BAB I
UJI VICKERS PADA KOMPOSIT SIC-AlTofan Tri Oktara, Ali Maschur,
Anis Nur Laili, Irwan B., Khusnul Umaroh, Rohadiana DN.*
Mahasiswa Pasca Sarjana Fisika FMIPA ITS.
Abstrak
Eksperimen ini bertujuan untuk mengetahui struktur mikro
komposit SiC-Al dan mengetahui sifat mekanik (kekerasan) komposit
SiC-Al. Uji kekerasan Vickers pada komposit SiC-Al yang telah
disintering pada suhu 400oC dan ditahan selama 20 menit. Kemudian
suhu dinaikkan sampai 550oC dengan waktu penahan 2 jam. Untuk
mengetahui kekerasan sampel dilakukan dengan beban 50 g terhadap
tiga titik yang berbeda dan masing-masing ditekan selama 6 sekon,
dan dengan fraksi volume SiC 30%-Al 70% diperoleh struktur mikro
komposit yang distribusinya (filler) kurang merata dan nilai
kekerasan material komposit SiC-Al sebesar 23,9 HVNKeywords : Uji
Vickers1. PENDAHULUAN
Seiring dengan kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi,
dilakukan penelitian yang disesuaikan dengan kebutuhan manusia yang
makin kompleks. Penelitian yang dikembangkan salah satunya adalah
ilmu bahan, yaitu komposit. Komposit merupakan kombinasi dua bahan
atau lebih yang memiliki sifat berbeda dari bahan pembentuknya,
misalnya komposit SiC-Al. Komposit ini mempunyai keunggulan dalam
kekuatan dan ketahanan terhadap aus. Penggunaan komposit ini adalah
sebagai material dasar komponen produk otomotif seperti gear,
piston, brake disc (rem cakram) dan komponen produk otomotif yang
lainnya.
Adapun tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui stuktur
mikro komposit SiC-Al dan mengetahui sifat mekanik (kekerasan)
komposit SiC-Al.2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1 SILIKON KARBIDA
Silikat karbida (SiC) merupakan senyawa kristalin yang mempunyai
sifat mekanik dengan kekerasan paling tinggi dan mempunyai titik
leleh tinggi yaitu sekitar 2837oC. SiC yang memiliki kemurnian
paling tinggi. Memiliki berat atom 40,1 gram, terdiri atas 70,04%
Si dan 39,06% C. Sifat lainnya adalah tidak larut dalam air dan
pelarut lainnya, lebih dikenal dengan nama carborundum dan
moissanite.
2.2 ALUMINIUM
Aluminium mempunyai struktur kristal kubus pusat sisi (FCC)
dengan jari-jari atom sebesar 0,1431 nm. Beberapa diantara sifat
fisis aluminium adalah mempunyai nomor atom 13, massa jenis 2,7
gr/cm3,dan modulus elastisitas 2386,67 N/mm. Aluminium berwarna
perak mengkilap serta akan berubah warna menjadi kelabu muda jika
terjadi pembentukan oksida saat di udara. Aluminium dalam keadaan
murni memiliki titik leleh 6600C sedangkan paduannya antara 5500C
sampai 6600C. Aluminium termasuk logam dengan densitas yang relatif
rendah yaitu sekitar 2,699 gr/cm3. Aluminium merupakan logam yang
ringan dengan sifat mekanik berupa keuletan yang lebih besar dari
baja. Sifat listrik aluminium berupa konduktivitas panas yang baik.
Aluminium juga memiliki massa jenis rendah reflektifitasnya tinggi
terhadap panas dan cahaya serta ketahanan terhadap korosi yang baik
dan non toksin.
2.3 MATERIAL KOMPOSIT
Material komposit merupakan kombinasi dua bahan atau lebih yang
sifatnya berbeda dari masing-masing bahan pembentuknya. Kombinasi
bahan yang baru diharapkan memiliki sifat yang lebih baik sesuai
dengan tujuan pembuatannya.
Penyusun material komposit antara lain: logam dengan logam,
logam dengan polimer, logam dengan keramik, keramik dengan polimer,
dll. Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pembuatan
komposit, yaitu:
Adanya ikatan antar permukaan yang kuat antara matriks dengan
penguat. Filler harus memiliki modulus elastisitas yang lebih
tinggi daripada matriksnya..
2.4 METALURGI SERBUK
Proses metalurgi serbuk terdiri dari berbagai macam tahapan
yaitu: penyusunan, penekanan, pemanasan dan pengujian.
Beberapa keuntungan proses metalurgi, yaitu:
Kecepatan produk tinggi
Memiliki presisi tinggi
Proses dilakukan pada suhu rendah
Sedangkan keterbatasan metalurgi serbuk adalah sebagai
berikut:
Serbuk mudah terkontaminasi jika proses penyimpanan kurang
benar
Sulit mendapatkan padatan yang merataPada metalurgi serbuk,
kualitas bahan yang dihasilkan sangat dipengaruhi saat pencampuran
yang ditentukan oleh kehomogenan serbuk penyusunnya. Ada dua macam
proses pencampuran yaitu proses kering (dry mixing) dan proses
basah (wet mixing). Cara pencampuran basah lebih sering digunakan
dengan menambahkan media pelarut organik
(alkohol/etanol/N-butanol).
2.5 PRESSINGPenekanan (pressing) adalah kompaksi yang secara
simultan dengan pencetakan dari bubuk atau granular dalam cetakan
die atau mold. Tahapan tahapan pencetakan dalam die adalah (1)
pengisian die dengan bubuk, (2) kompaksi dan pembentukan, dan (3)
mengeluarkan dari cetakan. Dikenal beberapa metoda penekanan,
single action: bila pendorong atas saja yang bergerak, double
action : bila kedua pendorong bergerak, die tetap; dan floating die
bila pendorong bawah tetap sedangkan die dan pendorong atas
bergerak.
Penekanan merupakan salah satu cara untuk memadatkan serbuk.
Terdapat dua cara penekanan yaitu penekanan dingin (cold
compaction) dan penekanan panas (hot compaction).
Selama penekanan, terdapat pergeseran antar pertikel maupun
partikel-dinding cetakan, maka dari itu distribusi tekanan tidak
merata keseluruh padatan sampel. Akibat dari itu akan mempengaruhi
hasil yang diperoleh setelah dikeluarkan dari cetakan. Sering
ditemukan cacat pada pellet, pada umumnya cacat tersebut berbentuk
laminasi, tutup diujung (end cap) dan tutup cincin (ring cap).2.6
SINTERING
Sintering adalah suatu proses yang meliputi pembakaran
(pemanasan pada temperatur tinggi) yang secara global menurunkan
energi bebas disertai perubahan dimensional. Dalam proses ini
terjadi kenaikan kohesi antara partikel-partikel penyusun benda dan
pemadatan melalui proses eliminasi porositas. Selama proses
diperlukan energi agar sistem dapat berubah, terjadi perubahan
ukuran butir (grain). Proses ini adalah proses termodinamika
irreversible untuk mengubah kumpulan-kumpulan partikel yang tidak
stabil menjadi lebih stabil. Dalam teknik metalurgi serbuk,
sintering merupakan tahapan yang penting.
Terdapat tiga tahapan dalam sintering, yaitu tahap awal, tahap
intermedier dan tahap akhir. Secara mikrostruktural pada keadaan
awal terdapat pemuaian, belum terjadi proses sintering dan susunan
partikel tidak berubah. Selama sintering, pada tahapan ke satu
terjadi penyusunan kembali (rearrangement), yaitu sedikit gerakan
atau rotasi partikel-partikel untuk mempertinggi jumlah kontak
antarpartikel dan pembentukan kaitan antarbutir (neck). Dalam
tahapan intermedier (kedua), ukuran kaitan antar butir tumbuh dan
porositasnya menurun dikarenakan gerakan mendekat
partikel-partikel. Pada tahapan ini mulai terjadi pertumbuhan butir
(grain growth). Dalam tahap akhir, terjadi eliminasi porositas
melalui difusi batas butir dan pertumbuhan butir. Parameter
sintering diantaranya adalah temperatur, waktu, lingkungan
sintering, kecepatan pemanasan, dan kecepatan pendinginan.3.
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 ALAT DAN BAHAN
Peralatan yang digunakan adalah sebagai berikut:
1) Timbangan digital
2) Magnetik stearer3) Cetakan sampel die (mold)4) Pompa penekan
hidrolik
5) Peralatan oven/ furnace
6) Gerinda dan pengampelas
7) Mikroskop optik
Bahan yang digunakan sebagai penyusun komposit adalah:
1) Serbuk logam aluminium (Al)2) Serbuk silikon karbida (SiC)3)
Larutan alkohol 96%
4) Zinc stearat
3.2 PROSEDUR PENELITIANProsedur penelitian yang dilakukan adalah
sebagai berikut:1. Penimbangan serbuk silikon karbida dan aluminium
dengan prosentase SiC 30% dan Al 70% (mSiC = 1,874 g dan mAl =
4,177 g).2. Mencampur kedua bahan dan kemudian melarutkannya dengan
alkohol 96% dalam magnetic stearer kurang lebih 30 menit.
1. Campuran kedua serbuk Al dan SiC kemudian dimasukkan ke dalam
cetakan die yang telah diolesi dengan zinc stearat pada dinding
cetakan kemudian di lakukan penekanan (compaksi) dengan tekanan 30
kN dalam waktu kurang lebih 20 menit.
2. Sampel/produk hasil penekanan di sintering dalam ruang vakum
dengan suhu presintering 400oC dan ditahan selama 20 menit.
Kemudian suhu dinaikkan sampai 550oC dengan waktu penahan 2
jam.
3.3 UJI METALOGRAFI
Struktur mikro dari sampel diketahui uji metalografi dengan
mikroskop optik. Sebelumnya sampel di amplas sehingga diperoleh
permukaan sampel yang halus dan mengkilap.
3.4 UJI KEKERASAN VICKERS
Untuk mengetahui kekerasan sampel dilakukan dengan beban 50 g
terhadap tiga titik yang berbeda dan masing-masing ditekan selam 6
sekon.
4. ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
Berdasarkan uji metalografi dengan menggunakan mikroskop optik
diperoleh gambar sebagai berikut:
Gambar 1. Mikro sampel komposit SiC-Al (M 450 X) [1=matrix,
2=filler]
Berdasarkan gambar 1 diperoleh hasil pengamatan stuktur mikro
pada sampel setelah dipres dan disinter, tampak distribusi filler
(Al) dalam matriks (SiC) dengan perbesaran 450x. Pada sampel
menunjukkan distribusi yang kurang merata. Hal ini disebabkan
karena tekanan kompaksi yang dilakukan kurang besar akibatnya
sampel yang terbentuk kurang padat.
BerdasarkanSedangkan uji kekerasan vickers diperoleh nilai
sebagai berikut:
Tabel data hasil uji kekerasan VickersNoD1
(m)D2
(m)HVN
(kg/mm2)
161,7663,2123,7
260,5362,3024,6
363,6462,1323,4
Berdasarkan dari hasil uji vickers diperoleh nilai kekerasan
sampel komposit SiC-Al sebesar 23,9 HVN.5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULANDari hasil pembahasan diatas, dapat ditarik
kesimpulan sebagai berikut:
1. Dengan fraksi volume SiC 30%-Al 70% diperoleh struktur mikro
komposit yang distribusinya (filler) kurang merata.
2. Nilai kekerasan material komposit SiC-Al sebesar 23,9 HVN
5.2 SARANPerlu dicoba variasi komposisi, penekanan serta waktu
dan temperatur sintering yang lebih lebar untuk mendapatkan hasil
yang optimal.
1
2
