PENGARUH PENAMBAHAN 10%wt Mg DAN KECEPATAN MILLING TERHADAP PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK PADUAN Al-Mg

Transkripsi

1 SIDANG LAPORAN TUGAS AKHIR (MM091381) PENGARUH PENAMBAHAN 10%wt Mg DAN KECEPATAN MILLING TERHADAP PERUBAHAN STRUKTUR MIKRO DAN SIFAT MEKANIK PADUAN Al-Mg Oleh : Rendy Pramana Putra Dosen Pembimbing : Hariyati Purwaningsih, S.Si, M.Si

2 Latar Belakang Company name Kebutuhan akan suatu material yang memiliki mechanical properties yang baik dan ringan saat ini mengalami peningkatan seiring dengan perkembangan Teknologi Kekuatan dan tahan aus pada temperatur tinggi, ketahanan korosi sehingga aluminium dan magnesium berpotensi untuk diaplikasikan dalam teknologi pesawat terbang, kapal laut, maupun otomotif. Beberapa unsur yg sering dipadukan dengan aluminium antara lain Mg, Cu, Si, Mn, Zn dan Ni.

3 Diagram Fasa Al-Mg Company name Komposisi yang digunakan pada penelitian ini adalah Al-10%wt Mg

4 Perumusan Masalah Bagaimana pengaruh penambahan magnesium (Mg) dan kecepatan milling terhadap perubahan fasa, sifat mekanik dan struktur mikro paduan Al-Mg

5 Batasan Masalah Company name Serbuk Al dan Mg dianggap homogen Pengotor pada raw material dianggap tidak ada Tekanan dalam vials dianggap tetap

6 Tujuan Penelitian Menganalisa pengaruh penambahan Magnesium (Mg) terhadap perubahan fasa, sifat mekanik dan struktur mikro paduan AlMg Menganalisa pengaruh kecepatan milling terhadapn perubahan fasa, struktur mikro dan sifat mekanik pada metode mechanical alloying

7 Aluminium Sifat fisik Nilai Melting point, 0 C Atomic number 13 Poisson ratio 0,33 Density, g/cm Konduktivitas Thermal, W m -1 K Brinnel hardness, Mpa 245 Vickers hardness, MPa 167 Modulus of elasticity, N/mm

8 Magnesium Sifat fisik Nilai Melting point, 0 C 650 Boiling point, 0 C 1107 Latent heat of fusion, kj/kg Specific heat at 20 0 C, kj/kgk Density, g/cm Electrical resistivity Ω m 4.45 x 10-8 Coefficient of thermal expansion x10 6 /K 25.2 x 10-6 Young Modulus, GPa 45 Modulus of elasticity, lb/in 2 x

9 MECHANICAL ALLOYING

10 MECHANICAL ALLOYING Faktor-faktor yang berpengaruh pada mechanical alloying Mesin Milling BPR Atmosfir Kecepatan Milling Text Mechanical Alloying PCA Milling Time

11 MECHANICAL ALLOYING Company name Tipe Milling Pada penelitian ini telah dikembangkan mesin milling yaitu Modification Horizontal Ball Mill. Prinsip kerjanya rotasi secara horizontal Mesin ini mampu mencapai kecepatan lebih dari 1000rpm 2. Kecepatan Milling Semakin cepat perputaran ball mill pergerakan bola semakin cepat energi semakin besar

12 MECHANICAL ALLOYING Company name. Milling Time Kecepatan sudah maksimal milling time ditambahkan Jika energi rendah milling time lama, dan sebaliknya 4. Ball to Powder Ratio Perbandingan antara berat bola besar dan kecil dengan berat serbuk harus diperhitungkan 6. Proses Control Agent (PCA) Berfungsi untuk mengurangi gesekan antar butir Bisa berbentuk gas, cair, padatan 7. Temperatur dan atmosfer Temperatur yang tinggi proses difusi Milling dilakukan pada lingkungan hampa menghindari kontaminasi

13 Sintering Sintering adalah Merupakan proses pemanasan pada temperatur tinggi yang disertai dengan perubahan dimensional dengan tujuan untuk meningkatkan kekuatan ikatan antar permukaan dari material.

14 Kajian Penelitian (Gubizca, 2004) melakukan sintesa aluminium dan magnesium dengan variasi komposisi Al-x wt % Mg (x = 0, 3, 6). Sintesa dilakukan dengan menggunakan Spex 8000 shaker mill selama 3 jam. Hasil milling dikompaksi dengan tekanan 1GPa pada temperature ruangan. Hasil XRD menunjukan semakin banyak konsentrasi Mg pada paduan, semakin banyak Mg yang terlarut pada Al sehingga membentuk solid solution. Hal ini ditunjukkan dengan semakin lebarnya puncak Al pada grafik XRD. Pengujian kekerasan dilakukan dengan menggunakan depth-sensing indentation test (DSIs). Hasil pengujian hardness menunjukkan semakin banyak komposisi Mg semakin besar nilai kekerasannya. Tabel Konsentrasi Mg Pada Solid Solution dan Nilai Kekerasan Untuk Setiap Komposisi.(Gubizca, 2004)

15 Diagram Alir Company name Start Studi Literatur Preparasi Spesimen : Al Pure Al 10 wt % Mg, Milling BPR = 10 : 1 Milling rate = 0 dan 200 rpm Time = 10 h PCA = Benzena Kompaksi 5200 pounds Sintering: T = 400 o CSelama 1 jam dengan gas Argon HARDNESS XRD Mikroskop optik SEM Analisa Data Kesimpulan End Gambar 6. Diagram Alir

16 Bahan-bahan yang digunakan

17 Neraca Analitik Peralatan yang digunakan Modification Horizontal Ball Mill Vials Ball Mill Alat Kompaksi Vacum Furnace Cawan/crucib le

18 Peralatan yang digunakan Micro Vickers Hardness Ayakan ukuran mesh

19 Pengujian

20 XRD ( X-Ray Diffraction

21 SEM - EDX

22 Micro Vickers Hardness Company name Kekerasan adalah ketahanan yang dilakukan oleh bahan terhadap desakan ke dalam yang tetap, yang disebabkan oleh sebuah alat pendesak/indentor berbentuk pyramid kemiringan 136 dengan beban ato gaya tertentu. Tahap pengujian: Penghalusan Permukaan Spesimen Untuk spesimen uji kekerasan diusahakan memiliki permukaan yang rata dan halus. Digunakan amplas untuk proses penghalusan dengan nomor 400,600,800 dan 1000 secara berurutan Pemolesan spesimen Pemolesan spesimen dilakukan dengan menggunakan metode autosol dan kain halus untuk menghilangkan sisa-sisa goresan dan debu dari hasil pengamplasan agar didapat permukaan yang halus.

23 Mikroskop Optik Company name Berfungsi untuk mengamati struktur mikro dengan perbesaran 50x Tahap Pengujian: Langkah sectioning dan mounting tidak perlu dilakukan karena sample tidak perlu dilakukan langkah pemotongan dan bentuk sample memungkinkan untuk diamati Grinding Proses grinding dilakukan dengan kertas gosok yang telah disediakan, yaitu Grid I=200, Grid II=400, Grid III=800, Grid IV=1000, Grid V=1200, Grid VI=2000 Polishing Polishing dilakukan dengan mesin polishing agar bekas-bekas grinding dapat dihilangkan dan memaksimalkan hasil pengamatan mikroskop optik.

24 Identifikasi Fisik Serbuk Company name a b c d Serbuk hasil Mechanical Alloying Mixing dan Milling, menggunakan waktu milling 1 jam dengan kecepatan 200rpm : a) Al Pure Mixing, b) Al Pure Milling, c) Al + 10% Mg Mixing, d) Al + 10% Mg Milling

25 Ukuran Partikel Al Pure mixing (gram) Al Pure milling (gram) Al + 10% Mg mixing (gram) Al + 10% Mg milling (gram) > 224 µm µm < 140 µm Dari hasil pengujian sieving menunjukan bahwa proses milling yang dilakukan dapat memperkecil ukuran partikel dari serbuk. Dapat dilihat Serbuk dengan ukuran partikel <140 µm lebih mendominasi dari ukuran lainnya, hal ini mengindikasikan bahwa dengan dilakukannya proses milling maka ukuran serbuk semakin banyak tereduksi menjadi kecil.

26 Hasil Uji XRD Mixing dan Milling Company name Hasil Uji XRD Pada serbuk Hasil Proses Mixing dan Milling : (a) Al Pure Mixing, (b) Al Pure Milling, (c) Al + 10% Mg Mixing, (d) Al + 10% Mg Milling.

27 Pelebaran Kurva Puncak Difraksi Al Pada Setiap Variabel Mixing dan Milling Pelebaran Kurva Puncak Difraksi Mg Pada Setiap Variabel Mixing dan Milling pengaruh proses milling dan mixing, pada proses milling dapat dilihat pelebaran puncak difraksi Al dan Mg juga semakin bertambah. Pada puncak difraksi Al, hal ini mengindikasikan bahwa dengan dilakukannya proses milling konsentrasi Mg yang larut dalam Al semakin bertambah sehingga struktur kristal yang dimiliki oleh Al berubah. Begitu juga sebaliknya yang terjadi pada pelebaran kurva Mg.

28 Sampel Al Pure Mixing Al Pure Milling Al + 10% Mg Mixing Identifika Peak si 2θ (º) FWHM d-spacing Interg Fasa Al Al Al Mg Al + 10% Mg MiLLING Al Mg

29 Hasil Uji XRD Pada serbuk Hasil Proses Mixing dan Milling setelah sintering : (a) Al Pure Mixing, (b) Al Pure Milling, (c) Al + 10% Mg Mixing, (d) Al + 10% Mg Milling.

30 Perbandingan Tinggi Intensitas Puncak Difraksi Al (a) Setelah Proses Sintering 400ºC, (b) Sebelum Proses Sintering 400ºC. perbedaan tinggi intensitas dari serbuk yang sebelum dan sesudah di sintering. Pada masing-masing serbuk Al pure mixing sintering, Al pure milling sintering, Al + 10% Mg mixing sintering dan Al + 10% Mg milling sintering menunjukkan kenaikan intensitas dan pergeseran kurva dbandingkan yang sebelum di sintering. Hal ini disebabkan karena adanya reaksi ikatan antar partikel serbuk Al dan Mg pada waktu proses sintering yang mengakibatkan perubahan struktur kristal, sehingga membentuk fasa yaitu Al solid solution Mg atau bisa juga disebut fasa α.

31 Perbandingan Tinggi Intensitas Puncak Difraksi Mg (a) Setelah proses sintering 400ºC, (b) Sebelum Proses sintering 400ºC puncak difraksi yang dimiliki oleh Mg hanya terjadi pada serbuk Al + 10% Mg mixing sintering. Pada Al + 10% Mg milling sintering yang pada grafik sebelum di sinter masih terdapat unsur Mg, pada hasil XRD setelah di sinter unsur Mg hilang, Hal ini disebabkan pada saat proses sintering unsur Mg terlarut pada unsur Al.

32 Hasil Uji SEM Setelah proses Mixing dan Milling Company name A B Al Al C Mg D Mg Al Al Hasil Pengujian SEM Dengan Perbesaran 600X Pelet Setelah Dilakukan Proses Mixing dan Milling (a). Al Pure Mixing, (b). Al Pure Milling (c). Al + 10% Mg mixing (d). Al + 10% Mg Milling

33 Hasil Uji EDX Setelah proses Mixing dan Milling Element Wt% At% AlK Matrix Correction ZAF Al pure mixing Element Wt% At% AlK Matrix Correction ZAF Al pure milling Hasil SEM/EDX pellet Al Pure Mixing dan Al Pure Milling diketahui unsur yang terdapat sepenuhnya unsur Al sebesar 100 wt.%.

34 Element Wt% At% MgK AlK Matrix Correction ZAF Element Wt% At% MgK AlK Matrix Correction ZAF Hasil SEM/EDX pellet Al + 10% Mg mixing dan Al + 10% Mg milling.

35 Hasil Uji SEM Setelah Sintering Company name Hasil Pengujian SEM Dengan Perbesaran 600X Pellet Setelah melalui proses sintering 400 o C (a). Al Pure Mixing sintering, (b). Al Pure Milling sintering (c). Al + 10% Mg mixing sintering (d). Al + 10% Mg Milling sintering.

36 Elemen t Wt% At% AlK Matrix Correctio n ZAF Elemen Wt% At% t AlK Matrix Correctio n ZAF Hasil SEM/EDX pellet Al Pure Mixing dan Al Pure Milling setelah sintering diketahui unsur yang terdapat sepenuhnya unsur Al sebesar 100 wt.%.

37 Element Wt% At% MgK AlK Matrix Correction ZAF Element Wt% At% MgK AlK Matrix Correction ZAF Hasil SEM/EDX pellet Al + 10% Mg mixing dan Al + 10% Mg milling setelah sintering

38 Hasil Uji Metallografi Struktur mikro (a) Al pure mixing 50X, (b) Al pure milling 50X, (c) Al + 10%Mg mixing 50X, (d) Al + 10%Mg milling 50X.

39 struktur mikro di atas pada Al pure mixing dan Al pure milling dengan perbesaran 50x terlihat komponen utama Al dengan struktur mikro menunjukkan α-aluminum solid solution matriks dendrit. Sedangkan pada gambar (c) dengan penambahan 10% Mg mixing pada Al terlihat struktur mikro Mg berupa spherical atau bulat pada matriks α-aluminum solid solution. Untuk penambahan 10% Mg milling pada gambar (d) struktur mikro menunjukkan Mg semakin tersebar pada matriks α-aluminum solid solution. Unsur Mg yang tersebar pada matriks α-aluminum dapat meningkatkan sifat mekanik dari paduan Al-Mg.

40 Hasil Uji Micro Vickers Hardness Company name Al Pure mixing Al Pure milling Al + 10% Mg mixing Al + 10% Mg milling Indentasi d1 (µm) d2 (µm) HV HV (ratarata) 1 176,03 187,01 28, ,80 163,79 31, ,43 164,09 32, ,70 180,22 27, ,97 155,98 35, ,87 159,31 34, ,90 140,93 40, ,19 146,38 45, ,31 155,18 40, , , , ,7 32,23 41,9 45,96

41 menunjukkan adanya distribusi kekerasan pada Al pure mixing ratarata sebesar 30,7 HV, Al pure milling rata-rata sebesar 32,23 HV. Untuk paduan Al dengan penambahan 10% Mg mixing menunjukkan peningkatan kekerasan sebesar 41,9 HV. Begitu juga dengan penambahan 10% Mg milling terjadi peningkatan kekerasan sebesar 45,96 HV. Nilai HV rata-rata Al pure milling lebih tinggi dari pada Al pure mixing dalam hal ini mengindikasikan proses mixing dan milling ikut mempengaruhi nilai kekerasan dan pengaruh penambahan unsur Mg pada paduan Al juga dapat meningkatkan nilai kekerasan (sifat mekanik) dari paduan Al-Mg.

42 Kesimpulan Company name Proses milling lebih dapat mereduksi ukuran partikel dibandikan pada proses mixing. Hasil XRD menggunakan panjang gelombang CoKα menunjukkan terjadi pelebaran puncak difraksi Al Pelebaran puncak difraksi ini mengindiasikan terjadi perubahan struktur kristal yang dimiliki Al dimana perubahan struktur kristal ini diakibatkan dari pembentukan fasa solid solution Al-Mg atau bisa juga disebut Al(Mg). Mg yang terlarut pada Al mengakibatkan struktur kristal yang dimiliki Al semakin kristalin. Hasil proses sintering temperatur 400 o C, holding time 1 jam menunjukkan distribusi terbentuknya solid solution Al-Mg semakin banyak terjadi bila dibandingkan dengan yang belum melalui proses sintering. Pengaruh proses milling penambahan Mg pada sifat mekanik paduan Alumunium menunjukkan nilai kekerasan semakin meningkat pada Al + 10%Mg milling dengan HV rata-rata sebesar 45,96.

43 SEKIAN Company LOGO TERIMA KASIH