BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar BelakangProses produksi logam secara metalurgi serbuk sudah cukup dikenal sekitar abad ke 18. Namun pada saat itu logam yang paling banyak diproduksi dengan proses ini sebatas emas dan perak. Hal itu mungkin dikarenakan logam ini memilki sifat komersial yang tinggi dan membutuhkan waktu yang paling lama dalam prosesnya. Dan ketika mesin pres tekan mulai dipergunakan, yakni pada sekitar tahun 1870, metalurgi serbuk berkembang kepada bahan-bahan logam lainnya.Kemajuan zaman ditandai dengan kemajuan teknologi. Hal ini juga terjadi pada bidang pembuatan logam dengan menggunakan metode serbuk/perlakuan pada material yang banyak menggunakan teknologi modern dan canggih. Walaupun demikian, secara garis besar tahapan perlakuan masih tetap seperti sebelumnya. Tahapan tersebut adalah tahap persiapan, tahap pengolahan, dan tahap pemeliharaan.Dalam proses pembuatan serbuk terdapat berbagai metode/teknik dalam pembuatannya, antara lain : mekanik, pengendapan elektrolit, reaksi kimia, atomisasi cairan logam. Dalam makalah ini akan dijelaskan metode tersebut namun lebih mendalam hanya pada metode mekanik dan atomisasi cairan logam. untuk metode mekanik merupakan salah satu jenis metode pembuatan serbuk yang menggunakan sistem permesinan, artinya material ang dihasilkan menggunakan metode ini masih kasar dan membutuhkan proses selanjutnya. Sedangkan dengan metode atomisasi cairan logam menggunakan teknik penyemprotan pada cairan logam menggunakan fluida berupa (air, udara, gas) untuk menghasilkan logam murni atau logam paduan.Namun dalam penggunaan metode-metode tersebut juga memiliki potensi terjadinya kecacatan serbuk pada pembuatannya, seperti tidak sesuainya ukuran tidak sesuainya ukuran yang di inginkan, komposisi yang tidak di inginkan, dan lain-lain.

1.2. Rumusan MasalahBerdasarkan latar belakang yang telah dikemukakan di atas, maka dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut:1. Pengertian Metalurgi Serbuk.2. Sifat-Sifat Metalurgi Serbuk.3. Proses Pembuatan Serbuk.4. Mekanisme Pembentukan Serbuk.5. Metode-metode Yang Digunakan Dalam Pembuatan Serbuk.

1.3. TujuanTujuan dalam penulisan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan di Bidang Ilmu Metalurgi Serbuk dan menambah pemahaman tentang pembuatan serbuk menggunakan metode mekanik, atomisasi cairan logam, dll dan diharapkan bermanfaat bagi kita semua.

BAB 2. ISI

2.1 Pengertian Metalurgi SerbukMetalurgi Serbuk adalah teknik pengolahan logam untuk menghasilkan produk komersial dengan menggunakan serbuk logam melalui proses penekanan dan pemanasan (sinter). Serbuk dapat terdiri dari campuran serbuk logam dengan serbuk logam atau serbuk logam dengan serbuk non-logam. Metalurgi serbuk merupakan proses pembentukan benda kerja komersial dari logam dimana logam dihancurkan dahulu berupa tepung, kemudian tepung tersebut ditekan di dalam cetakan (mold) dan dipanaskan di bawah temperatur leleh serbuk sehingga terbentuk benda kerja. Sehingga partikel-partikel logam memadu karena mekanisme transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel. Metode metalurgi serbuk memberikan kontrol yang teliti terhadap komposisi dan penggunaan campuran yang tidak dapat difabrikasi dengan proses lain. Sebagai ukuran ditentukan oleh cetakan dan penyelesaian akhir (finishing touch).Metalurgi serbuk dapat dikatakan sebagai suatu kegiatan yang mencakup pembuatan benda komersial, baik yang jadi atau masih setengah jadi (disebut kompak mentah), dari serbuk logam melalui penekanan. Proses ini dapat disertai pemanasan akan tetapi suhu harus berada dibawah titik cair serbuk. Pemanasan selama proses penekanan atau sesudah penekanan yang dikenal dengan istilah sinter menghasilkan pengikatan partikel halus. Dengan demikian kekuatan dan sifat-sifat fisis lainnya meningkat. Produk hasil metalurgi serbuk dapat terdiri dari produk campuran serbuk berbagai logam atau dapat pula terdiri dari campuran bahan bukan logam untuk meningkatkan ikatan partikel dan mutu benda jadi secara keseluruhan. Kobalt atau jenis logam lainnya diperlukan untuk mengikat partikel tungsten, sedang grafit ditambahkan pada serbuk logam bantalan untuk meningkatkan kwalitas bantalan. Serbuk logam jauh lebih mahal harganya dibandingkan dengan logam padat dan prosesnya, yang hanya dimanfaatkan untuk produksi massal sehingga memerlukan die dan mesin yang mahal harganya. Harga yang cukup mahal ini dapat dibenarkan berkat sifat-sifat khusus yang dimiliki benda jadi. Beberapa produk hanya dapat dibuat melalui proses serbuk; produk lainnya mampu bersaing dengan proses lainnya karena ketepatan ukuran sehingga tidak diperlukan penyelesaian lebih lanjut. Serbuk emas dan perak serta yang lainnya telah lama dikenal dan penemuan pres tekan lainnya terlihat pada gambar 2.1 menggalakkan perkembangan metalurgi serbuk.

Gambar 2.1 Mesin Press (tekan) yang digunakan sekitar tahun 18702.2 Sifat-sifat Metalurgi SerbukUkuran partikel, bentuk dan distribusi ukuran serbuk logam, mempengaruhi karakter dan sifat fisis dari benda yang dimampatkan. Serbuk dibuat menurut spsifikasi antara lain bentuk, kehalusan, distribusi ukuran partikel, mampu alir (flowability), sifat kimia, mampu tekan (compressibility), berat jenis semu dan sifat-sifat sinter. Sehingga pemilihan bahan dan cara/metode pembuatan serbuk sangat menentukan dalam ukuran partikel ini. Adapun sifat-sifat metalurgi serbuk ditinjau dari ukuran partikel serta distribusi ukuran serbuk logam sebagai berikut:1. BentukBentuk partikel serbuk tergantung pada cara pembuatannya, dapat bulat, tidak teratur, dendritik, pipih atau bersudut tajam. Sehingga proses pembuatan logam tersebut sangat berpengaruh pada bentuk partikel yang akan diinginkan.2. KehalusanKehalusan berkaitan erat dengan ukuran butir dan ditentukan dengan mengayak serbuk dengan ayakan standar atau dengan pengukuran mikroskop. Ayakan standar berukuran mesh 36 - 850m digunakan untuk mengecek ukuran dan menentukan distribusi ukuran pertikel dalam daerah tertentu. Sehingga ukuran ayakan akan berpengaruh karena dengan ayakan akan terpilih ukuran butir yang diinginkan sesuai dengan ukuran ayakan, sedangkan ukuran butir yang tidak sesuai akan diproses ulang.3. Sebaran Ukuran PartikelDengan sebaran ukuran partikel ditentukan jumlah partikel dari setiap ukuran standar dalam serbuk tersebut. Pengaruh sebaran terhadap mampu alir, berta jenis semu dan porositas produk cukup besar. Sebaran tidak dapat diubah tanpa mempengaruhi ukuran benda tekan. Metoda untuk menentukan ukuran partikel antara lain dengan pengayakan atau pengukuran mikroskopik. Kehalusan berkaitan erat dengan ukuran butir, faktor ini berhubungan dengan luas kontak antar permukaan, butir kecil mempunyai porositas yang kecil dan luas kotak antar permukaan besar sehingga difusi antar permukaan juga semakin besar dan kompaktibilitas juga tinggi. Adapun tabel standart ukuran butir yang telah ditentukan sebagai berikut :

Gambar 2.2 Standart Ukuran Butir4. Mampu AlirMampu alir merupakan karakteristik yang menggambarkan sifat alir serbuk dan kemampuan memenuhi ruang cetak. Dapat digambarkan sebagai laju alir melalui suatu celah tertentu. Dengan distribusi ukuran partikel ditentukan jumlah partikel dari ukuran standar dalam serbuk tersebut. Pengaruh distribusi terhadap mampu alir dan porositas produk cukup besar Mampu alir merupakan karakteristik yang menggambarkan alir serbuk dan kemampuan memenuhi ruang cetak. 5. Sifat Kimia Terutama menyangkut kemurnian serbuk, jumlah oksida yang diperbolehkan dan kadar elemen lainnya. Sehingga kadar kimia yang dibutuhkan logam harus sesuai dengan kadar yang telahditentukan agar diperoleh logam serbuk dengan susunan kimia yang baik. Pada metalurgi serbuk diharapkan tidak terjadi reaksi kimia antara matrik dan penguat.6. KompresibilitasKompresibilitas adalah perbandingan volume serbuk semula dengan volume benda yang ditekan. Nilai ini berbeda-beda dan dipengaruhi oleh distribusi ukuran dan bentuk butir. Kekuatan tekan mentah tergantung pada kompresibilitas. 7. Berat Jenis CurahBerat jenis curah atau berat jenis serbuk dinyatakan dalam kilogram per meter kubik. Harga ini harus tetap, agar jumlah serbuk yang mengisi cetakan setiap waktunya tetap sama. 8. Kemampuan Sinter Sinter adalah proses pengikatan partikel melalui proses pemanasan. Sehingga proses pemanasan juga sangat penting agar terbuntuk struktur mikro logam serbuk yang merata dan terjadi pngikatan partikel pada serbuk tersebut. Adapun tabel dari sifat-sifat material serbuk dan cara pembentukan serbuk material tersebut Bila disingkat adalah SKKBBD-MA-MS :

Gambar 2.3 Sifat-sifat Serbuk Logam

Dari tabel di atas dapat disimpulkan bahwa sifat-sifat serbuk sangatlah penting karena dalam karakteristisasi metalurgi serbuk merupakan faktor penting agar terbentuknya material serbuk yang diinginkan. Faktor-faktor yang mempengaruhi karakteristik dan sifat fisis benda yang dimampatkan:1. Bentuk Partikel Serbuk2. Kehalusan Butir Serbuk3. Distribusi Ukuran Partikel4. Mampu Alir Serbuk5. Sifat Kimia6. Kompresibilitas7. Berat Jenis Curah/Serbuk8. Kemampuan SinterAdapun bentuk karakterisasi bentuk sistem partikel sederhana sebagai berikut :

Gambar 2.4 Karakterisasi Bentuk Sistem Partikel Sederhana

2.3 Proses Pembuatan SerbukMeskipun semua logam secara teoritis dapat dibuat menjadi serbuk, hanya beberapa jenis logam dimanfaatkan dalam pembuatan benda jadi. Beberapa jenis logam memang tidak dapat dibuat secara ekonomis. Yang digunakan adalah kelompok serbuk besi dan tembaga. Brons digunakan untuk membuat bantalan poreus, bras dan besi banyak digunakan untuk membuat suku cadang mesin yang kecil-kecil. Serbuk nikel, perak, wolfram dan aluminium banyak juga digunakan dalam metalurgi serbuk. Berbagai jenis serbuk logam, karena mempunyai cirri-ciri fisis dan kimia tertentu memerlukan cara pembuatan yang berbeda. Prosedur berbeda, begitu pula ukuran dan struktur partikel. Pemesinan akan menghasilkan partikel yang kasar dan digunakan untuk membuat serbuk magnesium. Proses penggilingan dengan memanfaatkan berbagai macam mesin penghancur, mesin giling dan mesin tumbuk dapat menghancurkan berbagai jenis logam. Bahan yang rapuh dapat dihaluskan an dihancurkan dengan cara ini. Proses ini juga dimanfaatkan pada pembuatan zat pigmen dari bahan yang duktil dan diperoleh partikel berbentuk serpih. Biasanya ditambahkan minyak untuk mengecah penggumpalan. Shotting adalah operasi dimana logam cair dituangkan melalui suatu saringan atau lubang disusul dengan pendinginan dalam air. Proses ini menghasilkan partikel yang bulat atau lonjong. Logam pada umumnya dapat dishot namun kerap kali ukuran partikel yang dihasilkan terlalu besar. Atomisasi atau penyemprotan logam, merupakan suatu cara yang baik untuk membuat serbuk dari logam suhu rendah seperti timah hitam, aluminium, seng dan timah putih. Bentuk partikel tidak teratur dan ukurannya berbeda-beda. Proses ini disebut granulasi tergantung pada pembentukan oksida pada permukaan partikel selama prose pengadukan.Pengendapan elektrolit (electrolytic deposition) adalah cara yang umum diterapkan untuk mengolah besi, perak, tantalum dan beberapa jenis logam lainnya. Untuk membuat serbk besi digunakan elektroda plat baja yang dipasang sebagai anoda dalam tangki yang mengandung elektrolit. Plat baja tahan karat ditempatkan dalam tangki sebagai katoda dan besi mengendap dalam elektroda tersebut. Digunakan arus searah dan setelah 48 jam, diperoleh endapan setebal 2 mm. Plat katoda kemudian dikeluarkan dan besi elektrolitik dikeruk. Besi yang sangat rapuh ini dicuci lalu disaring. Serbuk diambil untuk pelunakan. Pada proses reduksi, oksida logam direduksi menjadi serbuk dengan mengalirkan gas pada suhu di bawah titik cair. Untuk serbuk besi, biasanya digunakan kerak, suatu oksida besi. Oksida in dicampur dengan serbuk kokas dan dimasukkan ke dalam tanur putar.Pada ujung pelepasan, campura ini dipanaskan sampai 1050C, hal ini menyebabkan karbon bereaksi dengan oksigen yang terdapat dalam oksida besi. Terbentuklah gas yang dialirkan keluar. Besi yang tertinggal cukup murni dan berbentuk spons. Serbuk logam lainnya seperti wolfram,molibden, nikel dan kobalt dibuat dengan proses yang sama.Cara produksi yang lain diikuti presipitasi, kondensasi, dan proses kimia telah dikembangkan untuk menghasilkan serbuk logam. Beberapa cara fisis dan kimia yang digunakan secara garis besar diberikan oleh diagram berikut (PPPPEesss Atom ngeShott.) :

Gambar 2.5 Berbagai cara pembuatan serbuk

Dalam pembentukan serbuk terdapat sifat penting serbuk yang harus diperhatikan, yaitu densitas. Densitas (berat jenis) suatu produk serbuk logam ditentukan oleh besarnya penekanan dan sinter. Pada penekanan, biasanya telah ditentukan spesifikasinya agar terbentuk densitas yang suatu produk serbuk logam yang baik sesuai dengan material serbuk yang direncanakan. Adapun syarat penekanan tersebut secara umum nya sebagai berikut :1. Serbuk ditekan dalam die baja dengan tekanan sebesar 20 sampai 1400 Mpa.2. Besarnya tekanan tergantung pada kekerasan serbuk, semakin tinggi kekerasannya diperlukan tekanan yang lebih besar.3. Berat jenis dan kekerasan meningkat dengan meningkatnya tekanan, akan tetapi selalu ada tekanan optimum.4. Untuk tekanan yang lebih tinggi, diperlukan die yang lebih kuat dan mesin pres berkapasitas tinggi, sehingga biaya produksi naik.Didalam proses penekanan terdapat susunan agar proses penekanan dapat berjalan dengan sempurna, adapaun susunan penekanan menggunakan pons dan die yang sederhana sebagai berikut:1. Terdapat dua penekan, penekan atas sesuai dengan bentuk benda bagian atas, penekan bawah sesuai dengan bentuk die bagian bawah.2. Penekanan dilakukan dari atas dan bawah agar berat jenis produk/kompak merata.3. Penekan bawah juga berfungsi sebagai ejektor.4. Untuk mengurangi gesekan digunakan pelumas.5. Jarak penekanan tergantung pada kompresibilitas serbuk.Dari proses pembentukan material serbuk dapat ditarik keuntungan dan kerugian dalam penggunaan material serbuk, sebagai berikut:Keuntungan:1. Dapat menghasilkan berbagai macam produk, seperti karbida tungsten, bantalan porous, dan produk bimetal;2. Dapat menghasilkan produk dengan porositas yang terkendali;3. Dapat menghasilkan bagian yang kecil dengan toleransi yang tinggi dan permukaan yang halus;4. Serbuk yang murni menghasilkan produk yang murni pula;5. Sangat ekonomis karena tidak ada bahan yang terbuang;6. Upah buruh rendah karena tidak diperlukan keahlian khusus.Kerugian:1. Serbuk logam mahal dan sulit menyimpannya2. Beberapa jenis produk tidak dapat dibuat secara ekonomis3. Tidak dapat digunakan untuk bentuk produk yang rumit4. Logam-logam dengan titik lebur rendah sulit disinter dan oksida logam tidak dapat direduksi5. Beberapa jenis serbuk logam yang halus mudah meledak6. Sulit mendapatkan kepadatan yang merata2.3.1 Cara Persiapan Serbuk KhususPersiapan serbuk dilakukan dengan dua cara, seperti yang dijelaskan berikut ini:1. Serbuk PaduanSerbuk yang duhasilkan melalui pencampuran logam murni tidak akan mempunyai sifat yang sama dengan serbuk paduan. Serbuk campuran lebih disukai dikarenakan lebih mudah membuatnya dan hanya dengan tekanan yang lebih rendah serbuk paduan yang dipadu selam proses pencairan menghasilkan sifat produk yang hampir sama dengan paduan padatnya. Hal ini memungkinkan untuk dihasilkannya paduan seperti baja tahan karat dan komposisi paduan tinggi lainnya, yang sebelumnya tidak mungklin dibentuk melalui pencampuran. Serbuk logam pra-paduan mempunyai sifat-sifat seperti tahan korosi, kekuatan tinggi atau daya tahan terhadap suhu tinggi.2. Serbuk BerlapisSerbuk logam dapat dilapisi dengna unsur tertentu, malalui caramengalirkan gas pembawa. Setiap partikel tersalut (solute) dengan merata, sehingga akan menghasilkan suatu produk yang bila disinter akan mengikuti karakteristik tertentu dari sifat bahan pelapisnya. Hal ini memungkinkan penggunaan serbuk murah dengan pengikat bahan aktif pada bagian luarnya. Produk yang dibuat dari serbuk berlapis yang telah disinter, jauh lebih homogen daripada produk yang dihasilkan dengan cara pencampuran. Adapun perbandingan antara kedua nya sebagai berikut :

Gambar 2.6 Perbandingan Serbuk Paduan dan Serbuk Berlapis 2.4 Mekanisme Pembentukan SerbukSerbuk untuk produk tertentu harus dipilih dengan teliti agar terjamin sutu proses pembentukan yang ekonomis dan diperoleh sifat-sifat yang diinginkan untuk produk akhirnya. Bila hanya digunakan satu jenis serbuk dengan sebaran ukuran partikel yang tepat, biasanya tidak diperlukan pencampuran lagui sebelum proses penekanan. Kadang-kadang berbagai ukuran partikel serbuk dicampurkan dengan tujuan untuk merubah beberapa karakteristik tertentu seperti yang telah dijelaskan sebelumnya ; mampu alir dan berat jenis, umumnya serbuk yang ada di pasar mempunyai sebaran ukuran partikel yang memadai. Pencampuran akan sangat penting bila menggunakan campuran serbuk, atau bila ditambahkan serbuk bukan logam.Pencampuran serbuk harus dilakukan di liungkungan tertentu untuk mencegah terjadinya oksida atau kecacatan.Hampir semua jenis serbuk memerlukan pelumas pada proses pembentukan untuk mengurangi gesekan pada dinding cetakan serta untuk memudahkan pengeluaran. Meskipun penambahan pelumas menyebakan peningkatan porositas namun sebenarnya fungsi pelumas dimaksudkan untuk meningjkatkan tingkat produksi tang banyak digunakan pada mesin peres dengahn pengumpan otomatik. Pelumas tersebut antara lain adalah asam stearik, lithium stearat dan serbyuk grafit.Diagram pembagian berbagai proses-nya :

Gambar 2.7 Skema Berbagai Cara Pembentukan Serbuk

2.4.1 Cara Penekanan (Pressing)Serbuk diteka dalam die baja dengan tekanan 20 1400 MPa. Karena partikel yang lunak dapat ditekan dengan mudah, dan serbuk yang bersifat plastic tidak memrlukan tekanan tinggi. Sedang untuk serbuk yang lebih keras dengan berat jenis yang memadai memerlukan tekanan yang lebih besar. Berat jenis dan kekerasan meningkat seiring dengan meningkatnya tekanan yang diberikan, akan tetapi selalu ada tekanan optimum (rekomendasi atau yang lebih tepat). Diatas tekanan optimum ini terjadi peningkatan sifat-sifat yang sebenarnya tidak berarti lagi. Untuk tekanan yang lebih tinggi diperlukan die yang kuat dan mesin pres berkapasitas tinggi, sehingga dengan sendirinya ongkos produksi naik karena meningkatnya tekanan ynag diperlukan.Umumnya mesin pres yang dikembangkan untuk proses lain dapat dimanfaatkan pula untuk metalurgi serbuk. Meskipun pres mekanik banyak digunakan karena laju produksi yang tinggi, pres hidraulik digunakan bila benda besar dan bila diperlukan tekanan yang tinggi. Pres punch tunggal dan pres multy-punch rotary berkecepatan tinggi didesain sedemikian rupa sehingga operasinya mulai pengisian cetakan dengan serbuk, pengeluaran benda cetak jadi, berlangsung kontinu dan bertahap. Pres meja putar mempunyai laju produksi yang tinggi, karena dilengkapi dengan serangkaian lubang die, yang masing-masing dilengkapi dengan ponds atas dan bawah. Selama produksi meja berputar, operasi pengisian, penekanan dan pengeluaran produk berlangsung secara bertahap. Pada gambar 2.8, tampak susunan ponds dan die yang sederhana untuk memadatkan serbuk logam. Ada dua penekan, penekan atas yang sesuai dengan bentuk bagian atas dari benda dan penekan bawah yang sesuai dengan bentuk die bagian bawah.

Gambar 2.8 Susunan Penekan Dan Die Untuk Memadatkan Serbuk Logam

Penekan bawah sekaligus berfungsi sebagai ejector untuk mengeluarkan benda yang telah dicetak. Ruang die harus halus untuk mengurangi gesekan dan harus tirus sedikit untuk memudahkan pengeluran benda. Gesekan dinding akan mengurangi tekanan ke serbuk dan bila tekanan bekerja pada satu sisi saja, dalam benda itu sendiri akan timbul perbedaan berat jenis (dari atas ke bawah). Oleh karena itu digunakan penekan baik atas maupun bawah. Jarak penekanan tergantung pada rasio kompresi serbuk. Untuk bersi dan tembaga, harga berkisar dari 2 1. Ruang die diisi sampai ketinggian 3 kali tinggi benda jadi. Bentuk benda yang dikeluarkan atau yang disebut dengan kompak mentah, telah menyerupai produk akhir akan tetapi kekuatannya masih rendah. Kekuatan akhir diperoleh setelah proses sinter. Susunan paralatan untuk menekan serbuk brons tampak dalam gambar 2.9.Pada gambar 2.10 tampak mesin pres untuk membuat roda gigi kecil dari logam, berbagai alat peralatan dapat dibuat dengan proses tekan tanpa pengerjaan lanjutan, cukup disinter. Diperkirakan bahwa diperlukan tekanan sebesar 150 500 MPa untuk membentuk kompak mentah. Proses sinter meningkatkan kekuatan dan memperbaiki struktur kristal setelah itu.

Gambar 2.9 Susunan Peralatan Untuk Menekan Serbuk Brons Menjadi Bantalan

Gambar 2.10 Pembuatan Roda Gigi Kecil Dari Serbuk LogamBesar benda serbuk yang dapat dibuat tergantung pada kapasitas pres. Luas kompak dapat dihitung dari hubungan berikut :

Dimana :

Berat jeni merupakan salah satu cirri khas produk serbuk logam. Tekanan yang lebih besar menghasilkan benda dengan berat jenis yang lebih tinggi, oleh karena itu kekuatnnya bertambah. Berat jenis dapat ditingkatkan dengan menggunakan sebruk yang lebih halus.2.4.2 Dengan Peningkatan Kepadatan Secara SentrifugalPemadatan sentrifugal merupakan suatu cara untuk menghasilkan benda dengan berat jenis yang merata khususnya untuk serbuk logam berat. Cetakan diisi dengan serbuk kemudian diputar hingga mencapai tekanan sekitar 3 MPa. Akan diperoleh berat jenis yang merata, karena gaya sentrifugal bekerja pada masing-masing partikel serbuk. Setelah dikeluarkan dari cetakan, kompak diolah seperti lazimnya. Tehnik ini hanya diterapkan pada benda yang dibuat dari serbuk logam berat seperti karbida wolfram. Bentuk benda sedapat mungkin uniform, oleh karena ketebalan yang berbeda menghasilkan benda yang kurang merata padatnya.2.4.3 Cetakan SlipKompak mentah dengan serbuk wolfram, molibden dan serbuk lain kadang-kadang dibuat dengan metode slip. Serbuk yang diubah menjadi campuran kental, mula-mula dituangkan dalam cetakan yang dibuat dari gips. Karena cetakan ini poreus, cairan terserapo dan terbentuklah lapisan bahan yang padat pada permukaan cetakan. Setelah terbentuk lapisan dengan ketebalan tertentu, cairan kental yang berlebihan dituangkan keluar menghasilkan benda yang berongga. Prosedur ini sangat sederhana dan memungkinkan dibentuknya benda dengan berbagai bentuk dan ukuran. Proses ini banyak digunbakan untuk membuat benda-benda keramik. Berikut tahapan proses-nya :

Gambar 2.11 Skema Proses Cetakan Slip2.4.4 Cara EkstrusiCara ini dimaksudkan untuk membuat benda dengan berat jenis tinggi dan memiliki sifat mekanik yang baik, sehingga prosesnya sangat tergantung pada karakter serbuk yang digunakan. Banyak menggunakan elemen bahan baker nuklir. Bahan logam lainnya yang digunakan : Alumunium, Tembaga, Nikel Benda berbenuk panjang dibuat dengan proses ekstrusi. Perkembangan di bidang ini memungkinkan dibentuknya benda dari serbuk dengan berat jenis yang tinggi dan sifat mekanik yang baik. Cara ekstrusi tergantung pada karakteristik serbuk, beberapa jenis serbuk memerlukan ekstrusi dingin dengan bahan pengikat sedang lainnya dapat dipanaskan sampai suhu ekstrusi tertentu.Umumnya serbuk ditekan, membentuk billet, disusul dengan pemanasan atau sinter dalam lingkungan tanpa oksidasi sebelum dimasukkan dalam pres. Ada kalanya untuk menghindarkan oksidasi, billet tadi dimasukkan dalam wadah logam yang ditutup rapat sebelum dimasukkan ke dalam pres. Proses ini banyak diterapkan pada elemen bahan bakar padat nuklir dan bahan-bahan lainnya seperti untuk penggunaan pada suhu tinggi. Logam-logam lainnya seperti aluminium, tembaga, nikel dapat diekstrusi juga. Berikut tahapan prosesnya :

Gambar 2.12 Skema Proses Ekstrusi2.4.5 Cara Sinter GravitasiLembaran logam dengan porositas terkendali dapat dibuat dengan proses sinter gravitasi. Proses ini banyak diterapkan untuk pembuatan lembaran baja tahan karat. Serbuk dengan ketebalan merata diletakkan diatas tatakan keramik dan disinter selama 48 jam dalam lingkungan gas ammonia pada suhu tinggi. Lembaran tersebut kemudian digiling agar ketebalan merata dan agar memiliki penyelesaian permukaan yang lebih baik. Lembaran tadi kemudian dapat dibentuk lebih lanjut. Lembaran baja porous tahan karat digunakan sebagai filter di industri minyak bumi dan kimia.

2.4.6 Dengan MengerolDari tempat pengumpan, serbuk dimasukkan diantara dua rol yang menekan dan membentuknya menjadi lembaran dengan kekuatan yang memadai sehingga dapat dimasukkan ke dalam dapur sinter. Lembaran tersebut kemudian dirol melalui beberapa pasangan rol lainnya dan mengalami perlakuan panas selanjutnya bila diperlukan. Dengan mencampurkan serbuk sebelum memasuki rol, dapat dibuat lembaran paduan. Serbuk logam yang dapat dirol menjadi lembaran adalah tembaga, perunggu, kuningan, monel dan baja tahan karat. Sifat mekanik yang merata dan porositas yang terkendali dapat dihasilkan melalui proses rol ini.Produk output dalam bentuk lembaran logam. Logam yang digunakan tembaga (Mg), Kuningan, Perunggu, Monel, baja tahan karat.

2.5 Metode-metode Yang Digunakan Dalam Pembuatan SerbukAda beberapa cara dalam pembuatan serbuk antara lain: decomposition, electrolytic deposition, atomization of liquid metals, mechanical processing of solid materials. Hal ini tergantung pada material serbuk yang di inginkan, adapun pembagian macam-macam metode yang digunakan sebagai berikut:1. Decomposition,Terjadi pada material yang berisikan elemen logam. Material akan menguraikan/memisahkan elemen-elemennya jika dipanaskan pada temperature yang cukup tinggi. Proses ini melibatkan dua reaktan, yaitu senyawa metal dan reducing agent. Kedua reaktan mungkin berwujud solid, liquid, atau gas.2. Atomization of Liquid Metals,Material cair dapat dijadikan powder (serbuk) dengan cara menuangkan material cair dilewatan pada nozzel yang dialiri air bertekanan, sehingga terbentuk butiran kecil-kecil. 3. Electrolytic Deposition, Pembuatan serbuk dengan cara proses elektrolisis yang biasanya menghasilkan serbuk yang sangat reaktif dan brittle. Untuk itu material hasil electrolytic deposition perlu diberikan perlakuan annealing khusus. Bentuk butiran yang dihasilkan oleh electolitic deposits berbentuk dendritik. 4. Mechanical Processing of Solid Materials, Pembuatan serbuk dengan cara menghancurkan material dengan ball milling. Material yang dibuat dengan mechanical processing harus material yang mudah retak seperti logam murni, bismuth, antimony, paduan logam yang relative keras dan britlle, dan keramik. Dari sekian proses pembuatan serbuk, proses yang banyak dipakai adalah proses atomisasi.

Gambar 2.13 Proses Atomisasi(a) Water or gas atomization; (b) Centrifugal atomization; (c) Rotating electrode

Serbuk tembaga merupakan salah satu bahan logam yang digunakan untuk membuat komponen otomotif, elektronika dan juga sebagai bahan untuk produk cat yang bersifat konduktip. Dalam industri otomotif dan elektronika, pembuatan komponen dari serbuk tembaga dilakukan dengan teknologi metalurgi serbuk, dimana proses metalurgi serbuk terdiri dari tahapan tahapan mixing, compacting dan sintering (Subagja dkk, 1996). Teknologi ini dianggap lebih menguntungkan daripada teknologi pengecoran, keunggulan tersebut adalah : komponen yang dihasilkan lebih presisi, lebih ringan, efisiensi pemakaian bahan lebih tinggi, konsumsi energi lebih rendah, dan mudah untuk memvariasikan unsur pemadu pada saat pembuatan paduan. Sedangkan pembuatan serbuk tembaga dapat dilakukan dengan beberapa cara diantaranya adalah dengan: proses penghancuran secara mekanik, proses atomisasi, proses pengendapan elektrolisis, maupun proses reaksi kimia.

Gambar 2.14 Tahapan proses metalurgi serbuk (Colton, 2009)2.5.1 Dasar TeoriKemajuan teknologi dalam proses manufaktur merupakan kunci dari keberhasilan produk diterima oleh konsumen. Secara teknis, geometri produk manufaktur semakin beragam, kondisi inilah yang mendorong lahirnya proses baru seperti teknologi powder metallurgy (PM), bahkan penerapan teknologi rapid prototyping (RP) dalam proses produksi telah memberikan umpan balik terhadap penggunaan bentuk bahan baku dari teknologi powder metallurgy, yaitu berupa serbuk, bahkan bahan baku serbuk telah banyak diproduksi secara komersial.Secara teoritis semua material dapat dibuat menjadi serbuk, namun pemilihan metode proses pembuatan serbuknya tergantung dari jenis bahan yang akan dibuat serbuk dan aplikasi penggunaan serbuk. Beberapa keuntungan dari metalurgi serbuk yaitu: menghilangkan/meminimasi proses pemesinan, tidak ada material yang terbuang, ketelitian dan kehalusan permukaan produk relatif tingi. Dalam pembuatan serbuk terdapat beberapa macam teknik dalam pembuatannya, antara lain :1. Mekanik (Proses Penghancuran Secara Mekanik)Mekanik merupakan salah satu pembuatan serbuk dengan menggunakan permesinan, hasil partikel pada metode ini masih kasar dan dibutuhkan penggilingan lanjut seperti milling dll (proses lanjut). biasanya dilakukan untuk logam /paduan yang rapuh, dan dilanjutkan dengan proses penggilingan dan penyaringan.

Gambar 2.15 Proses Penghancuran Secara Mekanik

Pada gambar diatas adalah proses lanjutan pada penghancuran sejumlah butiran material yang akan diperkecil kembai. Variabel yang menentukan pada proses diatas (milling) adalah kecepatan, diameter bola baja. Prinsip kerja diatas adalah dengan cara memutarkan tabung yang didalamnya terdapat sejumlah material yang akan dihaluskan dan juga terdapa bola baja yang akan menghancurkan material tersebut. Jika kecepatan putar tabung tersebut semakin cepat maka akan didaptkan serbuk semakin cepat juga. Tabung silinder yang berisi bola berputar secara kontinyu dan betubrukan dengan material, biasanya spesifikasi mesin ini adalah dengan panjang (L) = 110 mm, diameter tabung (D) = 150 mm, putaran (n) = 85 rpm. Dengan diameter bola kira-kira 30 kali diameter beban material. Pembuatan serbuk secara mekanik merupakan prose pembuatan serbuk dengan pemukulan, gesekan, pemotongan, serta penekanan. Serbuk yang dihasilkan dari proses ini biasanya diaplikasikan untuk material getas, sedangkan serbuk yang dihasilkan mempunyai bentuk acak, jadi untuk bahan dasar tembaga tidak digunakan biasanya digunakan pada Pembuatan serbuk antimon (Sb), Pembuatan serbuk magnesium (Mg). Menurut teori yang ada teknik mekanik ini masih terbagi menjadi beberapa macam lagi antara lain :a. Impaksi, adalah metode yang dilakukan dengan cara pengurangan material dengan teknik beban kejut. Artinya material yang akan dijadikan serbuk diberikan kejutan hingga timbul keretakan.b. Pengausan, adalah teknik yang dilakukan untuk mendapatkan serbuk material dengan cara gesekan sehingga menimbulkan material yang lebih kecil lagi daripada impaksi diatas.c. Pemotongan, adalah metode pembentukan serbuk dengan cara pemotongan pada bagian-bagian material untuk mendapatkan pecahan material yang akan diproses lanjut.d. Kompresi, adalah metode salah satu cara untuk mendapkan serbuk dengan metode kompresi atau penekanan pada sejumlah material yang akan dijadikan serbuk.2. Shotting, logam cair dituangkan melalui saringan atau lubang kecil dan dijatuhkan dalam air. Bentuk partikel yang dihasilkan bulat atau lonjong (teardrop). Metode ini digunakan pada pembuatan serbuk gelas, pembuatan serbuk superalloy, dll.3. Grinding, menggunakan mesin gerinda untuk logam yang rapuh. Partikel yang dihasilkan berbentuk serpihan (flake). Digunakan untuk pembuatan serbuk : berilium, besi karbon tinggi, antimon, nikel dengan kandungan sulfur tinggi, bismut, mangan.4. Proses reduksi, mereduksi kandungan oksida dengan mengalirkan gas reduktor (H, CO, dll). Partikel yang dihasilkan berbentuk tak teratur hingga sponge. Digunakan untuk pembuatan serbuk : tembaga, besi, nikel, kobal tungsten, molibdenum. 5. Proses Atomisasi,Proses atomisasi paling banyak digunakan dalam proses pembuatan serbuk, baik serbuk murni maupun serbuk paduan Atomisasi secara sederhana dapat didefinisikan sebagai proses memecah cairan logam yang jatuh, dimana prinsip kerja dari metode atomisasi adalah memecah atau mengatomisasi logam cair menjadi partikel serbuk dengan cara menembakkan gas atau fluida bertekanan tinggi dari nosel. Untuk proses atomisasi sering dikaitkan pada media yang digunakan untuk memecah cairan logam tersebut, untuk logam tembaga yang digunakan media gas, dan air (German, 1998).

Gambar 2.16 Proses Atomisasilogam cair dikabutkan dengan tekanan tinggi dalam ruang vakum, setelah membeku akan terbentuk serbuk yang sangat halus. Partikel yang dihasilkan berbentuk tak teratur hingga bulat. Pada metode ini terbagi menjadi 3 macam ditinjau dari fluida nya antara lain : air, udara, dan gas. Untuk teknik pengkabutan nya sendiri terbagi menjadi gaya sentrifugal, gaya semprot air, gaya semprot gas. Untuk water atomization dilakukan vertikal seperti contoh pada gambar diatas dengan tekanan air yang sangat tinggi sehingga terjadi percikan/pecahan atau pemecahan logm akibat bertbrakan nya air dengan logam cair. Adapun macam-macam semprotan air yang digunakan adalah cratering, splashing, stripping, burshing, dll. Semakin besar tekanan maka semakin kecil ukuran serbuk yang dihasilkan. Misalnya tekanan yang digunakan adalah 150 Mpa maka serbuk yang dihasilkan berukuran 5 mikrometer. Begitu juga sebaliknya, jika tekanan yang disemprotkan keci, maka ukuran serbuk yang dihasilkan besar. Misalnya tekanan yang digunakan adalah 17 Mpa maka ukuran serbuk yang dihasilkan adalah 117 mikrometer, dan seterusnya.Untuk atomization gas prinsipnya sama dengan yang menggunakan fluida air, namun pada metode ini dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu vertikal dan horizontal. Namun tujuannya tetap sama yaitu untuk mendapatkan serbuk dengan ukuran yang di inginkan. Gas yang digunakan pada metode ini adalah nitrogen, helium, dll. Pada proses penyemprotan gas ini, gas hasil penyemprotan tidak dibuang begitu saja namun, digunakan lagi. Dengan cara pemberian filter pada bagian setelah chamber (tempat serbuk) sehingga gas yang telah disemprotkan dapat digunakan lagi tanpa adanya serbuk material yang tercampur atau ikut masuk pada gas tersebut. Terdapat variabel-variabel yang perlu diperhatikan pada penggunaan metode ini adalah Tipe gas yang digunakan, Residual atmosfir, Temperatur peleburan logam dan viskositas yang ada pada lubang masuk nozel, Paduan logam yang digunakan, Metal feed rate, Tekanan gas, Gas feed rate and velocity, Ukuran nozel, temperature gas (jika panas, maka sulit terjadi pendinginan). Digunakan untuk pembuatan serbuk : stainless steel, kuningan, perunggu, timah putih dan hitam, besi, seng.6. Proses Pengendapan elektrolit,Proses ini hampir sama dengan teknik penyepuhan logam, plating, yaitu dengan cara mengendapkan serbuk pada katoda dari sel elektrolit. Metode ini menggunakan proses elektrolisa sehingga terjadi pengendapan logam pada elektrode. Partikel yang dihasilkan berbentuk tak teratur hingga flake. Proses pengendapan elektrolisis merupakan cara yang banyak digunakan secara luas dalam pembuatan serbuk tembaga, berilium, besi, serta nikel. Kesesuaian antara material kimia dengan kondisi fisik selama elektrode posisi memungkinkan untuk melonggarkan endapan yang menempel pada katoda, sehingga mudah untuk diserut menjadi serbuk. Metoda ini pula dapat menghasilkan serbuk logam dengan kemurnian tinggi sehingga sangat baik untuk pengolahan metalurgi serbuk industri elektronika. Tetapi untuk pembuatan serbuk besi contohnya, akan jauh lebih mahal operasinya bila dibanding dengan proses atomisasi, akan tetapi untuk pembuatan serbuk tembaga cukup kompetitif (Popov, 2002).

Gambar 2.17 Proses pengendapan ElektrolisisProses elektrolisis pembuatan serbuk tembaga mirip dengan proses elektrolisis pemurnian tembaga, dimana logam mentah tembaga, dicetak menjadi lempengan, yang digunakan sebagai anoda dalam sel elektrolisis yang mengandung larutan Cu SO4 dalam H2SO4 berair. Namun biasanya pada alat ini terdapat kotoran yang menempel pada dinding elektrolit akibat sisa pengendapan yang belum sempurna (proses elektrolisasi yang belum sempurna) sehingga dibutuhkan transportasi melalui katoda yang disalurkan pada elektrolit tersebut untuk membersihkan sisa-sisa proses tersebut. Proses ini seperti mengkorosikan logam namun proses ini tidak dapat dilakukan pada logam yang berporus dan kelemahan lain proses ini adalah terdapat kontaminasi antara larutan elektrolit dengan logam tersebut apabila kadar larutan yang berlebihan atau tidak sesuai dengan prosedur sehingga langkah selanjutnya adalah dilakukan penggilingan pada material yang telah terkontaminasi tersebut dan diproses ulang.Pemilihan MetodeDengan pertimbangan uraian di atas maupun hasil yang akan diharapkan, maka pemilihan metode pembuatan serbuk tembaga yang terbaik dan realistis adalah dengan menggunakan proses pengendapan elektrolisis, lihat Tabel yang ada pada gambar 2.18. Keuntungan dari metoda ini diantaranya : kondisi prosesnya fleksibel, penggunaan temperaturnya rendah, dan dapat menghasilkan partikel serbuk hingga 40 m, serta dapat mencapai 99,97 % ~ 99,99% tembaga murni. Meskipun ada kekurangannya, yaitu butuh energi listrik besar dan perlu material elektroda yang khusus, seperti titanium ataupun stainless steel (Huenert, 2005). Untuk proses penghancuran mekanik tidak bisa diterapkan dalam pembuatan serbuk tembaga, karena sifat tembaga yang cenderung liat. Dapat diambil kesimpulan bahwa proses pengendapan elektrolisis digunakan untuk mendapatkan kemurnian tinggi pada tembaga lempengan, yang mana pelarutannya dilakukan secara elektrokimia untuk menghasilkan serbu tembaga.Dengan proses pengendapan elektrolisis ini, diharapkan hasil pengendapan tembaganya adalah merupakan endapan dendrite. Kerapatan yang rendah dari serbuk dendrite tembaga dapat menimbulkan gumpalan pada kemurnian yang tinggi, bahkan bila diproses lebih lanjut serbuk dendrite bisa diubah menjadi serbuk bentuk rounded. Sebagai contoh serbuk tembaga yang halus terdapat pada produk MicroTronic * 210 (Huenert, 2005). Produksi serbuk tembaga dengan cara pengendapan elektrolisis menghasilkan partikel butir (d50) ke bawah ~ 2m), serta ketersediaannya tak terbatas. Jika menginginkan serbuk yang sangat halus maka pemilihan parameter pengendapan harus tepat sesuai metode pembuatan serbuk tembaga.

Gambar 2.18 Komparasi metode pembuatan serbuk tembaga (Huenert, 2005).7. Proses reaksi kimia, Hampir semua logam dapat dibentuk menjadi serbuk dengan menggunakan reaksi kimia. Ukuran dan bentuk partike serbuk dapat diatur dengan variasi variabel reaksi. Pembuatan serbuk secara kimia dibedakan menjadi pembentukan serbuk dengan fase reaksi padat, cair, maupun uap.

Gambar 2.19 Proses reaksi kimia

BAB 3. PENUTUP

1.1. KesimpulanDapat di simpulkan bahwa Metalurgi serbuk merupakan proses pembentukan benda kerja komersial dari logam dimana logam dihancurkan dahulu berupa tepung, kemudian tepung tersebut ditekan di dalam cetakan (mold) dan dipanaskan di bawah temperatur leleh serbuk sehingga terbentuk benda kerja. sifat-sifat metalurgi serbuk antara lain meliputi Bentuk, Kehalusan, Sebaran Ukuran Partikel, Mampu Alir, Sifat Kimia, Kompresibilitas, Berat Jenis Curah, Kemampuan Sinter. Proses pembuatan serbuk terbagi menjadi dekomposisi, atomisasi, pengendapan elektrolit, reaksi kimia, reaksi kimia. Mekanisme pembentukan serbuk meliputi penekanan, pengerolan, pemampataneksplosif, proses serat logam, peningkatan kepadatan secara sentrifugal, sinter gravitasi, ekstrusi, cetakan slip.1.2 SaranSebagai makhluk individu yang menjadi satuan terkecil dalam suatu organisasi / kelompok manusia harus memiliki kesadaran diri terhadap realita yang berkembang di tengah masyarakat sehingga dapat menghindari masalah yang berpokok pangkal dari keragaman dan keserataan sebagai sifat dasar manusia. Sehingga penulis sangat membutuhkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaannya makalah ini

DAFTAR PUSTAKA

1. www.ilmumetalurgiserbuk.com2. http://antek-07.blogspot.com/2013/07/skripsi-metalurgi-serbuk.html www.wikipedia.pembuatan metalurgi serbuk.com3. www.scribe.com4. ASM Handbook, (1998), Powder Metal Technologies and Applications, Volume 7, ASM International, Ohio, USA.

22