TUGAS AKHIR. STUDI PELAPISAN DAN KETAHANAN PANAS COATING Ni/Al PADA BAJA KARBON HASIL PROSES ELEKTROPLATING

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR STUDI PELAPISAN DAN KETAHANAN PANAS COATING Ni/Al PADA BAJA KARBON HASIL PROSES ELEKTROPLATING Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Disusun oleh: AHMAD SONY SETIAWAN NIM : D JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2016

2 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 MOTTO Maka apabila kamu telah selesai (dari suatu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh (urusan) yang lain (Qs Al-Insyirah : 7) Ya Tuhanku, tambahkanlah kepadaku ilmu pengetahuan. (Q.S Taha 114) Barang siapa yang keluar untuk mencari ilmu maka ia akan berada dijalan Allah sampai ia kembali (HR Tirmidzi) Ketahuilah bahwa sabar, jika dipandang dalam permasalahan seseorang adalah ibarat kepala dari suatu tubuh, jika kepalanya hilang maka keseluruhan tubuh itu akan membusuk.samahalnya, jika kesabaran hilang, maka seluruh permasalahan akan rusak. (Khalifah Ali) vi

7 STUDI PELAPISAN DAN KETAHANAN PANAS COATING Ni/Al PADA BAJA KARBON HASIL PROSES ELEKTROPLATING Ahmad Sony Setiawan, Tri Widodo Besar Riyadi, Agus Hariyanto Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A Yani Tromol Pos I Pabelan, Kartasura Sonysetiawan78@yahoo.co.id ABSTRAKSI Baja karbon banyak dijumpai sebagai bahan konstruksi teknik, tetapi penggunaan pada temperatur tinggi seperti pada pipa gas alam, heat exchanger, komponen turbin masih belum banyak ditemukan. Hal ini dikarenakan ketahanan panas baja karbon yang rendah. Tujuan dari penelitian ini adalah mengembangkan lapisan intermetalik Ni-Al pada baja karbon dengan proses elektroplating, serta mengetahui struktur mikro, sifat mekanik kekerasan dan kekuatan rekat antara coating dan substrate. Penelitian ini menggunakan baja karbon rendah ST 40 sebagai substrate dengan diameter 16 mm pada ketebalan 3 mm dan larutan Ni-Al sebagai bahan lapisan. Untuk proses elektroplating Ni menggunakan tegangan 2,1 volt dengan lama celup 2 jam sedangkan pada proses elektroplating Al menggunakan tegangan 2,8 volt dengan lama celup 2 jam. Lapisan Ni-Al dibuat dua variasi yaitu satu dan dua lapis. Untuk mengetahui ketahanan panas produk coating maka setelah proses elektroplating, spesimen dimasukkan dalam oven pemenas dengan temperatur 700 C selama 30 menit. Karakterisasi produk dilakukan dengan pengujian foto mikro dan pengujian sifat mekanik dilakukan dengan microvikers untuk mengetahui nilai distribusi kekerasan dan kekuatan rekat coating. Hasil penelitian proses electroplating Ni/Al hanya berhasil melakukan pelapisan baja dengan lapisan Ni. Hasil uji foto mikro ketebalan Ni satu lapis dan dua lapis, baik yang belum dibakar maupun yang telah dibakar. Hasil pengujian menunjukkan bahwa ketebalan lapisan elektroplating satu kali pelapisan dengan waktu 7200 detik pada arus Ampere memiliki ketebalan 19,78 µm kemudian pada arus 0,022 Ampere memiliki ketebalan 25,71 µm, sedangkan hasil elektroplating dengan dua kali pelapisan (2 x 7200 detik) dengan arus 0,019 Ampere menghasilkan ketebalan 24,98 µm kemudian pada arus 0,025 Ampere menghasilkan ketebalan 27,24 µm. Pengujian kekerasan dilakukan pada spesimen dua lapisan Ni dan telah dibakar Pada hasil pengujian kekerasan pertama dihasilkan 128,5 HV, kedua dihasilkan 142,3 HV, ketiga dihasilkan 160,2 HV dan keempat dihasilkan 163,5 HV sedangkan pada proses uji kekuatan rekat material baja dengan gaya tekan 200 gf dan waktu 10 s menghasilkan kekerasan 184,4 HV. Kata kunci : elektroplating, lapisan Ni/Al, baja karbon, ketahanan panas vii

8 The Study of Precipitate and Endurance of Warm Coating NI/AI at Carbon Steel the Result of Electroplating Process Ahmad Sony Setiawan, Tri Widodo Besar Riyadi, Agus Hariyanto Engineering of Surakarta Muslim Movement University (UMS) A Yani Tromol Pos 1 Pabelan Street, Kartasura Sonysetiawan78@yahoo.co.id ABSTRACTION Carbon steel can find as a material of technique constraction, but the using of this material in high temperature into natural gas pipe, heat exchanger, it is really rare using this material in turbine component. Because the warm endurance of this carbon is really low. The purpose of this research is to develop intermetalic NI-AI layer to carbon steel by electroplating process, then knowing the micro structure, the glue of hardness mechanic and strength between coating and substrate. This research is using the low carbon steel ST 40 as a substrate with 16 mm diameter into 3 mm thickness and NI-AI chem as a layer material. It used 2.1 Volt for electroplating process during 2 hours immerse. The NI-AI layer is made into two variations namely 1 layer and two layers. Knowing the endurance of coating product, after electroplating specimen will be entered into pemenas oven by 700 C temperature during 30 minutes. The characteristic of this product is doing by micro photo and the experiment of mechanic characteristic is doing by microvikers. It is for knowing the stern distribute and the glue strengthen coating. The research process result of electroplating NI/AI is only success for doing stell precipitate with NI layer. The result of thickness micro photo research NI for one layer and two layers, although it has been burned or it has contrarily. The result of this research shows that the electroplating thickness layer in the first precipitate during 7200 seconds, Ampere with 19,78 µm thickness, meanwhile the electroplating result by using twice precipitate (2x7200 seconds) Ampere has a result 24.98µm. next Ampere has a result µm. the hard research has done into the first result HV, second 14.,3 HV, the third HV, and fourth HV, meanwhile in the research strengthen process into steel material with pressure energy 200 gf and it s during 10s, the result is HV. Keyword : electroplating, NI/AI layer, carbon steel, warm endurance. viii

9 HALAMAN PERSEMBAHAN Assalamu alaikum Wr. Wb Dengan penuh mengharap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya mempersembahkan Tugas Akhir ini kepada : 1. Bapak dan Ibu yang dengan segala Do a, bimbingan, pengertian, perhatian, kasih sayang, kesabaran, keikhlasan dan pengorbanannya yang sangat besar kepada saya dan adik saya yang menjadi saudara yang senantiasa mendukung dan memberikan semangat kepada saya untuk selalu senantiasa berusaha sebaik mungkin. 2. Istri saya tercinta Dwi Rohma Kumala Sari yang selalu memberikan Do a, semangat serta dorongan untuk berusaha sebaik mungkin. 3. Tri Widodo BR, ST, M.Sc, Ph.D. Selaku dosen pembimbing utama tugas akhir yang telah bersedia menasehati, memberikan bimbingan, catatan serta meluangkan waktu, tenaga, pikiran dan segala perhatiannya kepada saya sehingga saya selalu bersemangat dan termotivasi untuk dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan baik.saya minta maaf jika selama ini saya ix

10 melakukan kesalahan baik dalam bimbingan tugas akhir maupun yang lainnya. 4. Ir. Agus Hariyanto, MT. Selaku dosen pembimbing pendamping tugas akhir yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya. Saya minta maaf jika selama ini saya melakukan kesalahan baik dalam bimbingan tugas akhir maupun yang lainnya. 5. Teman seperjuangan tugas akhir Taufik, Doni, Adnan, Andi, Punto, Toriq dan temen-temen lainya terima kasih atas kerja sama dan bantuannya. 6. Sahabatku (teman-teman angkatan 2011 teknik mesin yang selalu kompak, dan saling menyemangati ). 7. Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta, wabil khusus Jurusan Teknik Mesin yang telah membimbing saya didalam perkuliahan maupun yang lainnya. Wassalamu alaikum. Wr. Wb. x

11 KATA PENGANTAR Assalamu alaikum Wr. Wb Sesungguhnya, segala puji hanyalah milik Allah, atas segala rahmat dan karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Sholawat dan salam semoga senantiasa tercurah kepada Nabi Muhammad SAW. Juga kepada keluarga, para sahabat serta orang-orang yang setia mengikuti mereka hingga hari akhir. Tugas Akhir yang berjudul STUDI PELAPISAN DAN KETAHANAN PANAS COATING Ni/Al PADA BAJA KARBON HASIL PROSES ELEKTROPLATING ini disusun untuk memenuhi persyaratan Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada : 1. Bapak Ir. Sri Sunarjono, MT, Ph. D, selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 2. Bapak Tri Widodo Besar Riyadi, ST, M.Sc, Ph. D, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta. 3. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT. selaku Pembimbing Akademik. xi

12 xii

13 DAFTAR ISI Halaman Judul... i Pernyataan Keaslian Skripsi...ii Halaman Persetujuan... iii Halaman Pengesahan...iv Lebar Soal Tugas Akhir...v Halaman Motto... vi Abstraksi... vii Abstraction... viii Halaman Persembahan...ix Kata Pengantar...xi Daftar Isi... xiii Daftar Gambar...xv Daftar Tabel... xvi Daftar Simbol... xvii BAB I PENDAHULUN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Batasan Penelitian Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metode Penelitian Metode Eksperimen Metode Analisa Data Sistematika Penulisan... 5 BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka Landasan Teori xiii

14 2.2.1 Pengertian Elektroplating Unsur-unsur Pokok Elektroplating Proses Elektroplating Baja Karbon Rendah Bahan Pelapis Logam Teori Polarisasi Pengujian BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tahapan Penelitian Persiapan Bahan Dan Alat Bahan Alat Prosedur Penelitian Pengujian Struktur Mikro Pengujian Kekerasan Rumus Perhitungan Teori Ketebalan BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Perhitungan Teori Perhitungan Teoritis Proses Elektroplating Ni Dan Al Polarisasi Proses Elektroplating Ni Dan Al Hasil Pengujian Foto Mikro Sifat Mekanik Hasil Pengujian Kekerasan Hasil Pengujian Kekuatan Rekat BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xiv

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.Rangkaian Elektroplating Gambar 3.2.Baja Silinder Gambar 3.3.Bahan Cairan Nikel Gambar 3.4.Bahan Cairan Alumunium Gambar 3.5.Alat Uji Struktur Mikro Gambar 3.6.Alat Uji Kekerasan Gambar 3.7.Kaca Mata, Master dan Sarung Tangan Karet Gambar 3.8.Power Suplly Sanfix Sp-3030 DC EX. Indonesian dan Gelas Kaca Gambar 3.9.Mistar, Jangka Sorong, Kaliper, Labu Ukur, Timbangan Digital, Kertas ph, Thermometer, Stopwatch dan Digital Multimeter Gambar 3.10.Oven, Amplas, Gergaji, Stirer, Hot Plat, Sendok, Cawan, Gunting, Kabel, Solder danthenol Gambar 3.11.Spesimen Yang Mengalami Proses Mounting Gambar 4.1.Ketebalan Teoritis Ni Gambar 4.2.Ketebalan Teoritis Al Gambar 4.3.Polarisasi Proses Elektroplating Ni Pada Baja Karbon Gambar 4.4.Polarisasi Proses Elektroplating Al Pada Baja Karbon Gambar 4.5.Ni Non Bakar Lapis Satu Gambar 4.6.Ni Non Bakat Lapis Dua Gambar 4.7.Ni Bakar Lapis Satu Gambar 4.8.Ni Bakar Lapis Dua Gambar 4.9.Profil Kekerasan Substrate dan Coating Gambar 4.10.Kekerasn Substrate dan Coating Gambar 4.11.Kekuatan Rekat Diantara Substrate dan Coating xv

16 DAFTAR TABEL Tabel 4.1.Hasil Perhitugan Teori Ketebalan Ni Tabel 4.2.Hasil PerhitunganTeori Ketebalan Al Tabel 4.3.Hasil Polarisasi Ni dan Al Tabel 4.4.Hasil Kekerasan Substrate dan Coating xvi

17 DAFTAR SIMBOL Simbol Satuan m = Massa zat yang dihasilkan [gram] t = Satuan waktu [detik] e = Berat Ekuivalen [-] I = Kuat Arus [A] As = Luas Permukaan [ ] r = Jari-jari [cm] = Massa zat yang dihasilkan [kg] =Ketebalan yang dihasilkan [µm] xvii