingga nilainya menjadi 60 %. Pada saat waktu sinter dinaikkan menjadi 6 jam ternyata nilai shrinkage juga ISBN : 978-979-1165-74-7

V-127


mengalami penurunan sebesar 0.84 % sehingga nilainya menjadi 59 %. Jadi dapat disimpulkan bahwa pada saat fraksi volume 10 % nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiCAl/Al2O3 dengan fraksi volume 10 % dan temperature 600°C berbanding terbalik dengan waktu sinter, semakin tinggi waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin turun sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin naik. Pada gambar 4.6. terlihat terjadinya agglomerasi SiC pada daerah laminasi. Agglomerasi ini terjadi akibat ketidakhomogenen distribusi penguat sepanjnag proses pencampuran. Hal ini menyebabkan perbedaan penyerapan termal antara agglomerasi partikel SiC dan daerah sekita (matrik Aluminium) sehingga memicu terjadinya kegagalan berupa retak pada derah laminasi komposit laminat hibrid Al/SiC-Al/Al2O3.

Agglomerasi SiC Retak

Al2O3

Gambar 4.6. Agglomerasi partikel SiC yang memicu retak pada dearh laminasi komposit laminat hybrid Al/SiC-Al/Al2O3 40%Vf SiC/40%Vf Al2O3, 600oC, waktu tahan sintering 6 jam

Nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3

mengalami kenaikan dan

penurunan pada saat fraksi volume 20 %. Nilai shrinkage tertinggi didapat ketika waktu sinter 4 jam dan nilai terendah berada saat waktu sinter 6 jam. Pada saat waktu sinter 2 jam nilai shrinkagenya adalah 47 %. Setelah waktu sinter dinaikkan ke 4 jam ternyata nilai shrinkage mengalami kenaikan sebesar 8.73 % sehingga nilai shrinkagenya menjadi 56 %. Nilai shrinkage mengalami penurunan ketika waktu sinter dinaikkan ke 6 jam. Penurunan yang terjadi sebesar 10.9 % sehinnga nilai shrinkagenya menjadi 45 %. Jadi dapat disimpulkan bahwa pada saat ISBN : 978-979-1165-74-7

V-128


fraksi volume 20 % nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan fraksi volume 20 % dan temperature 600 ° C mengalami kondisi yang tidak konstan artinya nilai shrinkage terkadang mengalami kenaikan dan terkadang mengalami penurunan.

Sehingga

waktu Sinter mempunyai hubungan yang tidak berbanding lurus maupun berbanding terbalik dengan nilai shrinkage. Pada saat fraksi volume 30 % nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiCAl/Al2O3 cenderung mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya waktu sinter. Nilai shrinkage tertinggi berada saat waktu sinter 2 jam dan nilai shrinkage terendah berada saat waktu sinter 6 jam. Pada saat waktu sinter 2 jam nilai shrinkagenya adalah 45 %. Nilai shrinkage mengalami penurunan ketika waktu sinter dinaikkan menjadi 4 jam yaitu sebesar 11.1 % sehingga nilainya menjadi 36 %. Pada saat waktu sinter dinaikkan menjadi 6 jam ternyata nilai shrinkage juga mengalami penuruna kembali sebesar 46.9 % sehingga nilai shrinkagenya menjadi 13 %. Ini adalah penurunan nilai shrinkage yang sangat drastis yang mencapai 46.9 %. Jadi dapat disimpulkan bahwa pada saat fraksi volume 30 % nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan fraksi volume 30 % dan temperatur 600 ° C berbanding terbalik dengan waktu sinter. Semakin besar waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin turun, sebaliknya semakin kecil waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin tinggi. Fraksi volume terakhir adalah 40 %. Pada saat fraksi volume 40 % ini nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 juga cenderung mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya waktu sinter. Nilai shrinkage tertinggi terjadi pada saat waktu sinter 2 jam dan nilai shrinkage terendah terjadi ketika waktu sinter berada pada 6 jam Pada saat waktu sinter 2 jam nilai shrinkagenya adalah 60 %. Setelah waktu sinter dinaikkan menjadi 4 jam ternyata nilai shrinkage mengalami penurunan sebesar 6.2 % sehingga nilai shrinkagenya menjadi 53 %. Penurunan nilai shrinkage terjadi kembali ketika waktu sinter dinaikkan menjadi 6 jam . setelah nilai shrinkage dinaikkan menjadi 6 jam ternyata nilai shrinkage mengalami degradasi sebesar 3 % sehingga nilai shrinkagenya menjadi 50 %. Jadi dapat disimpulkan bahwa nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan fraksi volume 40 % dan temperature 600 °C berbanding terbalik dengan waktu sinter. Semakin tinggi waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin turun, sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka nilai shrinkagenya malah semakin naik. Dari uraian di atas dapat disimpulkan bahwa nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 dengan temperatur sinter 600 º C berbanding terbalik dengan waktu sinter. Semakin tinggi waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin rendah, sebaliknya semakin rendah waktu sinter maka nilai shrinkagenya semakin tinggi. Nilai shrinkage komposit laminat isotropik Al/SiC-Al/Al2O3 tertinggi terjadi pada fraksi volume 10 % dengan waktu sinter 2 jam

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-129


yaitu nilai shrinkagenya sebesar 63 %, sedangkan nilai shrinkage terndah terjadi pada saaat fraksi volume 30 % dengan waktu sinter 6 jam dengan nilai shrinkage sebesar 13 %.

4. KESIMPULAN 1. Densitas pada komposit laminat semakin meningkat seiring dengan bertambahnya fraksi volume penguat (SiC/Al2O3) dan waktu tahan sintering. Densitas komposit laminat hibrid maksimal terjadi pada waktu tahan sinter 6 jam dengan fraksi volume SiC/Al2O3 40 % yaitu sebesar 2.90 gr/cm3, sedangkan densitas terendah terjadi saat waktu tahan sinter 2 jam dengan fraksi volume SiC/Al2O3 10 % yaitu sebesar 2.30 gr/cm3. 2. Porositas komposit laminat pada daerah interface semakin kecil seiring dengan bertambahnya waktu tahan sinter. Porositas tertingi terjadi pada saat fraksi volumenya SiC/Al2O3 10 % untuk variasi waktu tahan 2 jam dan 4 jam yaitu sebesar 17 %. Sedangkan porositas terendah terjadi pada saat fraksi volumenya 40 % untuk variasi waktu tahan 6 jam yaitu sebesar 3 %. 3. Nilai shrinkage komposit laminat hibrid Al/SiC-Al/Al2O3

pada daerah antarmuka

berbanding terbalik dengan waktu tahan sinter, nilai tertinggi terjadi pada fraksi volume SiC/Al2O3 10 % dengan waktu sinter 2 jam yaitu nilai shrinkagenya sebesar 63 %, sedangkan nilai shrinkage terendah terjadi pada saaat fraksi volume 30 % dengan waktu sinter 6 jam dengan nilai shrinkage sebesar 13 %.

UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini didanai dari Direktorat Pendidikan Tinggi dalam program Hibah Bersaing XV/ 2007 yang berjudul Rekayasa Daerah antarmuka Komposit lamina Isotropik Al/SiCAl/Al2O3 untuk meningkatkan Derajat Laminasi Komposit.

DAFTAR PUSTAKA Arifin, M, 2002. Pengaruh Variabel Fraksi Volume Al2O3 Terhadap Modulus Young Komposit Al- Al2O3. Tugas Akhir, Fisika FMIPA ITS. Chandrawan, David, dan Ariati, Myrna. Metalurgi Serbuk: Teori dan Aplikasi. Jilid 1. Jakarta. Evans,J. R. G., Fan,Z., Peng.H.X., 2000.“Bi-Continous Metal Matrix Composites”.Journal Material Science and Engineering. Elsevier Science A303, 37-45. Gibson , Ronald F. 1994. Principles of Composite Material Mechanics. Singapore: McGrawHill.

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-130


Hall, C.M.: Process of reducing aluminium from its fluoride salts by electrolysis. US < URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium.htm> Indrawati, 2002 .Pengaruh Variabel Temperatur Sintering terhadap kekerasan Komposit AlMg–Si.Tugas Akhir, FISIKA FMIPA ITS. Smallman, R.E., and Bishop R.J. 2006. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Edisi IV. Jakarta: Erlangga. Widyastuti dan Zainuri, Mohammad. 20 – 22 Maret 2001. ”Pengaruh Perubahan Tekanan Pada Pembuatan Komposit Serbuk Al-SiC Terhadap Modulus Young Komposit”. Simposium Nasional Mahasiswa Fisika Indonesia. Widyastuti.2002.”Identifikasi Bentuk Partikel Berdasarkan Nilai Anisometri dan Bulkines”. Tugas Akhir. Institut Teknologi Sepuluh Nopember. Surabaya. Widyastuti, Dedi Priadi, Analisa mikrostruktur daerah laminasi Komposit Lamina Isotropik Al/SiC-Al/Al2O3, Laporan Penelitian UI, 2007

ISBN : 978-979-1165-74-7

V-131

SiC DENGAN VARIASI WAKTU TAHAN SINTER

Recommend Documents