BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Penerapan teknologi rekayasa material saat ini semakin bervariasi. Hal ini disebabkan oleh tuntutan untuk memenuhi kebutuhan manusia yang beraneka ragam, sehingga manusia dituntut untuk semakin kreatif dan produktif dalam mengembangkan teknologi rekayasa material. Tujuan utama rekayasa material adalah untuk menghasilkan material baru yang mempunyai sifat lebih baik. Seiring dengan perkembangan jaman dan teknologi, banyak kalangan dunia industri yang menggunakan logam sebagai bahan utama operasional atau sebagai bahan baku produksinya. Baja banyak digunakan terutama untuk membuat alat-alat perkakas, alat-alat pertanian, komponen-komponen otomotif, dan kebutuhan rumah tangga. Kasus rancang bangun suatu kontruksi mesin, selalu diperlukan sifat bahan dengan tujuan agar komponen yang dirancang dapat bekerja secara optimal, dan dapat memenuhi persyaratan fungsi dari konstruksi maupun kekuatannya dalam menerima beban. Poros dalam sebuah mesin berfungsi untuk meneruskan tenaga, baik berupa puntiran torsi maupun bending pada suatu bagian ke bagian lain. Akibatnya poros mengalami pembebanan yang terus berulang, sehingga mengakibatkan suatu poros sering mengalami kegagalan pada operasinya. Kegagalan akibat beban berulang jelas sangat tidak diinginkan karena kegagalan jenis ini terjadi secara tiba-tiba tanpa gejala visual yang tampak. Kegagalan dapat berupa retakan awal pada permukaan yang terus berkembang hingga terjadi perambatan retak yang kemudian menjadi patah. Sifat yang dikenal dengan kelelahan bahan, perlu diteliti karena sangat penting untuk menentukan umur konstruksi berdasarkan kelelahan. Usaha untuk meningkatkan sifat-sifat mekanis permukaan material dapat dilakukan dengan teknik perlakuan permukaan (surface treatment). Teknik rekayasa 1

2 2 material adalah salah satu cara untuk meningkatkan sifat fisis dan mekanis material dalam merekayasa sifat material dan paduannya dengan proses perlakuan permukaan dengan memberi lapisan tipis (thin film) untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu dari permukaan suatu bahan. Menurut Sujitno (2003), perlakuan permukaan didefinisikan sebagai usaha meningkatkan kualitas permukaan suatu material/komponen sesuai yang diinginkan. Salah satu jenis material machinery steel atau baja permesinan adalah HQ (High Quality) 805 yang ekivalen dengan AISI 4340, JIS SNCM 477 dan DIN 34CrNiMo6 SH+V. Machinery steel HQ 805 yang telah melewati kondisi after heat treatment sehingga memiliki kemampuan berbeda dengan material baja pada umumnya. Khusus HQ 8 Series, bagian dari pengembangan HQ 7 Series lewat penambahan teknologi Vacuum Degassing (VD) dan peeling untuk menyeragamkan struktur dan menghilangkan cacat pada permukaan. Selain itu, HQ seri 8 diperkuat dengan teknologi Non Destructive Test (Ultrasonic Test) yang berfungsi untuk memastikan tidak adanya cacat pada bagian dalam material baja. HQ 805 adalah baja paduan nikel-kromium-molibdenum yang umumnya digunakan dalam pembuatan berbagai komponen yang harus dapat memberikan ketahanan aus tinggi dan kondisi kimia agresif. Teknik modifikasi permukaan dengan termo-kimia pada komponen baja paduan dan stainless steel digunakan untuk meningkatkan kekuatan fatik, kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi (Guillén dkk, 2013). Kualitas permukaan komponen mempengaruhi umur pakai, kekasaran, kekerasan, tegangan sisa, dan struktur mikro komponen sehingga penting untuk mengontrol keadaan permukaan akhir komponen setelah manufaktur (Navas dkk, 2012). Akan tetapi HQ 805 sangat sensitif terhadap kerusakan disebabkan oleh fatik, keausan dan korosi, dan akan berdampak pada kerusakan benda. Lapisan tipis menyodorkan beberapa manfaat luas seperti untuk meningkatkan kekuatan fatik, kekerasan, tahan aus, tahan korosi dari suatu permukaan. Salah satu pembuatan lapisan tipis dari bahan keras, tahan aus dan tahan korosi adalah dengan Diamond-Like Carbon (DLC). DLC adalah bahan

3 3 karbon amorf metastabil, yang berisi mikro kristal fase berlian. DLC juga dapat dianggap sebagai struktur intan (sp 3 karbon), grafit (sp 2 karbon). Diamond-like carbon amorphous telah berhasil dideposisikan pada substrate steel, menggunakan ion beam tunggal dan dua sumber karbon dalam bentuk gas dan padat (solid). Metode Plasma Chemical Vapour Deposition (PCVD), gas yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan sp 3 /sp 2 pada lapisan DLC adalah CH4, C2H2, C2H4 dan C6H6 (Anhar, 2014). Diamond-Like Carbon (DLC) sebagai pelapis permukaan yang menjanjikan untuk meningkatkan ketahanan fatik dan korosi karena kekerasan tinggi, adhesi baik, kerapatan butir dan inertness kimia rendah (Okada dkk, 2010). Lapisan DLC diaplikasikan pada material alat mekanik dan komponen - komponen gear dengan tujuan untuk perlindungan permukaan karena lapisan DLC memiliki sifat menguntungkan yaitu kekerasan tinggi, tahan aus dan gesekan rendah. Pelapis dengan lapisan DLC berguna dalam penggunaan rekayasa untuk meningkatkan ketahanan korosi dan kekuatan fatik serta berguna dalam aplikasi untuk bahan struktural (Morita dkk, 2016 dan Kakiuchi dkk, 2011). Lapisan tunggal seperti nitrida dengan kekerasan, ketahanan aus, dan ketahanan korosi tinggi digunakan untuk memperkuat dan melindungi baja konstruksi terhadap keausan dan korosi. Tetapi ada kelemahan signifikan terkait dengan tebal lapisan, yang pada banyak kasus tidak melebihi 3 µm. Efek lapisan keras pada perilaku fatik juga tergantung pada ketebalan lapisan. Kekuatan fatik dapat ditingkatkan dengan pelapisan DLC. Kekuatan fatik material berlapis DLC lebih tinggi dari material tanpa lapisan DLC (Kakiuchi dkk, 2011). Cabrera dkk, (2010) meneliti tentang pelapisan Dymon-iC TM dengan cara PVD metode CFUBMSIP, dengan adanya lapisan Dymon-iC TM memberikan peningkatan signifikan sifat fatik, kekuatan mekanik, tegangan tekan sisa dan adhesi substrat yang baik, terutama dalam kondisi korosif. Berdasarkan uraian diatas maka penelitian perlu dilakukan untuk mengetahui pengaruh perlakuan permukaan terhadap sifat mekanis dan fisis pada machinery steel HQ 805. Perlakuan permukaan tersebut meliputi proses pelapisan DLC (Diamond-Like Carbon) pada machinery steel HQ 805.

4 4 1.2 Rumusan Masalah Adapun permasalahan dari latar belakang di atas dapat dijelaskan, bahwa penting untuk mengetahui seberapa besar pengaruh lapisan DLC dan yang akan diakibatkan pada sifat kekutan baja HQ 805. Permasalahan utama dalam proses pelapisan/pembentukan lapisan keras karbon menyerupai diamond menggunakan plasma lucutan pijar (glow discharge plasma) pada permukaan material/logam yang akan menentukan hasil akhir sesuai dengan yang diinginkan meliputi: i. Jarak elektroda. ii. Tegangan antar elektroda atau daya yang diberikan untuk menghasilkan plasma (DC atau RF). iii. Jenis gas. iv. Jenis substrat. v. Kecepatan aliran gas yang akan diplasmakan. vi. Temperatur substrat (T). vii. Waktu pelapisan (t). 1.3 Batasan Masalah Efek dari pelapisan tersebut adalah bahwa permukaan benda uji akan mengalami perubahan sifat, baik sifat mekanik (ketahanan fatik, kekerasan, kekasaran), sifat kimia (ketahanan korosi maupun oksidasi), sifat magnetik, sifat elektrik, sifat optik, perubahan struktur mikro maupun perubahan struktur kristal. Banyaknya parameter proses yang akan mempengaruhi hasil akhir, maka pada penelitian ini permasalahan dibatasi pada: i. Gas yang digunakan adalah campuran argon (Ar) dengan metana (CH4) dengan perbandingan campuran 76 % Ar dan 24 % CH4. ii. Substrat adalah baja HQ 805. iii. Temperatur pelapisan adalah tetap (konstan) sebesar 400 C. iv. Jarak elektroda adalah 13,7 cm.

5 5 v. Tekanan pelapisan 1,2; 1,4; 1,6;1,8; dan 2,0 mbar. vi. Waktu pelapisan divariasi yaitu 3 dan 5 jam. vii. Pengujian untuk menghitung laju korosi dilakukan dalam larutan 0,9 % NaCl. Pengujian-pengujian terhadap hasil penelitian meliputi: i. Uji fatigue rotary bending (ASTM E-466). ii. Uji kekerasan permukaan mikro Vickers. iii. Uji kekasaran (Surface Roughness Tester) iv. Uji struktur mikro ( SEM ). v. Uji komposisi kimia (EDS). vi. Uji korosi tiga sel elektroda. 1.4 Tujuan Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan tujuan: 1. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh lapisan DLC terhadap kekerasan permukaan machinery steel HQ 805, yang dilapisi pada variasi tekanan 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 mbar dan variasi lama pelapisan 3 dan 5 jam pada temperatur 400 C. 2. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh lapisan DLC menggunakan metode plasma lucutan pijar dengan variasi tekanan 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 mbar dan variasi lama pelapisan 3 dan 5 jam pada temperatur 400 C terhadap kekuatan fatik machinery steel HQ Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh lapisan DLC terhadap kekasaran machinery steel HQ 805, pada variasi tekanan 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0 mbar dan variasi lama pelapisan 3 dan 5 jam pada temperatur 400 C. 4. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh lapisan DLC terhadap laju korosi pada machinery steel HQ 805 dalam lingkungan larutan 0,9 % NaCl, dimana pengujian korosi dilakukan pada sampel dengan nilai tekanan dan lama pelapisan optimum dari variasi tekanan 1,2; 1,4; 1,6;

6 6 1,8; 2,0 mbar dan variasi lama pelapisan 3 dan 5 jam dengan temperatur 400 C. 5. Untuk mempelajari dan mengetahui pengaruh lapisan DLC terhadap morfologi permukaan yang di amati dengan SEM dan EDS pada permukaan dan tebal lapisan machinery steel HQ Manfaat Penelitian Dengan adanya penelitian ini dapat diketahui pengaruh lapisan DLC terhadap material, khususnya material baja HQ 805 yang akan menggunakan pengujian uji fatik, uji kekerasan, uji kekasaran, uji korosi, dan SEM (Scanning Electron Microscope). Agar dapat diharapkan memberikan kontribusi yang bermanfaat bagi industry-industri di Indonesia terutama industri logam yang bekerja dibidang pembuat komponen-komponen mesin yang bahan dasar utamanya menggunakan logam khususnya baja HQ 805. Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Mengetahui parameter pelapisan yang dapat menghasilkan lapisan DLC pada baja HQ 805 menggunakan plasma CVD. 2. Mengetahui pengaruh pendeposisian lapisan DLC pada baja HQ 805 terhadap kekuatan fatik, kekerasan, kekasaran, dan laju korosi. 3. Mendorong kepercayaan diri Industri kecil dan menengah untuk mengembangkan teknologi rekayasa material, sehingga dapat memperoleh material sesuai sifat yang dibutuhkan tanpa harus membeli material yang mahal. 4. Menambah khasanah ilmu pengetahuan dan teknologi khususnya dalam bidang rekayasa material serta dapat menjadi acuan dalam rangka pengembangan lebih lanjut.