Mekanisme Penguatan Komposit Matrik Aluminium Paduan (Al-ZnSiFeCuMg) dengan Pasir Silika Tailing Menggunakan Metode Metallurgi Serbuk
| Main Authors: | Sukanto, Prof. Dr. Ir.Rudy Soenoko, M.Eng. Sc., Prof. Dr. Ir. Suprapto, M.T. Met., Dr. Eng. Surya Irawan, S.T., M.Eng. |
|---|---|
| Format: | Thesis NonPeerReviewed Book |
| Bahasa: | eng |
| Terbitan: |
, 2022
|
| Subjects: | |
| Online Access: |
http://repository.ub.ac.id/id/eprint/190806/1/Sukanto%20Sukanto.pdf http://repository.ub.ac.id/id/eprint/190806/ |
Daftar Isi:
- Salah satu keunggulan aluminium dibandingkan logam lain adalah energi daur ulangnya rendah yaitu 3000 Kkal/Kg, atau hanya 4,8% dari energi pembuatan aluminium primer, senilai 61,500 Kkal/Kg. Aluminium paduan juga bersifat ringan, berat jenisnya antara 2,7 – 3 g/cm3, hanya sepertiga dari berat jenis baja atau tembaga, namun memiliki kekuatan tarik (90 – 450 MPa) setara dengan baja dan memiliki konduksitas listriknya mendekati tembaga (3,5 x 107 Siemen). Meskipun demikian, dalam aplikasinya, aluminium hasil daur ulang juga memerlukan perbaikan sifat fisik dan mekanik, sehingga diperlukan proses penambahan senyawa lain dan perlakuan panas dalam penguatannya. Pada dasarnya penelitian ini menerapkan proses pembuatan aluminium matrik komposit diperkuat pasir silika tailing menggunakan teknologi metalurgi serbuk, dengan tujuan untuk menghasilkan material komposit yang memiliki sifat porositas, kekerasan dan ketahanan aus setara dengan sifat rem gesek kendaraan. Penelitian diawali dengan kegiatan penyediaan serbuk, berupa proses penggilingan serbuk pasir silika tailing dengan ball mill. Metode penelitian yang diterapkan terdiri dari dua tahapan. Tahap pertama, meneliti pengaruh perbedaan ukuran serbuk dan prosentase berat penguat terhadap sifat densitas, kekerasan dan ketahanan aus Aluminium Matrix Composite yang dihasilkan (AMCs-1), dimana metode pencampuran serbuknya menggunakan Helixal Axial Mixer pada mesin bor dengan rotasi 200 rpm. Material sebagai matrik digunakan logam aluminium paduan Al-ZnSiFeCuMg, hasil daur ulang limbah aluminium berkomposisi kimia meliputi: 83,15%Al-6,16%Zn-4,35%Si-2,20%Fe-1,3%Cu-1,13%Mg-balance. Sedangkan material penguat pasir silika tailing memiliki komposisi kimia 81 %.SiO2 pada serbuk ukuran 31 μm dan 83%.SiO2 untuk serbuk ukuran 164 μm. Dua variasi ukuran serbuk yang digunakan adalah 31 μm dan 164 μm, sedangkan tujuh variasi prosentase berat penguat wt% yang diterapkan meliputi: 0/5/10/15/20/25/30 wt.%.SiO2. Kompaksi panas penekanan dua-arah dilakukan pada tekanan 100 MPa dan suhu 300 C, dilanjutkan sintering suhu 550 C. Selanjutnya, tahap kedua penelitian disertasi ini, menyelidiki pengaruh perbedaan waktu pencampuran serbuk dengan metode mechanical alloying (MA) dan pengaruh perbedaan suhu sintering terhadap sifat densitas, kekerasan dan ketahanan aus Aluminium Matrix Composite yang dihasilkan (AMCs-2). Lima variasi waktu MA yang diterapakan adalah: 6/24/48/96 jam, pada kecepatan putar ball mill 98 rpm dengan Ball to Powder weight Rasio (BPR) 15:1. Parameter kompaksi panas untuk AMCs-2 adalah sama dengan AMCs-1. Sedangkan tiga variasi suhu sinteringnya adalah 550 C, 600 C dan 650 C. Dalam penelitian ini, penyediaan material dan hasil-hasil pengujian PSA serbuk, densitas, kekerasan dan ketahanan aus komposit dilakukan karakterisasi menggunakan, SEM-Image, SEM-EDS dan XRD sebagai verifikasi. Hasil penelitian tahap pertama, spesimen AMCs-1 mengindikasikan bahwa penggunaan serbuk berukuran lebih kecil (31 μm) dengan metode pencampuran serbuk menggunakan Helixal Axial Mixer adalah kurang tepat, karena hasil campuran serbuk padatannya terjadi penggumpalan dan segregasi, akibatnya komposit yang dihasilkan memiliki ikatan interlocking rendah dan porositasnya tinggi, sehingga sifat kekerasannya rendah. Kekerasan tertinggi terjadi pada spesimen komposit berukuran penguat 164 μm pada 20.wt.% senilai 78 HRB, sedangkan untuk komposit ukuran 31 μm pada 20.wt.% kekerasannya 73 HRB. Hasil SEM-image juga menunjukkan bahwa komposit dengan serbuk penguat 31 μm tersebut tampak lebih banyak terjadi aglomerasi dibandingkan komposit berpenguat 164 μm. Selanjutnya, hasil XRD pada penelitian tahap kedua, untuk komposit dengan waktu MA minimal 24 jam dan suhu sintering minimal 600 C telah terjadi transformasi fasa kedua alumina, mengikuti persamaan reaksi 4Al(s,l)+3SiO2(s)→ 2Al2O3(s)+3Si(s) pada suhu yang relatif rendah, dibawah suhu reaksi normalnya 1000-1300 C. Selain itu, metode pencampuran menggunakan MA, serbuk penguat mampu terdistribusi lebih baik kedalam matriknya, sehingga komposit yang dihasilkan, AMCs-2 memiliki ikatan interlocking lebih baik. Kekerasan komposit meningkat dengan semakin meningkatnya waktu milling dan suhu sintering yang diterapkan. Kekerasan tertinggi terjadi pada komposit AMCs-2 dengan waktu miling 96 jam dan suhu sintering 650 C, yaitu sebesar 86 HRB. Demikian juga sifat ketahanan aus AMCs-2 mengalami peningkatan, laju keausan AMCs-2 mengalami penurunan hingga 12,5% dibandingkan komposit tanpa proses MA, AMCs-1, yaitu dari 0,00041 g/m untuk AMCs-1 menjadi 0.00036 g/m untuk AMCs-2. Selain ikatan mekanik interlocking yang lebih kuat, dan terbentuknya penguatan fasa kedua alumina yang bersifat lebih keras dari penguatnya SiO2, peningkatan kekerasan komposit AMCs-2 kemungkinan besar juga dipengaruhi oleh kemungkinan terjadinya natural aging pada material matrik dari aluminium paduan zinc ini.