Jurnal Laporan. Sintesis MMCs Cu-Al 2 O 3 Melalui Proses Metalurgi Serbuk dengan Variasi Fraksi Volum Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering

Transkripsi

1 Sintesis MMCs Cu-Al 2 O 3 Melalui Proses Metalurgi Serbuk dengan Variasi Fraksi Volum Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering Abstrak Arfina Fauziati Ruwaida 1, Dr. Widyastuti, S.Si, M.Si 2, Ir Rochman Rochiem, M.Sc 2 1. Mahasiswa jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS 2. Dosen jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS Dalam industri pertahanan Cu berperan sangat penting khususnya untuk pembuatan kelongsong peluru. Kelemahannya yaitu porositasnya sulit dikontrol dan merupakan material ulet sehingga mudah terdeformasi. Oleh karena itu dibutuhkan paduan Cu dengan material yang ulet namun sedikit lebih kaku seperti Al 2 O 3 sehingga dihasilkan bahan dengan keuletan tinggi dan keras. Komposit Cu/Al 2 O 3 merupakan paduan antara Cu sebagai matrik dan Al 2 O 3 sebagai penguat. Pembuatan komposit ini dilakukan dengan proses metalurgi serbuk agar dapat dilakukan kontrol terhadap ketelitian dan ketepatan prosesnya. Kontrol yang dilakukan adalah variasi fraksi volum penguat Al 2 O 3 yaitu 2, 4, 6 dan 8% dan temperatur sintering yaitu 600, 700 dan C. Data yang diperoleh menunjukkan, variasi fraksi volume penguat dan temperatur sintering yang menghasilkan modulus elastisitas tertinggi yaitu fraksi volume 2% Al 2 O 3 dan temperatur sintering C, dimana modulus elastisitas yang dihasilkan yaitu E = MPa. Sehingga komposit Cu/ Al 2 O 3 mampu digunakan sebagai bahan alternatif kelongsong peluru Kata kunci: Cu-Al 2 O 3, fraksi volum, temperatur sintering, modulus elastisitas. ABSTRACT Cu in the defense industry plays a very important particularly for the manufacture of bullets. The weakness is porosity is difficult to control and this is a ductile material but a little more rigid like ceramic Al 2 O 3 in order to be produced materials with high tenacity and hard, like ceramic Al 2 O 3. Composite Cu/ Al 2 O 3 is a combination of matrix Cu and Al 2 O 3 as reinforcement. Composite Cu/Al 2 O 3 is done by powder metallurgy process that can be controled the accuracy and precision of the process.. Composite throught controlled matrix-reinforcement that the reinforcement Al 2 O 3 is variated by 10, 20, 30 and 40% and the sintering temperature veriated 600, 700 and C The result from compaction test of the fraction volume of reinforcement and the sintering temperature that give the highest young modulus of reinforcement is the 2% fraction volume of Al 2 O 3 and C sintering temperature, where the young modulus is E = Mpa. So the Cu/ Al 2 O 3 composite can be used as shell material. Keywords: Cu- Al 2 O 3, volume fraction, sintering temperature, young modulus PENDAHULUAN Dalam industri pertahanan bahan Cu berperan sangat penting khususnya untuk pembuatan kelongsong peluru. Bahan Cu digunakan dalam bentuk paduan Cu-Zn (kuningan) dengan komposisi 70% Cu-30% Zn. Paduan Cu-Zn berbentuk lembaran diproses menjadi kelongsong dengan metode deep drawing, hanya saja kelongsong yang dibuat dengan proses deep drawing ini memilki dua kelemahan yaitu kelemahan dari aspek produksi dan material. Kelemahan proses produksi deep drawing yaitu karena adanya korosi retak regang akibat tegangan sisa, sehingga menimbulkan porositas yang tidak dapat dikontrol. Berdasarkan aspek material, Cu dan Zn merupakan material yang ulet sehingga hasil produk (kelongsong) akan mudah terdeformasi oleh karena itu dibutuhkan paduan Cu dengan material yang ulet namun sedikit lebih kaku. Bahan yang memilki keuletan tinggi dan kaku yaitu bahan keramik sehingga akan dihasilkan material komposit Cu/oksida. Oksida logam Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 1

2 yang umum dipakai yaitu SiC, TiC, dan Al 2 O 3. Untuk membuat paduan Cu dan keramik proses yang digunakan yaitu metalurgi serbuk. Proses metalurgi serbuk (powder metallurgy processes) adalah salah satu proses pembentukan logam dengan cara mengkompaksi serbuk logam dan dilanjutkan dengan pemanasan (sintering). Proses ini memungkinkan untuk diaplikasikan dalam proses pembuatan kelongsong peluru. memiliki beberapa keunggulan, yaitu mudah untuk membuat benda dengan bentuknya yang kompleks, produk dari proses metalurgi serbuk memiliki kekuatan yang tinggi, efisiensi proses sangat baik sehingga bahan baku yang terbuang sangat rendah, serta mikrostruktur produk dapat dikontrol dengan baik sehingga sifat mekanismenya juga baik. Penelitian ini dilakukan untuk membuat material alternatif dalam aplikasi kelongsong peluru dari komposit Cu/ Al 2 O 3. Keramik Al 2 O 3 dipilih karena keramik ini memiliki keuletan dan kaku yang baik dibanding dengan keramik lainnya. Dan bila dihitung nilai modulus elastisitasnya secara teori maka akan menghasilkan komposit yang mempunyai modulus elastisitas lebih besar dari modulus elastisitas minimal 380 Mpa, sebagai syarat untuk aplikasi kelongsong. Untuk mencapai syarat yang ditentukan, maka pada penelitian dibuat variasi komposisi antara Cu dengan Al 2 O 3, dimana Al 2 O 3 sebagai penguat, Cu sebagai matriknya dan dibuat variasi temperatur sintering. TINJAUAN PUSTAKA Peluru dalam bahasa asing disebut Catridge. Peluru memiliki beberapa bagian yaitu proyektil (Bullet), Kelongsong peluru (Bullet case), mesiu (propellant) dan pemantik (Rim). Amunisi yang terdapat pada kelongsong berisi 75% saltpeeter (nitrogen untuk bahan peledak), 15% belerang, 10% charcoal (arang). Deep drawing merupakan proses pengerjaan metal dengan proses cold working. Drawing merupakan proses pembentukan lembaran logam menjadi bentuk tiga dimensi yang mempunyai dimensi tertentu dengan memberikan tekanan kepada lembaran melalui punch dan dies. Proses ini digunakan untuk membuat kelongsong peluru dengan bahan logam yaitu lembaran Cu-Zn. Komposisi bahan yang digunakan yaitu 70% Cu dan 30% Zn. Selain itu pada industri yang lain proses ini digunakan untuk membuat tangki dengan berbagai bentuk dimana kedalamannya lebih besar dibandingkan dengan ukuran diameter. Material komposit adalah dua material atau lebih yang berbeda yang disatukan sehingga menghasilkan sifat mekanis yang merupakan gabungan dari komponen penyusunnya. Adapun kelebihan material komposit adalah sifat material dapat diperbaiki antara lain: kekuatannya, kekakuannya, ketahanan terhadap korosi, ketahanan terhadap keausan maupun pengurangan berat material. Pemilihan suatu material tentunya akan mengikuti tujuan dari penggunaan material tersebut, sehingga dapat menentukan sifat apa yang akan diperlukan oleh material komposit tersebut. Komponen penyusun suatu komposit pada umumnya mempunyai peranan sebagai matrik yaitu bagian dari material komposit yang memberikan bentuk terhadap material komposit tersebut dan mengikat komponen lain yang berfungsi sebagai penguat. Penguat yaitu komponen material komposit yang berfungsi sebagai penguat pada material komposit tersebut. Menurut bentuknya, penguat ini dibagi menjadi dua tipe yaitu, particulate, dan fibrous. Komposit Cu- Al 2 O 3 jenis komposit Metal Matrix Composites (MMCs), dimana Al 2 O 3 sebagai reinforce dan Cu sebagai matrik. Komposit ini berdasarkan geometri dan orientasi penguatnya adalah komposit partikulat dengan orientasi penguatnya isotropic. Kemampuan sifat kapasitas panas jenis yang tingi dari keramik Al 2 O 3 dan sifat plastis dari bahan matrik Cu, maka paduan Cu- Al 2 O 3, akan membentuk material yang tahan panas tetapi memiliki kemampuan bentuk yang tinggi (formability). Perpaduan sifat tersebut sangat sesuai sebagai bahan kelogsong peluru yang mempunyai persyaratan kemampuan termal yang tinggi dan tidak mudah berubah bentuk saat terjadi perubahan panas yang mendadak (shock thermal). (Puslitbang Indhan Balitbang Dephan). Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 2

3 Jones (1960) menyatakan bahwa Metalurgi serbuk merupakan proses pembuatan benda komersial dengan menggunakan serbuk sebagai material awal sebelum proses pembentukan. Prinsip dalam pembentukan serbuk adalah memadatkan serbuk logam menjadi bentuk yang diinginkan kemudian memanaskannya dibawah temperatur lelehnya. Sehingga partikel-partikel logam memadu karena mekanisme transportasi massa akibat difusi atom antar permukaan partikel. Pemanasan dalam pembuatan serbuk dikenal dengan sinter yang menghasilkan ikatan partikel yang halus, sehingga kekuatan dan sifat fisisnya meningkat. Produk hasil dari metalurgi serbuk dapat terdiri dari campuran serbuk berbagai macam logam atau non logam. METODOLOGI PENELITIAN Pada penelitian ini bahan yang digunakan adalah serbuk Cu sebagai matrik dan serbuk Al 2 O 3 sebagai penguat.fraksi volum penguat yang digunakan yaitu 2, 4, 6 dan 8% Al 2 O 3. Ethanol digunakan sebagai pelarut polar dan zink stearat sebagai pelumas serbuk saat proses kompaksi. Serbuk Cu penimbangan fraksi Start Pencampuran Basah Cu- Al2O3 + ethanol Vf Al2O3 2, 4, 6 dan 8 % Serbuk Al2O3 penimbangan fraksi Tahap mixing merupakan tahap pencampuran serbuk. Tahap ini berperan dalam penentuan kehomogenan partikel serbuk dalam campuran. Semakin homogen campuran yang dihasilkan maka hasil produk akan semakin isotropi. Kompaksi Dingin F = 20 KN Sintering Presinter 300 o C, 1 jam Sintering 600, 700 dan 800 o C selama 6 jam Permasalahan dasar dalam kompaksi adalah gesekan antara serbuk dengan cetakan dan antar serbuk. Untuk mengatasi ini digunakan pelumas untuk meminimalisasi keausan dan memudahkan pengeluaran hasil cetak dari cetakan. Pemilihan lubrikan harus hati-hati karena hal ini sangat penting dimana lubrikan berpengaruh terhadap kekuatan dan green density ketika lubrikan telah diuapkan. Pengujian Identifikasi Fasa (X-ray Diffraction) Pengujian Mikrostruktur ( SEM/EDX) Analisa data dan pembahasan Kesimpulan End Pengujian Modulus Elastisitas (Uji Tekan) Kompaksi merupakan satu cara yang digunakan untuk memadatkan serbuk menjadi bentuk yang diinginkan. Kompaksi serbuk dilakukan agar serbuk dapat menempel satu dengan yang lainnya sebelum ditingkatkan ikatanya dengan proses sintering Sintering, yaitu proses pemanasan yang dilakukan pada kondisi vakum sehingga diperoleh partikel-partikel yang bergabung. Pada saat proses sintering terjadi perubahan geometris butiran dimana bentuk pori secara keseluruhan adalah konstan sedangkan ukuran dari pori berkurang. Material dasar pembuatan komposit isotropik Cu- Al 2 O 3 yang diterapkan pada penelitian ini terdiri dari serbuk paduan Cu/ Al 2 O 3 dengan Cu sebagai matrik dan Al 2 O 3 sebagai reinforce, dengan variasi fraksi volum Al 2 O 3 yaitu 2, 4, 6 dan 8%, kemudian masingmasing dicampurkan dengan metode wet mixing dalam larutan N-butanol, yang diaduk dengan menggunakan magnetic stirrer pada temperatur 70 0 C selama 45 menit. Setelah media penyampur menguap dilanjutkan proses kompaksi sebesar 20 KN dalam lingkungan atmosfir (cold compaction) dalam dies berdiameter 14 mm dengan tinggi 14 mm dan ditahan selama 15 menit. Untuk mengurangi gesekan antara serbuk dengan cetakan pada saat kompaksi maka diberi pelumas zink stearat. Setelah proses kompaksi dilanjutkan dengan Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 3

4 proses vakum sinter, dengan temperatur presinter C selama 1 jam dan proses vakum sintering dengan variasi temperatur 600, 700 dan C selama 6 jam dalam lingkungan vakum 10-3 thorr. Setelah itu langkah berikutnya dilakukan pengujian mikrostruktur (SEM/EDAX), analisa fasa dengan X-Ray diffraction (X-RD) dan uji mekanik menggunakan mesin compression test. HASIL DAN PEMBAHASAN 1 Distribusi Al 2 O 3 Terhadap Matriks Cu Pada Komposit Cu/Al 2 O 3 Dalam distribusi penguat Al 2 O 3 terhadap matriks Cu pada komposit Cu/Al 2 O 3, ternyata dengan temperatur sintering yang berbeda, akan menyebabkan perbedaan penyebaran Al 2 O 3. Distribusi Al 2 O 3 terhadap matriks Cu pada komposit Cu/Al 2 O 3 terlihat pada hasil SEM (Scanning Elektron Microskop) seperti Gambar 1 berikut ini. Dari Gambar 1 terlihat jelas distribusi Al 2 O 3 di dalam matriks Cu. Pada fraksi volum 2% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering 600 dan C, terlihat pada Gambar 1 (a) dan (b), Al 2 O 3 terdistribusi merata. Al 2 O 3 menyebar merata/homogen pada matriks Cu, sedangkan pada fraksi yang sama dengan temperatur sintering C,seperti terlihat pada Gambar 1 (c), terjadi pengumpulan partikel Al 2 O 3 dalam satu tempat, yang disebut dengan agglomerat. Pada fraksi volum 8% Al 2 O 3, dan temperatur sintering C,yaitu pada Gambar 1 (d), terlihat dari hasil SEM tersebut, pola partikel Al 2 O 3 menyebar secara berkelompok-kelompok,akan tetapi acak untuk seluruh bagian matrik (Groups random distributed). Kemudian pada fraksi yang sama, dengan temperatur sintering C, terlihat pada Gambar 1 (e), Al 2 O 3 membentuk agglomerat semakin banyak pada tempat tertentu, dan kemudian pada fraksi yang sama dengan temperatur sintering C, seperti terdapat pada Gambar 1 (f), agglomerat penguat Al 2 O 3 semakin banyak, sehingga distribusi Al 2 O 3 tidak lagi merata pada matriks Cu. Homogenitas distribusi penguat terhadap matriks komposit merupakan hal yang penting dalam pembuatan komposit. Dengan distribusi penguat homogen dalam matriks, maka sifat mekanik yang didapatkan akan baik, tetapi adanya agglomerat partikel penguat pada matriks akan menyebabkan kurangnya kekuatan ikatan dan perbedaan kuat ikatan untuk semua bagian sampel. Hal ini akan mengakibatkan mudah terjadi crack saat diberikan pengaruh gaya luar, dan berpengaruh pada sifat mekanik komposit tersebut. Adanya agglomerat Al 2 O 3 di dalam maktriks Cu pada komposit Cu/Al 2 O 3 ini, disebabkan karena proses pencampuran basah (wet mixing) yang tidak merata, dimana partikelpartikel yang memiliki muatan yang sama cenderung untuk berkumpul menjadi satu. Gambar 1 Distribusi Al 2 O 3 di dalam matriks Cu berdasarkan hasil SEM dengan perbesaran 5000x dengam fraksi volum 2% Al 2 O 3 dan temperatur sintering (a) C; (b)700 0 C; (c)800 0 C dan fraksi volum 8% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering (a) C; (b)700 0 C; (c)800 0 C. 4.2 Pengaruh Fraksi Volume Penguat Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering Terhadap Densitas Komposit Cu/Al 2 O 3. Sintering merupakan proses konsolidasi material komposit berbasis metalurgi serbuk. Sintering pada prinsipnya bertujuan untuk Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 4

5 kompaktibilitas antar partikel akibat adanya difusi atomic antar permukaan partikel. Untuk meningkatkan kepadatan serbuk maka dilakukan proses sintering, karena pada proses sintering terdapat perlakuan thermal dan terjadinya proses difusi. Temperatur sintering juga mempengaruhi densitas sinter komposit, terlihat dari data pada Tabel 1. Hubungan antara temperatur sintering terhadap densitas digambarkan pada Gambar 3. Tabel 1 Densitas sinter komposit Cu/Al 2 O 3 Vf (%) ρ teoritis Ts ( C) (gr/cm³) Kemudian hubungannya dengan densitas teoritis terdapat pada Gambar 2 berikut Gambar 3 Grafik hubungan antara temperatur sintering terhadap densitas sinter komposit Cu/Al 2 O 3. Semakin tinggi temperatur sintering, maka nilai densitas sinternya semakin menurun. Densitas yang semakin menurun itu terjadi karena penyebaran Al 2 O 3 di dalam matriks Cu tidak merata. Karena semakin tinggi temperatur sintering, homogenitas Al 2 O 3 di dalam matriks Cu semakin menurun sehingga menyebabkan densitas sinter menurun. Gambar 2 Grafik hubungan antara densitas sinter dan densitas teoritik terhadap fraksi volum penguat komposit Cu/Al 2 O 3 Dari Tabel 1 dan Gambar 2, didapatkan pengaruh penambahan fraksi volum penguat terhadap nilai densitas sinter. Semakin besar fraksi volum penguat, maka densitas sinter akan semakin rendah. Hal ini terjadi, salah satunya karena adanya distribusi penguat terhadap matriks. Semakin besar fraksi volum Al 2 O 3, maka distribusi Al 2 O 3 terhadap matriks Cu menjadi tidak homogen, sehingga menyebabkan kepadatan komposit tersebut menurun dan mempengaruhi densitas yaitu densitasnya semakin menurun. Densitas teoritis dan densitas sinter mempunyai pola yang sama yaitu semakin besar fraksi volum Al 2 O 3, densitasnya semakin menurun. 4.3 Pengaruh Fraksi Volume Penguat Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering Terhadap Porositas Komposit Cu/Al 2 O 3 Porositas adalah bagian yang tidak koheren dari sintering, berupa kekosongan berisi gas atau lubricant. Pembuatan komposit dengan metode metalurgi serbuk dapat memungkinkan terjadinya porositas. Porositas berhubungan dengan densitas sinter. Semakin tinggi porositas yang terdapat pada komposit, maka densitas sinter akan semakin rendah. Besarnya porositas dari komposit Cu/Al 2 O 3 terlihat pada Tabel 2 dan Gambar 4 berikut. Tabel 2 Porositas komposit Cu/Al 2 O 3 (%) Vf (%) Ts ( C) Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 5

6 Kemudian hubungannya terhadap besarnya fraksi volum penguat Al 2 O 3 terdapat pada Gambar 4 berikut ini. Porositas (%) Vf 2% Vf 4% Vf 6% Vf 8% Temperatur Sintering ( C) Gambar 4 Grafik hubungan antara fraksi volum penguat terhadap porositas komposit Cu/Al 2 O 3. Porositas semakin meningkat seiring dengan bertambahnya fraksi volum Al 2 O 3. Nilai porositas yang tinggi menunjukkan laju dari kepadatan butir relatif terhadap porositas yang terjadi pada tahap akhir sintering. Pada proses ini terjadi eliminasi porositas sehingga menghasilkan bahan yang semakin padat dimana kepadatan bahan lebih besar daripada sebelum mengalami proses sintering (Kang, 2005). Porositas terjadi karena perbedaan bentuk antara serbuk penguat dan serbuk matrik. Akan tetapi hal yang sangat penting adalah kehomogenan campuran, karena akan mempengaruhi porositas komposit. Berdasarkan data yang diperoleh sebelumnya, pada komposit Cu/Al 2 O 3, seiring dengan besarnya fraksi volum penguat, maka homogenitas komposit Cu/Al 2 O 3 tersebut akan semakin berkurang, sehingga densitasnya semakin menurun hal tersebut menyebabkan porositas meningkat. Temperatur sintering juga berpengaruh terhadap tingkat porositas komposit. Pengaruh temperatur sintering terhadap porositas komposit Cu/Al 2 O 3, terlihat pada Gambar 5. Gambar 5 Grafik hubungan antara temperatur sintering terhadap porositas komposit Cu/Al 2 O 3. Dari Tabel 2 dan Gambar 5 didapatkan semakin tinggi temperatur sintering, maka porositas yang terjadi akan semakin besar. Hal ini tidak seperti hasil yang didapatkan, dimana semakin tinggi temperatur sintering, maka porositas yang terjadi semakin besar. Porositas yang meningkat seiring kenaikan temperatur sintering pada komposit Cu/Al 2 O 3, disebabkan oleh menurunnya homogenitas distribusi Al 2 O 3, yang berakibat pada penurunan densitas komposit. Dengan penurunan densitas sinter, maka porositas akan meningkat. 4.4 Pengaruh Fraksi Volume Penguat Al 2 O 3 dan Temperatur Sintering Terhadap Modulus Elastisitas Komposit Cu/Al 2 O 3, Modulus elastisitas menyatakan nilai kekakuan (stiffness) suatu bahan. Kekakuan adalah kemampuan suatu bahan untuk menerima tegangan/ beban tanpa mengakibatkan terjadinya perubahan bentuk atau deformasi. Tabel 3 Modulus elastisitas komposit Cu/Al 2 O 3, Vf (%) E teoritis Ts ( C) (Mpa) Modulus maksimum terdapat pada fraksi volum 2% Al 2 O 3, dengan temperatur sintering C, yaitu sebesar ,1 MPa. Berdasarkan data dari Tabel 3, didapatkan pengaruh antara fraksi volum Al 2 O 3 terhadap Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 6

7 besarnya modulus elastisitas. Hubungan ini dapat dilihat dari Gambar 6 berikut. E (MPa) Vf (%) T=600 T=700 T=800 E teoritis Gambar 6 Pengaruh fraksi volum Al 2 O 3 terhadap modulus elastisitas komposit Cu/Al 2 O 3. Dari Gambar 6, terlihat bahwa semakin besar jumlah fraksi volum Al 2 O 3, maka modulus elastisitasnya akan semakin kecil. Menurunnya modulus elastisitas komposit tersebut, disebabkan karena tingkat porositas yang semakin tinggi seiring dengan penambahan fraksi volum penguat pada komposit Cu/Al 2 O 3. Sedangkan untuk modulus elastisitas teoritik, semakin besar fraksi volum Al 2 O 3, maka modulus elastisitas teoritik akan semakin besar. Besar modulus elastisitas yang didapatkan berdasarkan penelitian, berbanding terbalik dengan besar modulus teoritik, dimana modulus elastisitas eksperimental semakin kecil nilainya seiring penambahan fraksi volum Al 2 O 3. Hal ini terjadi karena adanya porositas yang semakin meningkat seiring dengan penambahan fraksi volum Al 2 O 3. Temperatur sintering juga berpengaruh terhadap modulus elastisitas komposit Cu/Al 2 O 3. Dari Tabel 3 dan Gambar 7 tersebut terlihat seiring dengan kenaikan temperatur sintering, maka modulus elastisitas semakin menurun. Penurunan besar modulus elastisitas disebabkan karena homogenitas Al 2 O 3 pada matriks Cu dalam komposit Cu/Al 2 O 3 semakin berkurang seiring dengan meningkatnya temperatur sintering, yang mengakibatkan meningkatnya porositas. Porositas yang tinggi akan menyebabkan permukaan material memiliki kekuatan yang berbeda karena distribusi penguat tidak tersebar merata ke permukaan matrik, sehingga ketika diberikan gaya luar akan retak. 4.5 Analisa Antar Muka Komposit Cu/Al 2 O 3. Komposit berhubungan erat dengan kualitas ikatan antara matriks dan penguat. Kualitas ikatan antara matriks dan penguat dapat diketahui dengan cara kuantitatif dan kualitatif. Cara kuantitatif dengan nilai modulus elastisitas yang didapatkan dari pengujian mekanik, sedangkan cara kualitatif dengan pengamatan SEM dan EDAX. Pada fraksi volum 2% Al 2 O 3, dengan temperatur sintering C, terlihat distribusi Al 2 O 3 merata pada matriks Cu sehingga porositas yang terjadi sedikit, terlihat dari hasil SEM pada Gambar 8 dibawah ini Porositas Gambar 7 Pengaruh temperatur sintering terhadap modulus elastisitas komposit Cu/Al 2 O 3. Gambar 8 Porositas komposit Cu/Al 2 O 3 pada fraksi volum 2% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C Daerah antar muka merupakan daerah yang dapat mengidentifikasi ikatan antara matrik dan penguat setelah proses sintering, sehingga Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 7

8 dapat menunjukkan perbedaan daerah antar muka pada komposit. Gambar 9 menunjukkan ikatan antar muka komposit pada fraksi volum 2% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C. Antar muka Antar muka Gambar 9 Ikatan antar muka komposit Cu/Al 2 O 3 pada fraksi volum 2% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C Semakin tinggi fraksi volum Al 2 O 3, maka distribusi Al 2 O 3 di dalam matriks Cu menjadi semakin tidak merata, dan semakin tinggi temperatur sintering, maka semakin banyak terjadi aglomerat pada Al 2 O 3, seperti terlihat dari hasil SEM pada Gambar 10 berikut ini Gambar 11 Ikatan antar muka komposit Cu/Al 2 O 3 pada fraksi volum 2% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C Proses sintering, memungkinkan terjadinya ikatan antar matriks dan penguat serta timbulnya fasa baru. Terjadinya fasa baru selama sintering memungkinkan perbedaan sifat mekanik yang dihasilkan. Pada fraksi volum 8% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C, terjadi fasa baru berupa Cu 2 O. Fasa ini terbentuk dengan persamaan reaksi 6Cu + Al 2 O 3 3Cu 2 O + 2Al Porositas Dari hasil pengujian XRD, maka terlihat adanya fasa baru Cu 2 O seperti pada Gambar 12 di bawah ini o o = Cu * = Cu 2 O Gambar 10 Porositas komposit Cu/Al 2 O 3 pada fraksi volum 8% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C Berdasarkan Gambar 10, terlihat aglomerat pada penguat Al 2 O 3 terhadap matriks Cu dalam komposit Cu/Al 2 O 3, sehingga menyebabkan terjadinya porositas yang semakin besar yaitu hingga 14,1 %. Ikatan antar muka yang terjadi antara Al 2 O 3 terhadap matriks Cu, terlihat pada Gambar 11 berikut ini Itensitas * o o * * * * * Theta Gambar 12 Hasil uji XRD MMCs Cu/Al 2 O 3 pada fraksi volum 8% Al 2 O 3 dengan temperatur sintering C. Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 8

9 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil analisa data dan pembahasan, maka pada penelitian tentang komposit Cu/Al 2 O 3 dapat disimpulkan : 1. Dari variasi fraksi volum 2, 4, 6 dan 8% Al 2 O 3, didapatkan fraksi volum 2% Al 2 O 3 dan temperatur sintering C menghasilkan nilai modulus elastisitas tertinggi yaitu Mpa. 2. Dari variasi temperatur 600, 700 dan C, temperatur sintering C dengan fraksi volum 2% Al 2 O 3, menghasilkan nilai modulus tertinggi yaitu Mpa. 3. Fraksi volum penguat 2% Al 2 O 3 memperlihatkan distribusi Al 2 O 3 yang homogen dalam matrik Cu. 4. 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 5. 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 6. DAFTAR PUSTAKA 1. Anđić, Z., Korac, M., Tasic, M., Kamberovic, Z., Dan Raic, K. Synthesis and Sintering of Cu-Al 2 O 3 Nanocomposite Powders Produced by a Thermochemical Route. AMES : Chandrawan, David, dan Ariati, Myrna Metalurgi Serbuk: Teori dan Aplikasi. Jilid I. Jakarta 3. Chawla, K. Krishan Composite Material: Science and Engineering. London Paris Tokyo: Springer-Verlag New York Berlin Heidelberg. 4. German.R.M 1984, Powder Metallurgy Science Metal powder ndustries federation, priceton, Nj 5. Hausner, H. H. dan Mal, M. K Handbook of Powder Metallurgy. New York : Chemical Publishing Co., Inc. 6. Hongming Li, Impact Of Cohesion Forces On Particle Mixing And Segregation. University of Pittsburgh : Disertation 7. Hwang, Seung. J. dan Lee, J. H Mechanochemical Syntesis of Cu- Al 2 O 3 nanocomposites. Elsevier.Daejin University 8. J.C. Lee, Jung-Ill Lee and Ho-In Lee, Methodologies To Observe And Characterize Interfacial Reaction Products In (Al 2 O 3 )/Al And SiC/Al Composites - Using SEM, XRD, TEM. Scripta Material, Vol. 35, No. 6, pp , 1996, (96) Jones, W.D Fundamental Principles of Powder Metallurgy Edward Arnold ltd, London, England. 10. Kol. CTP Drs. Umar S. Tarmansyah, Strategi Inovasi dan Pengembangan Iptek dan Industri Pertahanan. 61 (Puslitbang Indhan Balitbang Dephan). 11. Kang. Suk-Joong., Sintering : Densifikasi, Grain Growth and Microstructures. Elseviere - Butterworth. Heinemenn. 12. Kartikasari, Rike, Sintesis MMCs Cu- Al 2 O 3 Melalui Proses Metalurgi Serbuk dengan Variasi Fraksi Volume Al 2 O 3 dan Gaya Tekan Kompaksi Sebagai Alternatif Bahan Kelongsong Peluru. Tugas Akhir. Jurusan Teknik Material dan Metalurgi. Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 13. Kruft, Jr., J. G Pressureless Sintering Of Powder Processed Graded Metal Ceramic Composites Using A Nanoparticle Sintering Aid And Bulk Molding Technology. University of Maryland : Thesis Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 9

10 14. Lee, D. W., Ha, G. H., dan Kim, B. K Synthesis of Cu-Al 2 O 3 Nanocomposite Powder. Scripta Materialia 44, 8-9: M K Surappa, Aluminium matrix composites: Challenges and Opportunities. S adhan a Vol. 28, Parts 1 & 2, February/April 2003, pp Printed in India 16. Pratapa, S Prinsip-Prinsip dan Implementasi Metode Rietvield Untuk Analisis Data Difraksi. Surabaya. 17. Rajković, V., D. Božić, M., Popović, M., Jovanović, D., Properties Of Cu- Al2O3 Powder And Compact Composites of Various Starting Particle Size Obtained by High-Energy Milling. AMES, Belgrade, Serbia. 18. Waldron, M. B. and Daniell, Sintering. Heyden, London 19. Widyastuti, Anne Z, M. Zainuri, Development of Metal Matrix Composite (MMCs) by powder Metallurgy Method to Improve Mechanical Properties Of Gear, KITECH, Widyastuti et al, Identification Of Particle Shapee Al, SiC and Al 2 O 3 According Anisometry and Bulkiness Value Proceeding of 9th International Conference Quality in Research. 21. Widyastuti, Siradj S. S., Priadi. D., Zulfia. A., Kompaktibilitas Komposit Anisotropik Al/Al dengan Variabel Waktu Tahan Sinter.Makara Sains 12, 2: Jurusan Teknik Material dan Metalurgi/FTI-ITS Page 10