Sidang Tugas Akhir. Sintesis MMCs Cu/Al 2 O 3 Melalui Proses Metalurgi Serbuk dengan Variasi Fraksi Volum Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering

Transkripsi

1 Sidang Tugas Akhir Sintesis MMCs Cu/Al 2 O 3 Melalui Proses Metalurgi Serbuk dengan Variasi Fraksi Volum Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering Oleh : Dosen Pembimbing : Dr. Widyastuti, S.Si, M.Si Ir. Rochman Rochiem, M.Si Arfina Fauziati Ruwaida

2 Latar Belakang Industri pertahanan 70% Cu-30% Zn Aspek produksi Aspek material Kelemahan Korosi retak regang = porositas sulit dikontrol Cu-Zn ulet = produk mudah terdeformasi

3 ALTERNATIF komposit Cu/Al 2 O 3 dengan proses metalurgi serbuk Banyak keunggulan Cost effective Kontrol teliti thd komposisi Memperoleh sifat yang diinginkan Ketahanan aus baik Toleransi ukuran ketat Tingkat terjadinya cacat sangat rendah.

4 Rumusan Masalah Fraksi volume Al 2 O 3 (2, 4, 6 dan 8%) Temperatur sintering (600, 700 dan 800⁰ C) Menghasilkan komposit Cu-Al 2 O 3 dengan modulus elastisitas tertinggi?

5 Batasan Masalah Serbuk Cu dan Al 2 O 3 dianggap homogen Tekanan kompaksi dan waktu tahan sintering konstan. Pengotor serbuk dianggap tidak ada

6 Tujuan Penelitian Mengetahui Fraksi volume Al 2 O 3 (2, 4, 6 dan 8%) Temperatur sintering (600, 700 dan C) menghasilkan komposit dengan modulus elastisitas tertinggi

7 Manfaat Penelitian Menghasilkan material alternatif sebagai bahan kelongsong peluru Sebagai referensi penelitian selanjutnya untuk mengembangkan kualitas komposit Cu/ Al 2 O 3 dengan metode metalurgi serbuk

8 Road map penelitian MECHANOCHEMICAL SYNTESIS OF CU- AL 2 O 3 NANOCOMPOSITES (Hwang, Seung. J. dan Lee, J. H) PROPERTIES OF Cu-Al2O3 POWDER AND COMPACT COMPOSITES OF VARIOUS STARTING PARTICLE SIZE OBTAINED BY HIGH ENERGY MILLING (V. Rajković, D. Božić, M. Popović, M. Jovanović) SYNTHESIS OF CU-AL2O3 NANO COMPOSITE POWDER (D. W. Lee, G. H. Ha and B. K. Kim) 2000 Cu SINTESIS MMCS Cu/AL2O3 MELALUI PROSES METALURGI SERBUK DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUM AL2O3 DAN TEMPERATUR SINTERING PENGARUH PERUBAHAN FRAKSI VOLUM ZN DAN KECEPATAN ROTASI TERHADAP EVOLUSI PERUBAHAN MIKROSTRUKTUR PADUAN Cu Zn PADA MECHANICAL ALLOYING (Hendi Setiawan) 2010 PENGARUH PERUBAHAN FRAKSI VOLUM ZN DAN WAKTU PADA MECHANICAL ALLOYING TERHADAP PROSES PEMADUAN Cu-Zn (Rahmatilah Isra) 2010 SYNTHESIS AND SINTERING OF Cu-Al2O3 NANOCOMPOSITE POWDERS PRODUCED BY A THERMOCHEMICAL ROUTE (Z. ANĐIĆ, M. KORAĆ, M. TASIĆ1, Ž. KAMBEROVIĆ, K. RAIĆ) SINTESIS MMCS Cu-AL2O3 MELALUI PROSES METALURGI SERBUK DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUME AL2O3 DAN GAYA TEKAN KOMPAKSI SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN KELONGSONG PELURU (Rike Kartika Sari) 2010

9 Jurnal dan penelitian sebelumnya SINTESIS MMCS Cu-AL2O3 MELALUI PROSES METALURGI SERBUK DENGAN VARIASI FRAKSI VOLUME AL2O3 DAN GAYA TEKAN KOMPAKSI SEBAGAI ALTERNATIF BAHAN KELONGSONG PELURU (Rike Kartika Sari) 2010 Fraksi Volum 10% Al 2 O 3 dan gaya tekan kompaksi F = 20kN menghasilkan nilai modulus elastisitas paling tinggi yaitu Mpa. Gaya tekan kompaksi F = 20 KN dengan fraksi Volum 10% Al 2 O 3 menghasilkan nilai modulus elastisitas paling tinggi Fraksi volum penguat 10% Al 2 O 3 memperlihatkan distribusi Al 2 O 3 yang homogen dalam matrik Cu Fraksi volum penguat berbanding terbalik dengan nilai modulus elastisitas dimana semakin tinggi fraksi volum penguat Al 2 O 3 nilai modulus elastisitas komposit Cu/ Al 2 O 3 semakin menurun

10 PROPERTIES OF Cu-Al2O3 POWDER AND COMPACT COMPOSITES OF VARIOUS STARTING PARTICLE SIZE OBTAINED BY HIGH ENERGY MILLING (V. Rajković, D. Božić, M. Popović, M. Jovanović) CuAl 2% ; CuAl2O3 4% ; Cu*Al2O3 4% Milling -> treated in hydrogen (at 400C, 1h) -> compaction by argon atmosphere (at 800 C, 1&5h, F=35 MPa) Hasil : microhardness paling rendah = CuAl2O3 4% sebesar 1730 Mpa

11 SYNTHESIS OF CU-AL2O3 NANO COMPOSITE POWDER (D. W. Lee, G. H. Ha and B. K. Kim) 2000 Cu-Al 2 O 3 nano composite powders were developed by thermochemical process Preparing Cu-Nitrate (Cu(NO 3 )23H 2 O) and Al-Nitrate (Al(NO 3 )39H 2 O -> spray drying -> heat treatment (850 C, 30min) -> reduction heat treatment (150&200 0 C, 0.5-1h) ->SEM & XRD Hasil : Finally the optimum condition of powder preparation was set as follows: heat treatment of spray-dried powder in air atmosphere at 850 C for 30 min to prepare oxide powder consisting of CuO and γal 2 O 3 particles with hydrogen reduction of copper oxide at 200 C for 30 min.

12 SYNTHESIS AND SINTERING OF Cu-Al2O3 NANOCOMPOSITE POWDERS PRODUCED BY A THERMOCHEMICAL ROUTE (Z. ANĐID, M. KORAD, M. TASID1, Ž. KAMBEROVID, K. RAID) After characterization of powders : Compacting pressure of 500 MPa Sintering 800 and 900 o C, for 30, 60, 90 and 120 minutes. SEM Hasil : CuAl2O3 3% CuAl2O3 5%

13 Result Average density, ΔV/Vo, specific electric resistance and hardness for sintered samples of Cu-Al 2 O 3 with different alumina content.

14 At temperatures higher than 900ºC, e.g. 1000ºC sintered plates were distorted with presence of molten phase. Due to small size of Cu-Al 2 O 3 nanopowders, their maximum temperature of sintering is 900ºC. With Al2O3 content increasing, duration of the sintering process is increased. The sintering temperature increasing, duration of the sintering process is shortened Hardness will increase with Al 2 O 3 content increasing, for the same temperature and sintering time.

15 Tinjauan pustaka Komposit Dua material atau lebih DISATUKAN sifat mekanisnya merupakan gabungan dari komponen penyusunnya

16 Matriks & Reinforce Matriks memiliki karakteristik lunak, ulet, berat persatuan volume yang rendah dengan modulus elastisitas yang rendah. Matriks harus memiliki kemampuan mengikat dan atau memberikan ikatan antar muka (interface bonding) yang kuat antara matriks dan penguat-nya. Penguat berperan sebagai efek penguatan terhadap komposit. Penguat ini bersifat kurang ulet, tetapi rigid dan lebih kuat, karena modulus elastisitasnya lebih tinggi daripada matriks.

17 Cu sebagai matriks ; Al2O3 sebagai reinforce Propertis Tembaga yaitu: Lambang kimia : Cu Nomor atom : 29 massa atom relatif : g/mol Struktur kristal : FCC Ukuran : 63 m Titik lebur : C tidik didih : 2562 C Massa Jenis : 8,9 g/cm³ Yield Strength : 50,54 MPa. Modulus elastisitas : Mpa (15 x 10 6 ) Propertis dari Alumina yaitu: Lambang kimia : Al2O3 Massa Jenis : 3,90 gr/cm³ Modulus elastisitas : Mpa (50 x 106 Psi) Titik lebur : 1700 C Yield Strength : 70 MPa Ukuran : mm

18 Metalurgi Serbuk Proses pembentukan logam dengan mixing, kemudian kompaksi serbuk logam dan dilanjutkan dengan sintering (pemanasan, sehingga tercipta material yang memiliki sifat kedua penyusunnya).

19 Kekurangannya Sulit mendapatkan produk homogen dengan kepadatan merata Dimensi sulit tidak memungkinkan, karena delama penekanan, serbuk logam tidak mampu mengalir ke ruang cetakan Kemurnian kurang Korosi, serbuk peka terhadap oksidasi, karna memiliki porositas

20 Mixing Merupakan tahap pencampuran serbuk 2 proses pencampuran : a. Pencampuran kering : dilakukan tanpa menggunakan pelarut untuk membantu, dilakukan di udara terbuka b. Proses basah : digunakan pada bahan (matriks dan filler) yang mudah mengalami oksidasi, sehingga ditambahkan pelarut polar, agar homogen

21 Tahap perilaku serbuk : 1. Saat penekanan, serbuk mengalami penyesuaian letak dan belum terjadi deformasi 2. Serbuk mengalami deformasi elastis (jika tekanan di hilangkan maka serbuk masih kembali kebentuk semula). Ikatan ini ditimbulkan oleh gaya kohesi dari serbuk tanpa pengaruh panas. 3. Serbuk mengalami deformasi plastik, dimana butir akan saling mengunci (mechanical interlocking). 4. Penghancuran butir Kompaksi Memadatkan sebuk menjadi yang diinginkan, agar serbuk menempel satu sama lain sebelum di tingkatkan ikatannya dgn sintering

22 Terikatnya serbuk terjadi akibat proses kompaksi dengan adanya gaya adhesi - kohesi melalui tiga cara utama, yaitu: 1. Interlocking antar permukaan, yaitu terjadi ikatan akibat kekasaran permukaan serbuk. 2. Gaya elektrostatik, merupakan gaya tarik menarik yang diakibatkan adanya perbedaan muatan pada jarak tertentu. 3. Gaya Van der walls, merupakan ikatan yang terjadi karena adanya fluktuasi dipol antara dua atom yang bermuatan.

23 Sintering Proses pemanasan pada kondisi vakum, sehingga diperoleh partikel- partikel yang bergabung Proses sintering didahului dengan presinter dengan pemanasan 1/3 dari titik leleh

24 TAHAPAN SINTERING Tahap 1. Necking, Luasan antar muka meningkat, Densifikasi hingga 60-65% Tahap 2. porositas menurun, Grain growth terjadi, Densifikasi hingga 90% Tahap 3. Mengalami penyusutan, porositas berkurang hilang 5%-hilang

25 METODOLOGI PENELITIAN Bahan : Serbuk Cu Serbuk Al 2 O 3 Alkohol sebagai pelarut polar Serbuk zink stearat

26 1. Mortar untuk wadah dalam proses pencampuran 2. Beker glass dan gelas ukur 3. Magnetic stirrer untuk pencampuran serbuk 4. Timbangan digital untuk menimbang massa serbuk 5. Dies berdiameter 14 mm dengan tinggi 14 mm 6. SEM/ EDAX 7. X-Ray diffraction (X-RD) untuk pengujian fasa 8. Alat kompaksi 9. Compression testing machine Alat

27 Start Serbuk Cu penimbangan fraksi volum Serbuk Al penimbangan fraksi volum Diagram Alir Penelitian Pencampuran Basah Cu- Al 2 O 3 + alkohol Vf Al 2 O 3 2, 4, 6 dan 8 %. Kompaksi Dingin F = 20 KN Sintering Presinter 300 o C, 1 jam Sintering 600, 700 dan 800 o C selama 6 jam Pengujian Identifikasi Fasa (X-ray Diffraction) Pengujian Mikrostruktur ( SEM/EDX) Pengujian Modulus Elastisitas (Uji Tekan) Analisa data dan pembahasan Kesimpulan End

28 Metode Penelitian Preparasi Sampel Proses Mixing Proses Kompaksi Proses Sintering

29 Preparasi Sampel Chawla, K. Krishan. (1987) menyatakan fraksi volume, fraksi berat, modulus elastisitas komposit dapat dinyatakan dalam persamaan ; m V.. v f f f c m V.. v Vm = Fraksi volume matrik Vf = Fraksi volume pemguat Vc = Fraksi volume komposit mf = massa penguat Al2O3 (gr) mm = massa matrik Cu (gr) mc = massa composit (gr) m m m c