TUGAS AKHIR PENGARUH PERUBAHAN JARAK SEMPROT TERHADAP PELAPISAN LOGAM PADUAN NIKEL-ALUMINIUM (METCO 404) DALAM PROSES SEMPROT PLASMA

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PENGARUH PERUBAHAN JARAK SEMPROT TERHADAP PELAPISAN LOGAM PADUAN NIKEL-ALUMINIUM (METCO 404) DALAM PROSES SEMPROT PLASMA Diajukan Guna Melengkapi Sebagian Syarat Dalam Mencapai Gelar Sarjana Teknik (S1) DISUSUN OLEH : Nama : Arif Nalarto Linuwih NIM : Program Studi : Teknik Mesin PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008 v

2 LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini, N a m a : Arif Nalarto Linuwih N.I.M : Jurusan : Teknik Mesin Fakultas : Teknologi Industri Judul Skripsi : Pengaruh Jarak Semprot Terhadap Pelapisan Logam Paduan Nikel-Aluminium ( Metco 404 ) Dalam Proses Semprot Plasma Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan Skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggungjawabkan sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian, pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak dipaksakan. Penulis, Materai Rp.6000 ARIF NALARTO LINUWIH LEMBAR PENGESAHAN vi

3 PENGARUH PERUBAHAN JARAK SEMPROT TERHADAP PELAPISAN LOGAM PADUAN NIKEL-ALUMINIUM (METCO 404) DALAM PROSES SEMPROT PLASMA Disusun Oleh : Nama : Arif Nalarto L NIM : Jurusan : Teknik Mesin Pembimbing Akhir Mengetahui Koordinator Tugas ( Ruli Nutranta, M.Eng. ) ( Nanang Ruhiyat, MT ) ABSTRAKS vii

4 PENGARUH PERUBAHAN JARAK SEMPROT TERHADAP PELAPISAN LOGAM PADUAN NIKEL-ALUMINIUM (METCO 404) DALAM PROSES SEMPROT PLASMA Bagian yang dipelajari adalah pengaruh parameter proses jarak semprot terhadap sifat mekanik dari permukaan lapisan yang dihasilkan. Tujuannya adalah untuk mengetahui karakteristik pelapisan yang dihasilkan, terutama pada proses penyemprotan menggunakan tangan untuk memegang secara langsung, yang berjarak berubah ubah, bukan memakai robot. Metoda penulisan yang dipakai adalah pengumpulan data, pengolahan data, Analisa dan Pembahasan dan diakhiri dengan membuat kesimpulan Dari hasil penelitian dilihat nilai-nilai yang optimum dari kekerasan lapisan, ketebalan lapisan, kekuatan lekat yang kemudian dikombinasikan dengan hasil pengamatan struktur mikro lapisan semprot yang dihasilkan. Hasil akhir penelitian dari ketiga variable jarak 20 cm, 30 cm, 40 cm diperoleh hasil yang relatif baik, karena hasil yang diperoleh sesuai dengan ketentuan yang ada lembar panduan kerja. KATA PENGANTAR viii

5 Puji syukur alhamdullilah penulis panjatkan kehadirat Alloh SWT karena berkat bimbingan, rahmat dan hidayah-nya sehingga pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan penelitian tugas akhir, yang merupakan salah satu persyaratan yang diperlukan guna menempuh ujian sidang Sarjana Strata 1 di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercubuana, Jakarta. Penelitian yang dilakukan oleh penulis mengenai perlakuan permukaan khususnya mengenai proses pelapisan dengan menggunakan metode sample plasma, yang berjudul Pengaruh Jarak Semprot Terhadap Pelapisan Logam Paduan Nikel-Aluminium ( Metco 404 ) Dalam Proses Semprot Plasma. Selesainya pelaksanaan penelitian tugas akhir ini tidak terlepas dari bantuan dan kerja sama dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Ruli Nutranta, M. Eng. sebagai dosen pembimbing. 2. Seluruh Dosen Pengajar kelas PKSM Universitas Mercu Buana, Jakarta. 3. Ibu dan Ibu mertua penulis yang saya hormati dan cintai. 4. Istri dan Anak-Anakku tersayang yang telah banyak merelakan waktunya. 5. Bapak Omi Pardede sebagai Manager Machining dan Thermal Spray. 6. Semua teman teman di Machining, Thermal Spray dan Engineering Pada kesempatan ini penulis juga mohon maaf atas segala kesalahan dan penulisan yang mungkin berbeda dengan pandangan pembaca sehingga komentar, kritik dan saran yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan. Demikian pengantar penulisan penelitian ini, semoga bermanfaat bagi pembaca sekalian, terutama bagi GMF Aero Asia, Garuda Indonesia Group, dalam rangka meningkatkan IPTEK diperusahaan tersebut. Jakarta, Januari 2008 Penulis DAFTAR ISI ix

6 HALAMAN JUDUL LEMBAR PERNYATAAN LEMBAR PENGESAHAN ABSTRAKS KATA PENGANTAR DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR DAFTAR TABEL i ii iii iv v vi ix xi BAB. I. PENDAHULUAN Latar belakang Permasalahan Batasan masalah Tujuan Metode penelitian 5 BAB. II. TINJAUAN PUSTAKA Proses Perlakuan Permukaan Teknologi Proses Semprot Logam Proses Semprot Plasma Prinsis Dasar Proses Semprot Plasma Berkas Sinar Plasma Gas Pembentuk Plasma Pembentukan Deposit Lapisan Plasma Interaksi Partikel Dengan Lingkungannya Karakteristik Dasar Lapisan Semprot Plasma 26 x

7 Struktur Mikro Densitas Dan Porositas Ikatan, Tegangan internal Dan Ketebalan Lapisan Parameter Kerja Proses Penyemprotan Pemilihan Gas Plasma Sumber Daya Listrik Pengumpanan Serbuk Jarak Penyemprotan Sudut Semprot Ukuran Serbuk Pemilihan Bahan Semprot Tahap-Tahap Proses Penyemprotan Tahap Persiapan Permukaan Logam Induk Tahap Pemanasan Mula Logam Induk Tahap Penyemprotan Material Umpan Tahap Pengerjaan Akhir 38 BAB. III. PENGUMPULAN DATA Diagram Alir Penelitian Spesifikasi Bahan Yang Digunakan LogamInduk (Substrat) Logam Pelapis Parameter Proses Untuk Serbuk Gas Pembentuk Plasma Resin Adhesive 44 xi

8 3.3. Parameter Penelitian Peralatan Prosedur Proses Semprot Plasma Peralatan Proses Semprot Plasma Prosedur Proses Semprot Plasma a. Persiapan Permukaan Logam Induk b. Pemanasan Mula Permukaan logam Induk c. Penyemprotan Material Serbuk Pelapis Pengujian Dan Pengamatan Struktur Mikro Kekerasan Kekuatan Ikatan Pengamatan Struktur Mikro Dan Pengukuran Ketebalan Lapisan 48 BAB. IV. ANALISIS Hasil Pengujian Kekerasan Hasil Pengukuran Ketebalan Lapisan Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Struktur Mikro Lapisan Semprot 56 BAB. V. PENUTUP Kesimpulan Saran 62 DAFTAR PUSTAKA 63 LAMPIRAN 64 DAFTAR GAMBAR xii

9 Gambar 2.1 Pembagian Proses Perlakuan Permukaan 10 Gambar 2.2 Proses Semprot Logam Nyala Api 13 Gambar 2.3 Proses Semprot Logam Busur Listrik 13 Gambar 2.4 Proses Semprot Logam Busur Plasma 14 Gambar 2.5 Unit Peralatan Semprot Logam Busur Plasma 16 Gambar 2.6 Atom Netral 17 Gambar 2.7 Elektron yang Keluar Lintasan 18 Gambar 2.8 Pemisahan Gas Diatomik 19 Gambar 2.9 Inklinasi Semprot Logam Partikel dalam Berkas Sinar Plasma 22 Gambar 2.10 Kecepatan Partikel WC-CO dengan Ukuran yang Berbeda 24 Gambar 2.11 Skema Hasil Semprot Plasma 25 Gambar 2.11 Struktur Mikro pada Hasil Semprot Plasma secara umum 27 Gambar 2.12 Tegangan Yang Terjadi Pada Pelapisan 30 Gambar 2.13 Pengaruh Ukuran Butir Terhadap Kepadatan Lapisan Tungsten 35 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian 40 Gambar 3.2 Bentuk Benda Uji Kekerasan 41 Gambar 3.3 Bentuk Benda Uji Tarik 42 Gambar 3.4 Susunan Benda Uji Tarik 47 Gambar 4.1 Grafik Kekerasan Lapisan (HRB ) 51 Gambar 4.2 Grafik Ketebalan Lapisan 53 xiii

10 Gambar 4.3 Grafik Kekuatan Ikatan Lapisan 56 Gambar 4.4 Struktur Mikro Jarak Semprot 20 cm Dengan Perbesaran 200 x 57 Gambar 4.5 Struktur Mikro Jarak Semprot 20 cm Dengan Perbesaran 500 x 58 Gambar 4.6 Struktur Mikro Jarak Semprot 30 cm Dengan Perbesaran 200 x 58 Gambar 4.7 Struktur Mikro Jarak Semprot 30 cm Dengan Perbesaran 500 x 59 Gambar 4.8 Struktur Mikro Jarak Semprot 40 cm Dengan Perbesaran 200 x 59 Gambar 4.9 Struktur Mikro Jarak Semprot 40 cm Dengan Perbesaran 500 x 60 DAFTAR TABEL xiv

11 Tabel. 2.1 Pemilihan Bahan Semprot Plasma 36 Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Stainless 17 7 PH 42 Tabel 4.1 Tingkat Kekerasan Permukaan ( Hrb ) 49 Tabel 4.2 Hasil Ketebalan Lapisan Semprot 52 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Kekuatan Ikatan 54 xv

12 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Aus adalah sebuah kerusakan yang lumrah terjadi pada komponen yang bekerja pada pergerakan dengan gesekan. Pada gerakan relatif dengan tekanan, selalu terjadi friksi pada bidang kontak yang menyebabkan abrasi. Hal ini akan merusak ketelitian komponen yang selanjutnya akan berkembang terus menjadi lebih parah hingga komponen kehilangan fungsi atau bahkan akan patah. Keausan juga terjadi pada komponen komponen pesawat terbang. Oleh karena itu, banyak metode yang telah dikembangkan untuk mengatasi keausan ini. Salah satunya metode yang di gunakan adalah proses semprot logam. Proses semprot logam adalah penyemprotan material padat yang dicairkan ke permukaan logam dasar untuk memberikan lapisan pelindung. Thermal spray merupakan kelompok proses pelapisan, yaitu penambahan atau penempelan suatu material atas permukaan material lain. Cara adalah material pelapis di panaskan hingga titik leburnya, lalu didorong dengan tekanan udara hingga material pelapis tersebut mengenai permukaan benda kerja hingga terbentuk lapisan baru. Gambar 1.1 Proses Pelapisan menggunakan Thermal Spray 1

13 Dalam dunia industri, thermal spray berkembang dengan pesat. Hal ini karena proses ini karena mempunyai beberapa keuntungan, diantaranya : 1 Tingkat fleksibilitas yang tinggi. 2 Material pelapis sangat bervariasi. 3 Kecepatan penyempurnaan tinggi. 4 Proses dapat di otomatisasikan dengan menggunakan robot. 5 Pengaplikasiannya lebih variatif. Dalam penelitian ini, proses semprot logam yang dipakai adalah proses semprot plasma dengan material berbentuk serbuk paduan logam. Proses semprot plasma mampu menghasilkan sumber panas yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan metode semprot logam lainnya, sehingga dapat digunakan untuk penyemprotan material dengan titik leleh yang tinggi. Lapisan yang dihasilkan oleh proses semprot plasma dipengaruhi oleh beberapa parameter, yaitu : 1. Jarak penyemprotan. 2. Sudut semprot. 3. Kecepatan material ( spray rate ). 4. Kecepatan lintas (traverse speed ). 5. Diameter lubang penyemprotan ( nozel gun ). Beberapa parameter tersebut akan mempengaruhi karakteristik lapisan hasil semprot yaitu : 1. Kekerasan permukaan hasil semprot. 2. Jumlah porositas dan oksida yang ada. 2

14 3. Ketebalan lapisan. 4. Kekuatan lekat material lapisan dengan logam induk. Saat ini proses semprot plasma mengalami pertumbuhan yang pesat bahkan diperkirakan sampai beberapa tahun kedepan. Teknik plasma menduduki peringkat pertama di antara proses semprot logam lainnya. Sedangkan di negara berkembang seperti negara kita, pemanfaatan teknologi proses semprot plasma masih merupakan hal yang baru. Teknologi ini banyak digunakan dalam proses perbaikan komponen komponen pesawat udara. Garuda Maintenance Facility Aero Asia merupakan salah satu fasilitas perbaikan komponen pesawat yang menggunakan teknologi ini. Investasi peralatan semprot plasma dirasa cukup tinggi dibanding proses semprot lainnya sehingga di butuhkan tindakan yang ekonomis dengan hasil yang optimum. Oleh karena itu perlu kiranya dilakukan suatu penelitian terhadap proses semprot plasma Permasalahan Pengerjaan semprot plasma / Plasma Spray adalah merupakan salah satu bagian tahapan perawatan mesin pesawat di Engine Maintenance, PT GMF Aero Asia. Mengingat Thermal Spray di dunia industri yang ada di Indonesia masih cukup langka, maka penulis tertarik untuk meneliti salah satu bagian dari Thermal Spray yaitu Plasma Spray. 3

15 1.3. Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi hanya untuk mengetahui karakteristik / sifat mekanik terhadap perubahan parameter jarak semprot. Adapun variable jarak semprot yang dipakai adalah 20 cm, 30 cm, 40 cm. Sedangkan untuk parameter yang lainnya dibuat konstan sesuai dengan proses penelitian yang dilakukan. Material serbuk yang digunakan sebagai material pelapis adalah serbuk logam paduan dasar nikel-alumunium ( nickel base alumunium alloy ) Metco 404. Parameter lain yang dipergunakan, seperti komposisi gas, pengaturan sumber daya listrik, persiapan benda uji, pemakaian alat penembak umpan dijaga konstan dan merujuk pada standar yang diberikan oleh pihak perusahaan pembuat serbuk dan paralatan semprot plasma yang digunakan selama penelitian, yaitu Metco Perkin Elmer. Serangkaian pengujian yang dilakukan terhadap lapisan hasil penyemprotan, meliputi pengujian kekerasan, ketebalan lapisan dan kekuatan lekat (bonding strength) terhadap struktur mikro lapisan semprot. Proses semprot dilakukan di Engine Maintenance, Garuda Maintenance Facility (GMF) bagian Thermal Spray, dan untuk pengujian dilakukan di Laboratorium GMF Tujuan Tujuan dari penulisan ini adalah agar dapat mengetahui dan mengerti tentang Thermal Spray pada umumnya dan proses Plasma Spray pada khususnya. Selain itu juga untuk mempelajari pengaruh jarak semprot pada waktu dilakukan 4

16 penyemprotan terhadap sifat mekanik hasil semprot yaitu kekerasan, ketebalan lapisan, kekuatan lekat serta struktur mikro lapisan sehingga dapat diprediksi nilai optimum dari besarnya sudut semprot yang relatif baik untuk digunakan Metode Penulisan Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis menggunakan data-data yang ada kaitannya dengan penelitian ini, adapun metode yang digunakan sebagai berikut: Pengumpulan data 1. Studi literatur. 2. Pengamatan langsung pada kasus. 3. Melakukan diskusi dengan para operator Thermal Spray dan Repair Engineer. 4. Mengumpulkan data sekunder Pengolahan Data Melakukan pengolahan terhadap data-data yang sudah dikumpulkan dengan menggunakan referensi yang berhubungan dengan hal itu Analisa dan Pembahasan Melakukan analisa terhadap hasil dari pengujian dan memberikan bahasan sesuai dengan nilai-nilai yang didapat dari hasil pengujian. 5

17 Membuat Kesimpulan Menyimpulkan hasil pengujian dan pembahasan yang didapat Sistimatika Penulisan Adapun sistematika pembahasan dari skripsi tugas akhir ini menjadi 5 bab dengan susunan sebagai berikut: BAB. I PENDAHULUAN, berisi tentang : latar belakang, permasalahan, batasan masalah, tujuan penelitian, metode penulisan. BAB. II TINJAUAN PUSTAKA, berisi tentang : teori dasar yang berkaitan dengan proses perlakuan permukaan, dan teknologi proses semprot logam. BAB. III DATA-DATA PENGUJIAN, berisi data-data yang mendukung proses pelaksanaan penelitian, Spesifikasi bahan yang digunakan untuk penelitian BAB. IV ANALISIA HASIL PENGUJIAN, berisi tentang hasil pengujian dilaboratorium mengenai : kekerasan permukaan, ketebalan, kekuatan ikatan lapisan 6

18 BAB. V KESIMPULAN, berisi tentang kesimpulan dari bab 3 dan 4 sesuai dengan pengamatan hasil pengujian. 7

19 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Proses Perlakuan Permukaan Sebelum kita memasuki masalah proses semprot logam, terlebih dahulu akan diawali dengan memberikan pengertian atau penjelasan singkat tentang kedudukan proses semprot logam dalam proses perlakuan permukaan. Di samping itu akan diperlihatkan dalam suatu diagram proses apa saja yang termasuk katagori perlakuan permukaan, sehingga dari titik tolak tersebut dapat di hasilkan suatu perbandingan antara proses semprot logam dengan proses perlakuan permukaan yang lain. Kualitas sebagian besar produk logam dipengaruhi oleh kondisi permukaan dan pengrusakan permukaan akibat pemakaian. Pengrusakan permukaan merupakan faktor utama yang membatasi masa pakai dan menurunkan kinerja produk produk komponen mesin sering disebut keausan. Untuk membuat produk yang tahan aus dapat dilakukan dengan membuat produk dari bahan tahan aus atau dengan membentuk lapisan tahan aus dipermukaan produk logam. Sebagian material tahan aus memiliki sifat keras dan nilai ketangguhan yang rendah. Material ini juga sulit untuk diproses dari pada material mesin pada umumnya, oleh karena itu komponen yang dapat dibuat dari material ini biasanya mempunyai bentuk sederhana. Dan sebaliknya lebih menguntungkan apabila memakai material yang telah dilapisi permukaannya 8

20 dengan lapisan tahan aus karena produknya memiliki ketangguhan yang baik dan bentuk produknya juga lebih rumit. Proses perlakuan permukaan sebagian besar dilakukan untuk mengatasi fenomena keausan tersebut. Proses perlakuan permukaan dapat dibagi menjadi dua kelompok yaitu : perlakuan panas permukaan (surface heat treatment) dan pelapisan permukaan ( surface coating ). Perlakuan panas permukaan adalah membentuk permukaan keras melalui proses perlakuan panas seperti pendifusian elemen karbon atau nitrogen ke dalam permukaan logam induk. Sedangkan pelapisan permukaan adalah pembentukan lapisan baru pada permukaan logam induk dengan cara memberikan atau mendepositkan material keras di atas permukaan logam induk. 9

21 Gambar 2.1. Pembagian proses perlakuan permukaan Sumber: Pelapisan Dengan Penyemprotan Logam, Katim Indarto,Juni

22 Proses semprot logam dikelompokan sebagai salah satu dari proses pelapisan permukaan ( surface coating ). Sebenarnya proses semprot logam tidak hanya ditujukan untuk mengatasi keausan tetapi sebagai proteksi terhadap thermal, oksidasi dan korosi. Selain itu, dapat juga digunakan sebagai pelindung (seal) dan perbaikan dimensi komponen mesin. Proses ini memiliki beberapa kelebihan di banding proses pelapisan permukaan lainnya, antara lain ukuran dan bahan yang akan dilapisi tidak terbatas, distorsi panas yang terjadi kecil sehingga bias digunakan untuk material yang tipis, dapat dipakai untuk material pelapis yang bersifat tidak mampu las / non weldable seperti plastik atau keramik, ketebalan lapisan yang lebih presisi dan sebagainya Teknologi Proses Semprot Logam Proses semprot logam dalam pengertian umum dipakai untuk mendefinisikan suatu kelompok proses penyemprotan atau pendepositan material logam atau non logam pada material induk untuk membentuk lapisan. Material pelapis dapat berupa serbuk atau kawat. Alat penyemprotnya menggunakan busur plasma, pembakaran gas, atau busur listrik untuk menghasilkan panas yang akan dipergunakan untuk melelehkan material pelapis. Material pelapis berubah menjadi keadaan plastis atau cair ketika di panaskan dan kemudian disemprotkan oleh proses gas ke material induk. Partikel akan menumbuk material induk dan membentuk lapisan tipis yang terikat ke material induk dan terikat antar partikel itu sendiri. Partikel partikel tersusun dan menjadi dingin dan akan membentuk lapisan. 11

23 Proses semprot logam dimulai setelah diperkenalkannya alat penyemprotan dengan menggunakan gas oksiasetilena oleh Schoop pada tahun Ia juga yang mengembangkan proses semprot logam dengan menggunakan busur listrik sebagai sumber panas. Setelah itu perkembangan proses semprot logam dipergunakan dengan bidang aplikasi yang makin luas. Proses semprot logam adalah proses yang sinergis. Komponen sistem, parameter, sifat dan fungsi pelapis yang diharapkan harus ditentukan terlebih dahulu. Hal ini agar dapat dipilih jenis material dan peralatan yang dibutuhkan bagi proses secara tepat. Proses dapat disesuaikan untuk kebutuhan khusus setelah menetapkan beberapa variable. Beragam lapisan dapat di peroleh dengan menggunakan kombinasi yang berbeda dari peralatan dan material pelapis. Suatu system semprot logam biasanya terdiri dari alat penembak atau penyemprot, sumber energi listrik, unit pengontrol gas dan material umpan pelapis yang dapat berupa serbuk atau kawat. Ada beberapa metode proses semprot logam. Secara umum di kelompokan menjadi tiga metode. Pembagian metode ini didasarkan pada sumber panas yang digunakan. Ketiga metode itu adalah : a) Semprot Logam Nyala Api ( Flame Spraying ), (lihat pada gambar 2.2) b) Semprot Logam Busur Listrik ( Arc Spraying ), (lihat pada gambar 2.3) c) Semprot Logam Plasma ( Plasma Spraying ), (lihat pada gambar 2.4) Material umpan yang dipakai dapat berupa kawat ataupun serbuk. 12

24 Gambar 2.2 Proses semprot logam nyala api Sumber : Thermal Spray Coating Metal Handbook 5 vols,clare, James H.& Daryl E. Crawner Radector plate Wire Wire guide Spraved material Arc point Shop air Nozzle Wire Gambar 2.3. Proses semprot logam busur listrik 13

25 Sumber : Thermal Spray Coating Metal Handbook 5 vols,clare, James H.& Daryl E. Crawner Tungsten Core deposit Copper Ar/H Powder Workpiece Katode Anode Gambar 2.4 Proses semprot logam busur plasma Sumber : Thermal Spray Coating Metal Handbook 5 vols,clare, James H.& Daryl E. Crawner Pada penelitian ini, proses semprot yang dipakai adalah proses semprot logam plasma dengan material umpan berupa serbuk Proses Semprot Plasma Pengembangan desain turbin dan roket setelah perang dunia kedua merupakan tantangan baru bagi industri semprot logam. Banyak material pelapis 14

26 yang mempunyai kekuatan yang tinggi yang membutuhkan peralatan semprot logam yang mampu menghasilkan temperature hingga mampu untuk melelehkan material tersebut. Proses semprot logam nyala api ( Flame Spray ) dan busur listrik (Arc Spray ) tidak dapat menghasilkan temperature yang cukup tinggi karena rendahnya temperature nyala oksiasetelina atau busur listrik, sehingga material semprot yang memiliki titik leleh yang tinggi tidak dapat di lakukan penyemprotan. Keterbatasan proses semprot logam ini telah mampu diatasi dengan pengembangan teknologi semprot logam plasma ( plasma spray technology ). Proses semprot mampu menghasilkan panas yang cukup tinggi sehinggga mampu melelehkan material yang memiliki titik leleh tinggi, seperti keramik. Di samping itu pula dengan digunakannya gas inert maka resiko terjadinya proses oksidasi pada partikel semprot dapat di kurangi. Proses semprot logam plasma menggunakan gas panas yang terionisasi (plasma) sebagian sumber panas, yang akan melelehkan material serbuk pelapis busur gas atau campuran gas dilewatkan pada busur yang dihasilkan antara katoda tungsten dan anoda tembaga. Gas akan terionisasi menghasilkan plasma yang memiliki temperature yang sangat tinggi hingga o K hingga o K (14.726,85 o C hingga ,85 o C ) Kemudian ke dalam plasma dimasukkan serbuk yang akan mencair dan oleh aliran plasma dengan kecepatan tinggi dan ditembakkan ke arah permukaan material yang akan dilapisi. 15

27 Unit pengendali akan mengatur sumber daya listrik yang di berikan, gas plasma, aliran pendingin, elemen elemen lain untuk menjaga kondisi proses semprot logam dengan baik. Gas primer yang biasa di gunakan adalah argon atau nitrogen sedangkan gas sekunder yang ditambahkan untuk meningkatkan heat content dan kecepatan plasma adalah hydrogen dan helium. Gambar 2.5 Unit peralatan semprot logam busur Sumber : Metco.Com 2.4. Prinsip Dasar Proses Semprot Plasma Berkas Sinar Plasma ( Plasma Beam ) 16

28 Menurut definisi Langmuir, plasma adalah tingkat ionisasi yang tinggi dari suatu massa yang mengandung molekul atom elektron dan kuanta cahaya. Untuk memperjelas pengertian plasma, dapat kita lukiskan terlebih dahulu melalui apa yang terjadi pada atom atom dan molekul pembentuk gas. Pada gambar 2.6 di ilustrasikan sebuah atom dalam keadaan netral. Atom ini mempunyai inti bermuatan ( + 2 ). Atom ini netral ketika keadaan normal dengan dua elektron yang mengelilingi. Gambar 2.6. Atom netral Sumber: Flame Spray Handbook, H.S.Ingham & A.P.Shepered Jika di berikan energi yang cukup terhadap atom ini maka akan mampu melemparkan paling sedikit satu elektron keluar dari orbit. Elektron yang dilepaskan dari atom dapat dilihat seperti gambar

29 jumlah energi yang diperlukan untuk melepaskan electron ini disebut sebagai energi ionisasi untuk atom yang bersangkutan. Gambar 2.7. Elektron yang keluar lintasan Sumber: Flame Spray Handbook, H.S.Ingham & A.P.Shepered Akibat terjadinya pelepasan elektron, maka ada dua partikel yaitu : atom yang terionisasi dan elektron bebas. Atom yang terionisasi disebut ion dan bermuatan (+1 ) sedangkan elektron bebas bermuatan (-1). Bergabungnya dua atau lebih atom netral di sebut molekul dan bisa dianggap sebagai partikel tunggal. Dua atom yang bergabung bersama dapat membentuk gas diatomic seperti nitrogen dan hydrogen sedangkan jika hanya ada satu atom sebagai molekul dapat membentuk gas monoatomik seperti argon dan helium. 18

30 Gambar 2.8. Pemisahan gas diatomic Sumber: Flame Spray Handbook, H.S.Ingham & A.P.Shepered Pada gambar 2.8 secara skematis di tunjukan empat molekul sebagai molekul gas diatomic. Bila diberikan energi yang cukup, molekul akan terpecah menjadi atom yang terpisah, atom yang terpisah akan bergerak sesuai anak panah. Atom yang terionisasi menghasilkan gas yang di sebut plasma. Hasil akhir pemisahan dan ionisasi atom adalah plasma yang terdiri dari partikel yang bermuatan. Plasma bila ditinjau secara keseluruhan adalah netral, karena plasma itu sendiri terbentuk dari campuran muatan positif dan negative dengan jumlah yang sama Gas Pembentuk Plasma Gas seperti Ar, He, H2 dan N2 dapat dibuat menjadi keadaan plasma. Gas pembentuk plasma terbagi dua kategori yaitu gas diatomic. Ar dan He tergolong 19

31 kategori ke dua. Gas gas ini selain berfungsi untuk membentuk plasma juga untuk melindungi elektroda terhadap oksidasi dan pendingin. Gas pembentuk plasma di pilih berdasarkan temperatur kecepatan berkas sinar plasma ( plasma beam ) dan tingkat kelembaman (inert) gas plasma. Berikut ini akan di tuliskan karakteristik dasar gas pembentuk plasma (gas plasma) yaitu : A. H i d r o g e n Hidrogen mulai terdisosiasi pada 2000 o K dan hampir seluruhnya terdisosiasi 6000 o K. Disosiasi hydrogen membutuhkan energi yang lebih rendah dari pada energi yang di butuhkan untuk disosiasi nitrogen. Hidrogen memiliki konduktifitas thermal yang tertinggi di antara gas gas pembentuk plasma yang lainnya. B. N i t r o g e n Disosiasi nitrogen terjadi pada temperature 5000 o K dan hampir 95% terdisosiasi pada temperature 9000 o K. Sedangkan ionisasinya terjadi pada 8000 o K dan pada temperature o K nitrogen akan terionisasi sebesar 95 %. Di atas 7000 o K plasma nitrogen memiliki volume panas yang lebih tinggi di banding gas gas lainnya pada temperature yang sama. Plasma nitrogen memiliki entalpi yang lebih tinggi dan berkas sinar plasma yang lebih panjang pula sehingga material 20

32 yang sukar melebur dapat lebih mudah didepositkan dengan plasma ini. Nitrogen yang digunakan dalam plasma harus bebas oksigen, karena oksigen akan bereaksi dengan nitrogen membentuk nitrogen oksida dan dapat menyebabkan terjadinya oksida terhadap elektroda. C. A r g o n dan H e l i u m Argon dan helium adalah gas monoatomik sehingga memiliki entalpi yang lebih rendah di banding gas diatomic dan oleh karenanya memiliki sifat transfer ke keadaan plasma yang lebih baik. Argon dan helium membutuhkan tegangan kerja yang lebih kecil dan memberikan busur listrik yang lebih stabil dan yang lebih penting adalah plasma argon dan helium mampu memberikan temperature yang tertinggi. Tingkat kelembaman dari gas plasma yang dihasilkan sangat terang, pendek dan terarah sehingga dengan plasma ini mampu mendepositkan material pada daerah yang sempit dan efesiensi penyemprotan yang baik. Argon dan helium keduanya sama sama memberikan kelebihan di antara gas plasma lainnya, namun karena helium cukup sulit memperolehnya dan harganya mahal sehingga menyebabkan kurang ekonomis Pembentukan Deposit Lapisan Plasma Proses pembentukan lapisan deposit plasma terdiri dari beberapa tahap yang mempengaruhi karakteristik lapisan semprot. Energi panas dan kinetik yang tinggi dan berkas sinar plasma memungkinkan pencairan dan penembakan partikel serbuk ke logam induk. Interaksi partikel yang mencair dengan berkas sinar 21

33 plasma dan atmosfer sekelilingnya akan mempengaruhi keadaan partikel yang mencair serta perubahan yang terjadi terhadapnya. Serbuk yang baik bagi semprot plasma harus memiliki sifat alir yang baik serta mempunyai bentuk dan ukuran yang seragam. Penyemprotan serbuk dengan partikel yang tidak seragam dapat menyebabkan panas yang berlebih dan akhirnya menyebabkan penguapan terhadap partikel partikel yang halus sementara partikel yang berukuran besar tidak cukup menerima panas. Pemasukan serbuk ke dalam berkas sinar plasma adalah hal yang kritis karena gas pembentuk plasma tidak memberikan keluaran panas dengan laju yang sama dan pelayangan serbuk di dalam plasma dengan waktu yang sangat singkat ( det ) maka efisiensi pemanasan serbuk yang tinggi di peroleh saat serbuk di umpankan tepat di tengah busur pembakaran antara katoda dan anoda ( di dalam suhu ). beta gama teta Gambar 2.9. Inklinasi semprot partikel dalam berkas sinar plasma Sumber: Flame Spray Handbook, H.S.Ingham & A.P.Shepered 22

34 Paratikel serbuk yang dimasukkan ke dalam sumbu semburan plasma secara tegak lurus akan melayang. Semprotan partikel yang bergerak ke arah logam induk memiliki bentuk konikal dengan sudut dan inklinasi terhadap sumbu berkas sinar plasma. Ukurannya, kecepatan berkas sinar plasma dan distribusi kecepatan sinar plasma pada titik masuknya partikel. Nilai sudut minimum dapat memberikan kondisi penyemprotan yang diharapkan karena jumlah butir yang bergerak di luar berkas sinar plasma akan berkurang. Arah dan jalan partikel yang melayang di tentukan oleh banyak faktor di antaranya : bentuk geometri alat suluh plasma dan penginjeksi serbuk, jenis dan laju aliran gas pembentuk plasma, kestabilan berkas sinar plasma. Kecepatan partikel cair sebanding terhadap kecepatan berkas sinar plasma dan di kendalilkan oleh parameter yang sama sebagaimana kecepatan berkas sinar plasma. Hubungan antara kecepatan dan ukuran partikel di ilustrasikan oleh gambar Dari gambar terlihat bentuk ukuran serbuk yang lebih halus, dapat di peroleh kecepatan yang lebih tinggi. Kecepatan semakin jauhnya jarak nosel dari permukaan logam induk. 23

35 to 60 um 60 to 100 um 60 to 150 um 60 to150 um A A 800 A 800 A 60 NI.min 60.NI.min 60 NI.min 30 NI.min Distance (cm) Gambar Kecepatan partikel WC Co dengan ukuran yang berbeda. Sumber: Flame Spray Handbook, H.S.Ingham & A.P.Shepered Interaksi Partikel Dengan Lingkungan Partikel yang masuk ke dalam berkas sinar plasma dapat mencair dan mengalami akselerasi karena pengaruh termal dan kinetik dari berkas sinar plasma. Lingkungan di sekitar plasma setelah meninggalkan nosel memainkan peranan penting dalam menentukan karakteristik lapisan yang dihasilkan. Aliran plasma yang meninggalkan nosel akan berinteraksi dengan lingkungan sekitar nya. Di samping menurunkan temperatur aliran plasma, masuknya gas gas dari luar juga mempengaruhi karakteristik deposit bila gas yang masuk itu bersifat reaktif. Contohnya ketika penyemprotan plasma disemprotkan di udara, oksigen dan nitrogen akan bereaksi. Oksida atau nitride akan terbentuk dalam deposit lapisan. Permukaan logam induk juga dapat teroksidasi atau ternitidasi jika temperaturnya dapat menghasilkan lapisan dengan kwalitas yang buruk. 24

36 Titik leleh dan titik uap serbuk penting untuk ditentukan dalam hubungannya dengan penentuan parameter penyemprotan. Biasanya distribusi partikel serbuk ditentukan dengan cermat dan dalam jangkauan yang pendek ( 5 45 µm atau µm ). Kwalitas permukaan dan sifat thermal perlu ditentukan. Pada beberapa peralatan pengumpan serbuk eksternal di gunakan aliran plasma dengan tekanan yang tinggi (high pressure plasma jet) yang dapat membatasi masuknya partikel halus ke dalam daerah panas aliran plasma, sehingga partikel hanya berada di sekitar daerah panas dan tidak mencair ketika menumbuk logam induk. Banyaknya partikel yang tidak mencair dapat menghasilkan kwalitas yang buruk. Porosity Oksida Partikel tidak meleleh Permukaan benda kerja Gambar Skema Hasil Semprot Plasma. 25

37 2.5. Karakteristik Dasar Lapisan Semprot Plasma Struktur Mikro Partikel yang mencair di dalam berkas sinar plasma akan berbentuk bulat karena adanya tegangan permukaan. Partikel akan terdeposit dan struktur lapisan deposit yang terbentuk pada proses semprot logam plasma terdiri atas partikel partikel terdeformasi yang tersusun atas lamel lamel tipis yang terikat dan membeku pada permukaan kontak dengan logam induk. Partikel cair yang menumbuk permukaan rata akan cepat menyebar pada permukaan tersebut sementara itu bila partikel cair ini menumbuk permukaan kasar maka proses penyebaran yang cepat memang terjadi tetapi terhambat oleh proses pendingin yang cepat dan ketidakrataan permukaan (kekasaran permukaan), sehingga partikel cair akan terperangkap dalam struktur yang tidak rata tersebut. Proses penumbukan, deformasi, pembekuan, pendinginan dan keadaan lingkungan di sekitarnya selama partikel logam semprot melayang sebelum mengenai logam induk akan menentukan struktur dan keadaan lingkungan di sekitarnya selama partikel logam semprot melayang sebelum mengenai logam induk akan menentukan struktur dan sifat lapisan yang terbentuk. Struktur lapisan secara umum sebagaimana seperti gambar memperlihatkan bentuk lamel lamel, porositas, material serbuk yang tidak mencair ( unmelted particles ) dan sejumlah oksida. Struktur internal lapisan tidak homogen dan biasanya terdiri dari ukuran yang berbeda yang saling mengikat.struktur lapisan plasma adalah metastabilkan yang jika dipanaskan akan berusaha menuju keadaan setimbang. Struktur yang lebih baik dengan porositas 26

38 yang sedikit dan ikatan antara lapisan dan logam induk dapat di peroleh dengan melakukan penyemprotan memakai gas yang inert atau di dalam ruang vacuum. Gambar Struktur mikro secara umum hasil semprot plasma Sumber : Standar Practice Manual, CFM Densitas dan Porositas Paratikel yang disemprotkan dengan kecepatan yang lebih besar dan sifat partikel yang lebih kental ( viscous ) memberikan struktur lapisan dengan kepadatan yang baik. Penyemprotan dengan memberikan kecepatan berkas sinar plasma yang tinggi akan dapat diperoleh lapisan dengan porositas rendah dari serbuk logam yang tangguh. Sebaliknya jika lapisan yang di semprotkan adalah material yang getas dan keras akan memberikan porositas tinggi. Dalam beberapa kasus, porositas yang tinggi ini diperlukan. Pori terjadi pada batas butir dengan diameter yang bervariasi dari 20 µm 100 µm. Densitas mikro plasma lebih rendah dari material padatnya, berkisar antara 85 % - 93 % dari material padatnya. Porositas mikro lapisan di hubungkan 27

39 dengan pembebasan oksigen, nitrogen dan hydrogen yang disebabkan kelarutan yang semakin menurun dengan berkurangnya temperature. Gas gas yang terlarut dapat keluar ke udara bebas ( porositas terbuka ) atau terjebak di dalam rongga mikro (porositas tertutup). Porositas mempengaruhi tercapainya densitas lapisan yang meksimum dan dalam sebagian besar kasus porositas tidak dapat dihilangkan walaupun panas yang diberikan telah mencukupi Ikatan, Tegangan Internal dan Ketebalan Lapisan Lapisan semprot yang terikat pada permukaan logam induk, pada dasarnya dikarenakan kombinasi aksi mekanis, yaitu partikel semprot yang mencair dan menumbuk logam induk akan terikat akibat mekanisme saling kunci : ikatan metalurgis, yaitu ikatan yang terbentuknya senyawa antara partikel logam semprot dengan logam induk; ikatan fisika antara deposit lapisan dan logam induk. Jenis Pada Hasil Pelapisan Pada Besi Tuang No 1. Kekuatan / Strenght Rendah (5-30 %) 100% 2. Keuletan / Ductility Sangat rendah (1-10 %) 100% 3. Benturan / impact Rendah Tinggi 4. Kekosongan / Porosity Ada Ada 5. Kekerasan Rendah Tinggi 6. Wear Resistance Tinggi Rendah 7. Korosi Low Resistance Hight Resistance 8. Mampu Mesin Jelek Bagus Tabel 2.1 Perbandingan hasil pelapisan terhadap Besi Tuang 28

40 Umumnya lapisan semprot lebih getas dari pada logam padatnya dan sebagian besar serbuk logam berat memberikan sifat lapisan tangguh, lapisan logam bersifat liat sementara lapisan keramik bersifat getas. Lapisan keramik tidak menunjukan ikatan metalik dengan permukaan logam induk. Oleh karenanya daya lekat lapisan keramik lebih buruk. Dalam lapisan logam, dapat terjadi proses difusi. Daya lekat lapisan semprot akan menurun dengan semakain tebalnya lapisan Nilai kekuatan ikatan lapisan semprot lebih rendah, dari pada kekuatan tarik logamnya. Kekuatan ikatan 100 MPa, dapat di katakan baik dan 50 Mpa merupakan nilai toleransi minimal yang dapat di terima. Untuk lapisan keramik, tebal lapisan 0,1 mm memberikan kekuatan ikat Mpa dan dengan tebal 0,5 mm kekuatannya cukup rendah yaitu 4 7 Mpa. Penurunan ini berhubungan dengan tegangan internal yang dihasilkan oleh perbedaan ekspansi panas antara logam semprot dan lapisannya. Tegangan disebabkan oleh pendingin yang cepat dan struktur lapisan yang berhubungan dengan pembentukan retak. Pembentukan lapisan semprot yang setipis mungkin dapat dibenarkan tidak hanya dari susut pandang teknologi melainkan juga dari sudut pandang ekonomis. 29

41 Gambar 2.13 Tegangan yang terjadi pada pelapisan Dalam proses semprot logam, tegangan tekan dan tarik dapat terbentuk pada lapisan, sehingga bisa menyebabkan retaknya lapisan atau pengelupasan lapisan. Pembentukan tegangan internal adalah hasil dari distribusi yang tidak seragam dari material deposit dan panas. Munculnya tegangan internal pada permukaan lapisan ketika terjadi pendinginan. Faktor yang mempengaruhinya antara lain seperti koeffisien ekspansi panas dan material semprot lebih tinggi dari pada logam induk akan terbentuk tegangan internal kompressif pada material semprot. Untuk mengurangi tegangan internal, selama penyemprotan dapat dilakukan pendinginan atau pemanasan awal sebelum penyemprotan Parameter Kerja Proses Penyemprotan Pemilihan Gas Plasma Yang di maksud dengan plasma di sini adalah gas pembentuk plasma. Pemilihan jenis gas yang sesuai dipengaruhi oleh beberapa faktor, tetapi pada 30

42 prinsipnya adalah oleh faktor jenis material yang disemprotkan dan karakteristik lapisan semprot yang diinginkan, tentunya dengan tidak melupakan pertimbangan ekonomis. Tabel 2.2 Perbandingan jumlah gas dengan peningkatan temperatur Untuk memperoleh biaya yang minimum dengan transfer panas yang maksimum untuk mencairkan partikel logam semprot dapat digunakan campuran nitrogen 5 10 % hydrogen. Komposisi gas seperti ini pengaruhnya sangat kecil terhadap logam semprot. Untuk mengetahui sejauh mana gas tersebut beraksi dengan gas ( nitrogen ) dapat menimbulkan sifat yang tidak di harapkan atau campuran gas yang lain dapat pula di gunakan seperti campuran argon dengan 5 10 % hydrogen. Untuk penelitian yang cukup akurat, dimana reaksi antara gas plasma dan logam semprot harus di hindari dapat digunakan argon murni tanpa campuran apapun. Penggunaan argon sebagai gas plasma telah cukup banyak di pelajari sehingga dapat dipakai untuk membawa partikel semprot di dalam suluh plasma. 31

43 Gas dengan tingkat kemurnian yang tinggi cukup mahal sehingga dapat dipilih gas dengan tingkat kemurnian yang lebih rendah untuk menghematkan pembiayaan. Disisi yang lain, gas dengan kemurnian yang tinggi untuk material semprot memiliki titik leleh yang tinggi diperlukan juga. Kerusakan elektroda suluh plasma dapat disebabkan oleh gas yang kemurniannya rendah Sumber Daya Listrik Pemilihan gas plasma menentukan tegangan per unit panjang busur tegangan dan kontruksi alat penembak itu sendiri. Kecepatan gas juga menentukan panjang busur. Akhirnya tegangan dipengaruhi oleh alat penembak dan gas plasma. Umumnya untuk sebagian besar lapisan semprot yang baik dapat diperoleh dengan sumber daya listrik yang minimum, antara KW. Bila gunakan sumber daya listrik sampai 40 KW dapat memberikan kecepatan umpan yang lebih tinggi sehingga akan meningkatkan kapasitas keluaran alat penembak plasma. Aliran gas plasma harus di sesuaikan menurut petunjuk pemakaian alat karena aliran gas sangat erat hubungannya dengan pengaturan sumber daya listrik yang dipakai. Temperatur gas plasma dipengaruhi oleh hubungan antara jumlah aliran listrik yang masuk dan jumlah aliran gas plasma. 32

44 Pengumpanan Serbuk Kecepatan pengumpan serbuk adalah salah satu parameter penting yang mempengaruhi struktur akhir lapisan, sebagaimana efisiensi deposit ( deposit efficiency ). Jika serbuk yang diumpankan lebih cepat dari pada yang dapat dipanaskan dengan baik maka tidak hanya berakibat turunnya effisiensi deposit dengan cepat tetapi juga lapisan itu sendiri akan banyak mengandung partikel yang tidak sempat meleleh. Tetapi bila kecepatan pengumpan serbuk terlalu lambat dapat menyebabkan pembengkakan biaya. Partikel cair yang melayang menuju logam induk membutuhkan volume panas dalam jumlah tertentu, tergantung pada jenis dan granularitas material serbuk. Panas ini dipengaruhi oleh listrik yang masuk dan volume gas pembawa. Ketika volume serbuk meningkat, volume pembawa juga meningkat, tetapi hal ini menambah pengaruh pendinginan terhadap partikel yang melayang. Sehingga sumber daya listrk yang masuk harus diperbesar untuk menimbulkan busur yang lebih besar agar dihasilkan temperature yang lebih tinggi Jarak Penyemprotan Jarak antara unit penembak dengan logam induk adalah jarak penyemprotan. Jarak semprot diusahakan tetap konstan. Jarak semprot mempengaruhi temperature logam induk. Melalui pengaturan temperature jarak semprot dapat lebih dekat dimana hal ini di butuhkan pada penyemprotan serbuk tungsten dengan kepadatan tinggi. 33

45 Pengaturan jarak semprot yang akurat tidak dapat dilakukan dengan cara ditembakkan secara langsung oleh operator. Untuk itu, diperlukan alat bantu berupa mesin penggerak atau meja putar untuk memutar benda kerja. Keakuratan juga dapat diperoleh dengan cara menggunakan robot untuk menggantikan peran operator Sudut Semprot Sudut semprot dalam penggunaannya sangatlah dibutuhkan terutama pada penyemprotan bagian dalam diameter dari part yang biasanya berbentuk silinder, sehingga tidaklah mungkin apabila penyemprotan pada bagian dalam silinder dengan menggunakan sudut 90º Ukuran Serbuk Melalui gambar jelas terlihat bahwa densitas yang diharapkan (>90%) dapat di peroleh pada serbuk dengan ukuran µm. Densitas turun tajam jika butir 125 µm di gunakan karena pelayangan partikel yang kasar tidak seluruhnya mencair. Waktu pelayangan partikel cair ditentukan oleh diameter droplets, temperature lebur / beku serbuk digunakan. Waktu ini secara langsung sebanding dengan diameter droplets dan tidak langsung dengan temperature lebur. Ketika di gunakan serbuk sangat halus ( <25 µm ), timbul masalah dengan alat pengumpan dan penguapan serbuk. Jadi dapat disimpulkan bahwa penyemprotan dengan partikel serbuk yang sangat halus kurang menguntungkan sementara 34

46 pemakaian yang sangat kasar menyebabkan ketidakseragaman pencairan serbuk dalam sinar plasma. Gambar Pengaruh ukuran butir terhadap kepadatan lapisan tungsten. Sumber : Metco.Com Pemilihan Bahan Semprot Pada proses plasma spray, mempunyai karakteristik yang fleksible dalam mengaplikasikannya. Ada banyak pilihan material pelapis yang bisa dipergunakan. Hal ini disesuaikan dengan jenis kebutuhan pelapisannya, diantaranya untuk pelindung panas pada ruang bakar mesin turbin, pelapisan mencegah korosi dan lain-lain. Variasinya pilihan bahannya seperti dalam tabel berikut. 35

47 36

48 2.7. Tahap Tahap Proses Penyemprotan Tahap Persiapan Permukaan Logam Induk Persiapan permukaan yang baik menentukan kekuatan ikatan yang terbentuk antara lapisan semprot dengan logam induk. Permukaan harus bersih dari kotoran seperti lemak, minyak, uap air, karat atau kotoran lainnya yang mungkin terperangkap. Selain itu kekasaran permukaan juga memainkan peranan penting dalam kekuatan ikatan. Secara umum permukaan yang relatif kasar adalah lebih baik dari permukaan halus karena dengan adanya permukaan yang kasar tersebut mekanisme saling kunci antara lapisan semprot dengan induk Pembersihan permukaan dapat dilakukan dengan melakukan proses degreasing. Bahan ynag biasanya di gunakan adalah aseton, metil etil keton dan trikhloro etana. Permukaan logam induk dicelupkan kedalam larutan tersebut dan setelah itu di keringkan atau cukup sobekan bahan dicelupkan ke dalam larutan tersebut selanjutnya digosok pada permukaan logam induk tersebut. Kemudian dilanjutkan dengan proses pengkasaran permukaan metode pengkasaran permukaan yang biasa dipakai adalah dengan penyemprotan paritkel abrasi. Partikel abrasi yang digunakan dapat berupa aluminium oksida atau silicon karbida. Ukuran partikel abrasi juga bermacam macam. Ukuran partikel partikel ini dibagi dalam bentuk kasar ( mesh ), sedang ( mesh) dan halus ( mesh ). Penyemprotan dilakukan pada permukaan logam induk, dan setelah penyemprotan permukaan logam harus tetap berada dalam kondisi yang besih. 37

49 Untuk kondisi tertentu dimana seluruhnya dari permukaan logam induk memerlukan penyemprotan, maka permukaan yang tidak disemprot harus dilindungi dengan pemberian lapisan pelindung (masking). Lapisan pelindung diberikan sebelum melakukan penyemprotan partikel abrasi Tahap Pemanasan Awal Logam Induk Proses pemanasan awal dilakukan untuk menghilangkan kondensat yang mungkin terbentuk di permukaan logam induk. Pemanasan awal dilakukan pada temperature sekitar 95 ºC atau 200 ºF. Pemanasan dilakukan dengan berkas atau unit penembak / penyemprot sebelum dialiri oleh material umpan Tahap Penyemprotan Material Umpan Setelah proses pemanasan awal dilakukan pada seluruh permukaan logam induk. Proses selanjutnya adalah penyemprotan material umpan. Material umpan dialirkan ke dalam unit penyemprot dan kemudian dilakukan penyemprotan. Proses penyemprotan membutuhkan keahlian tersendiri karena karakteristik alat semprot dan peralatan yang berbeda. 38

50 Tahap Pengerjaan Akhir Permukaan lapisan semprot memiliki ciri kasar yang mengandung sejumlah porositas. Umumnya kekasaran permukaan lapisan sekitarnya µm sedangkan jumlah porositasnya 5 15 %. Untuk memenuhi penggunaannya, permukaan lapisan semprot harus mengalami pemesinan untuk memberikan nilai toleransi dimensi yang ditentukan. Pemesinan yang dilakukan harus hati hati untuk mencegah kerusakan terhadap lapian logam semprot. 39

51 B A B III DATA-DATA PENGUJIAN 3.1. Diagram Alir Penelitian Diagram alir penelitian merupakan langkah-langkah untuk pelaksanaan pengujian mulai dari persiapan logam dasar sampai dilakukan pengujian di laboratorium. Logam Dasar Persiapan Permukaan Pembersihan Pengkasaran Permukaan Pemanasan Awal 95 o C Proses Penyemprotan Uji Kekerasan Uji Tarik Uji Struktur Uji Ketebalan Literatur Data Analisis Data Kesimpulan Gambar 3.1. Diagram alir penelitian Sumber : Standar Practice Manual, CFM 56 40

52 3.2. Spesifikasi Bahan Yang Digunakan Logam Induk ( Substrat ) Logam induk yang dipakai adalah 17 7 PH yang berbentuk plat dengan ketebalan 1,84 mm, berukuran panjang 8,8 cm, lebar 2,8 cm jumlah sample seluruhnya 6 buah. Gambar 3.2. Bentuk benda uji kekerasan. Sumber : Standar Prectice Manual, CFM 56 Sedangkan untuk pengujian kekuatan tarik lapisan deposit, digunakan sample berbentuk silinder ( rod ) dengan diameter 2,54 cm dan panjang 7,59 cm. 41

53 Gambar 3.3. Bentuk benda uji tarik Sumber : Standar Prectice Manual, CFM 56 Baja Stainless 17 7 PH memiliki komposisi kimia yang tertera dalam table 3.1. (AISI. SAE) Tabel 3.1 Komposisi Kimia Baja Stainless 17 7 PH Sumber : Standar Prectice Manual, CFM 56 Unsur % C Mn P S Si 0.09 (max) 1,00 (max) 0.04 (max) 0.03 (max) 1.00 (max) Cr Ni Al

54 Baja ini banyak dipakai sebagai material kulit pesawat dan strukturnya, baut, antena whip dan komponen yang membutuhkan ketahanan yang tinggi sampai temperature 316, 85 º C ( 602,334 º F) Logam Pelapis Material logam pelapis yang dipakai adalah paduan nikel alumunium (Metco 404 nikel alumunium) dalam bentuk serbuk dengan ukuran partikel mesh. Komposisi serbuk adalah alumunium 20.0 nikel balance. Titik lebur partikel serbuk 650 º C (1200º F) Parameter Proses Untuk Serbuk 404 * Nozel 732 * Powder Port # No 1 * Plasma Gas Flow Argon (hight purity) = cc / jam Hidrogen = cc / jam * Carrier Flow 37 * Spray Distance = 4-6 * Spray Rate = 15 lbs / jam * Vibrator = 5 * Sumber listrik, tegangan = volt kuat arus 500 ampere * Feed Rate = 6,8 kg / jam 43

55 Gas Pembentuk Plasma Gas pembentuk plasma yang digunakan adalah campuran gas argon dan hydrogen. Voltase yang digunakan volt dengan kuat arus 500 Amp dengan kondisi parameter penyemprotan lainnya mengikuti petunjuk Metco 9 MB Plasma Spray Gun Resin Adhesive Bahan kimia resin adhesive dipakai dalam pengujian tarik. Pengujian tarik di lakukan untuk mengetahui kekuatan ikatan material pelapis. Menurut metode : See TSI/TRS3/003/98 dengan kekuatan tarik minimum : 20,684 MN/m² (3000 Psi). 3.3 Parameter Penelitian 40 cm. Penelitian ini menggunakan parameter jarak semprot 20 cm, 30 cm dan 3.4 Peralatan dan Prosedur Proses Semprot Plasma Peralatan Proses Semprot Plasma Peralatan yang dipakai berupa satu set penembak plasma tipe 9 MB lengkap dengan unit kendali 7 MC II dan unit catu daya 8 MR 230, powder Feed unit MP Dual. Peralatan lain yang dibutuhkan seperti pemegang benda uji, larutan pembersih metal etil keton, stop wach, grit blasting dan semprotan peralatan keselamatan kerja. 44

56 Pembuatan benda uji dilaksanakan di Engine Maintenance Shop, Garuda Maintenance Facility (GMF) Prosedur Proses Semprot Plasma Posedur proses penyemprotan logam dapat di bagi dalam tiga tahap proses, yaitu : persiapan permukaan logam induk, pemanasan mula permukaan logam induk dan penyemprotan material pelapis Persiapan Permukaan Logam Induk Persiapan awal yang di lakukan adalah memotong logam induk sesuai dengan ukuran yang telah di tetapkan kemudian dilakukan penghalusan dengan gerinda untuk menghilangkan sisa sisa pemotongan pada bagian sisi sisi logam induk. Permukaan logam induk yang akan dilapisi harus dibersihkan terlebih dahulu agar ikatan antara logam pelapis dengan permukaan logam induk menjadi kuat. Pembersihan dilakukan dengan mencelupkan logam induk ke dalam larutan metal etil keton untuk menghilangkan lapisan lemak, minyak dan kotoran lainnya. Setelah dibersihkan dilakukan proses pengkasaran permukaan logam induk dengan menembakan pasir aluminium dari grit blasting Pemanasan Mula Permukaan Logam Induk Sebelum proses penyemprotan dilakukan, diberikan pemanasan awal terhadap permukaan logam induk dengan temperature 95 C. Tujuannya adalah 45

57 untuk menghilangkan kondensat yang mungkin terbentuk pada permukaan logam induk, di samping itu menghindari gradient temperature yang dapat terjadi ketika dilakukan penyemprotan. Pemanasan mula dilakukan dengan menggunakan semburan sorot plasma tanpa disertai material serbuk pelapis Penyemprotan Material Serbul Pelapis Setelah dilakukan pemanasan mula pada permukaan logam induk, maka proses selanjutnya adalah penyemprotan dilakukan dengan mengalirkan material serbuk pelapis ke dalam sorot plasma ( unit penembak plasma ). Penyemprotan dilaksanakan mengikuti jarak semprot yang telah direncanakan Pengujian dan Pengamatan Struktur Mikro Kekerasan Pengujian kekerasan dilakukan pada benda uji dengan menggunakan metode kekerasan Rockwel tipe B ( HRB ). Penjejakan di berikan oleh indentor bola baja 1/16. Beban yang dipakai adalah 100 kg. Penjejakan dilakukan pada lima titik yang berbeda. Sebelum dilakukan penjejakan, dilakukan sedikit penghalusan permukaan dengan menggunakan amplas no Alat uji kekerasan yang 46

58 dipakai adalah MITUTOYO AR-10 dan dilaksanakan di laboratorium Garuda Maintenenace Facility ( GMF ) Kekuatan Ikatan Prinsip pengujian adalah melaksanakan uji tarik terhadap sepasang benda uji yang berbentuk sillinder / rod. Pada suatu bagian permukaan penampang benda uji diberikan deposit pelapis sedangkan pada satu bagian yang lain permukaan penampang diberi resin adhesive. Kedua bagian ini kemudian si satukan sehingga saling menempel. Setelah itu dilakukan uji tarik terhadap benda uji ini. Apabila terjadi perpatahan antara resin dan deposit lapisan, diperoleh kekuatan patah coating. Sedangkan jika patah terjadi pada batas keduanya, diperoleh kekuatan patah pada batas coating dan resin. Gambar 3.4. Susunan benda uji tarik. Sumber : Standar Practice Manual, CFM 56 47

59 Pengamatan Stuktur Mikro dan Pengukuran Ketebalan Lapisan Pengamatan struktur mikro dengan menggunakan mikroskop optic pada pembesaran 100, 200 dan 500 kali. Persiapan yang di lakukan pada benda uji adalah pemotongan benda uji dengan mesin potong Discoton 2, kemudian digrinding dengan mesin Planopal 2 untuk selanjutnya dilakukan proses maunting. Dan dilakukan pengujian struktur mikro tanpa etsa dan selanjutnya pengujian struktur mikro dengan etsa menggunakan larutan etsa ( 15 mi HCL 65 % dan % ml HNO3 65 % ). Selain melakukan proses pemotretan terhadap penampang irisan struktur mikro, juga dilakukan pengukuran ketebalan lapisan deposit dengan menggunakan Frankpenotes. 48

60 BAB IV ANALISA HASIL PENGUJIAN 4.1. Hasil Pengujian Kekerasan Permukaan Data hasil pengujian kekerasan permukaan tertera pada table 4.1. sedangkan grafik tingkat kekerasan pada gambar 4.1. Dari grafik dapat dilihat bahwa terjadi nilai kekerasan yang berbeda, namun fluktuasi nilai kekerasan yang terjadi tidak terlalu tinggi dan masih diatas nilai minimum yang harus dicapai sesuai dengan standar manual kerja yaitu minimum 80 HRB. Tabel 4.1. Tingkat Kekerasan Permukaan (HRB) Benda Jarak Nilai minimum Kekerasan Kekerasan uji semprot yang harus yang diperoleh Rata-rata cm dicapai (HRB) (HRB) (HRB) Ref. manual cfm

61 Berdasarkan data yang telah diperoleh pada tabel tersebut, untuk benda uji 1 dan 2 dengan jarak semprot 20 cm mendapatkan nilai kekerasan rata-rata HRB, jauh diatas nilai minimum yaitu 80 HRB. Untuk benda uji 3 dan 4 dengan jarak semprot 30 cm mendapatkan nilai kekerasan rata-rata HRB, sedangkan benda uji 5 dan 6 dengan jarak semprot 40 cm mendapatkan nilai kekerasan rata-rata 81 HRB mendekati nilai minimum, dengan demikian semakin jauh jarak semprot antara logam induk dengan alat semprot ( gun ) akan mendapatkan nilai kekerasan yang semakin kecil ( seperti pada grafik 4.1 ), hal ini kemungkinan dikarenakan pada jarak semprot yang lebih dekat akan terjadi tingkat kepadatan yang lebih tinggi partikel logam semprot yang menyentuh logam induk. 50

62 Gambar 4.1. Grafik kekerasan lapisan semprot ( HRB ) 4.2. Hasil Pengukuran Ketebalan Lapisan Hasil pengukuran ketebalan lapisan yang diperoleh menunjukan semakin meningkatnya ketebalan lapisan semprot pada jarak 20 cm. Hasil selengkapnya pengukuran ketebalan lapisan semprot dapat dilihat pada table

63 Tabel 4.2. Hasil Ketebalan Lapisan Semprot Benda Jarak Ketebalan Ketebalan Ketebalan yang uji Semprot minimum yang yang diperoleh ( cm ) harus diperoleh (mm) diperoleh ( mm ) Ref. manual cfm 56 ( mm ) Pada benda uji 1 dan 2 dengan jarak semprot 20 cm mendapatkan hasil ketebalan rata-rata mm jauh diatas nilai minimum yaitu 0.2 cm, pada benda uji 3 dan 4 dengan jarak semprot 30 cm mendapatkan nilai ketebalan ratarata 0.25 mm, dan untuk benda uji 5 dan 6 dengan jarak semprot mendapatkan nilai ketebalan rata-rata yang lebih kecil yaitu 0.22 mm semakin jauh jarak semprot antara logam induk dengan alat semprot ( gun ) akan mendapatkan nilai yang semakin kecil ( lihat pada tabel 4.2 ). Pada jarak semprot 20 cm terjadi peningkatan ketebalan yang cukup tinggi karena dengan jarak semprot yang dekat akan mengalami volume partikel serbuk yang ditembakan mencair makin banyak sehingga akan menyebabkan peningkatan ketebalan. Sedangkan untuk jarak semprot 30 cm dan 40 cm ketebalan yang dihasilkan menurun karena tidak semua 52

64 partikel logam semprot yang ditembakan dapat menempel pada permukaan logam induk sehingga menurunnya ketebalan deposit logam induk. Semakin jauh jarak semprot maka akan menurun nilai ketebalannya seperti terlihat pada grafik 4.2 Gambar 4.2. Grafik Ketebalan Lapisan Semprot ( mm ) 4.3. Hasil Pengujian Kekuatan Tarik Hasil pengujian tarik terhadap enam pasang benda uji dengan masing-masing dua pasang benda uji dengan satu variable jarak semprot yang berbeda. 53

65 Tabel 4.3. Hasil Pengujian Kekuatan Ikatan Benda Jarak Kekuatan ikatan Kekuatan Kondisi Uji Semprot Masing-masing Ikatan Kekuatan ( cm ) Jarak semprot Rata-rata patah Pada tiap-tiap Jarak semprot MN/m² Psi MN/m² Psi , ,0 Patah coating 227, , , ,5 Patah pada batas coating dan resin , ,5 Patah coating 278, , , ,0 Patah coating , ,0 Patah coating 254, , , ,0 Patah coating Dari data pada table 4.3. dapat dilihat bahwa kekuatan ikatan lapisan semprot mempunyai nilai minimum (33026,3 Psi) untuk jarak semprot 20 cm. Semua benda uji dengan jarak semprot 20 cm, 30 cm, 40 cm diperoleh hasil kekuatan tarik ikatan yang sangat besar, kekuatan tarik yang dihasilkan 54

66 berada diatas nilai minimum yang telah ditentukan oleh manual kerja 20,684 MN/m² (3000 Psi). Peningkatan ketebalan lapisan semprot logam dapat menurunkan kekuatan tarik ikatan lapisan. Karena dengan semakin tebalnya lapisan maka tegangan internal yang timbul akan semakin besar. Tegangan internal ini cenderung untuk menyebabkan pelemahan kekuatan tarik ikatan. Munculnya tegangan internal ini karena ketika berlangsungnya proses semprot, terjadi mekanisme perpindahan panas dari logam semprot terhadat logam induk. Ketika itu juga peristiwa pendinginan yang sangat cepat jika lapisan logam semprot yang dihasilkan semakin tebal maka proses perpindahan panas semakin lambat, sehingga menimbulkan gradien temperatur antara partikel semprot dengan logam induk yang dapat mempertinggi munculnya tegangan internal. Bila tegangan yang terjadi terlalu besar dapat menimbulkan retak terhadap lapisan logam semprot sehingga deposit lapisan dapat terkelupas dari permukaan induk. Pada jarak semprot yang kecil ( 20 cm ) akan mendapatkan nilai kekuatan ikatan tarik yang kecil, Kemudian akan meningkat kekuatan ikatan tariknya pada jarak semprot 30 cm, dan akan menurun kembali pada jarak semprot yang jauh (40 cm) seperti pada garif

67 Gambar 4.3. Grafik Kekuatan Ikatan Lapisan ( Psi ) 4.4. Struktur Mikro lapisan Semprot Foto struktur mikro dapat dilihat pada pembesaran 200 dan 500 kali (gambar 4.4 sampai dengan gambar 4.9). Foto diambil dari arah penampang lapisan semprot. Terlihat secara umum lapisan semprot yang dihasilkan berwarna putih kecoklatan berbentuk lamel-lamel yang berombak-ombak yang tersusun antar satu lapisan lamel dengan lapisan lainnya. Dari foto terlihat hampir seluruhnya mengandung sejumlah porositas yang mempunyai bentuk tak beraturan, porositas ini terlihat sebagai rongga-rongga hitam dengan berbagai ukuran. Disamping itu 56

68 terlihat oksida yang membentuk lapisan lamel dengan kenampakan abuabu dengan arah sejajar logam induk. Sedangkan partikel serbuk yang tidak sempat mencair (unmelted particles) tampak berwarna putih kecoklatan yang berada didalam lapisan lamel yang terbentuk. Partikel ini berbentuk bulat. Pada bagian antar muka deposit lapisan dan logam induk terlihat adanya kenampakan semacam rongga hitam atau semacam celah. Hal ini adalah sisa material grit blasting yang terperangkap ketika dilakukan proses persiapan terhadap permukaan logam induk. Gambar 4.4. Struktur mikro jarak semprot 20 cm dengan pembesaran 200 x 57

69 Gambar 4.5. Struktur Mikro Jarak Semprot 20 cm Dengan Pembesaran 500 x Gambar 4.6. Struktur Mikro Jarak Semprot 30 cm Dengan Pembesaran 200 x 58

70 Gambar 4.7. Struktur Mikro Jarak Semprot 30 cm Dengan Pembesaran 500 x Gambar 4.8. Struktur Mikro Jarak Semprot 40 cm Dengan Pembesaran 200 x 59

71 Gambar 4.9. Struktur Mikro Jarak Semprot 40 cm Dengan Pembesaran 500 x 60