BAB VI PEMBAHASAN Pembahasan hasil penelitian berikut ini diarahkan kepada efek (pengaruh) hasil pelapisan Ni-Cr menggunakan thermal spray powder coating terhadap kekerasan dan keausan. 6.1 Mikrostruktur hasil Coating Hasil pengamatan secara visual menunjukkan hasil coating pada permukaan substrat kasar. Fenomena ini dimulai dari proses awal pembentukan droplet pada saat masing-masing partikel menyerap energi panas nyala api. Partikel yang besar cenderung membentuk droplet dalam ukuran besar dengan tingkat volume partikel yang meleleh yang rendah atau leleh sebagian (Sobolev, 1997), droplet dengan kondisi tersebut akan menumbuk substrat membentuk lamella dalam ukuran yang besar. Tumpukan lamella berukuran besar akan membentuk lapisan yang memiliki nilai kekasaran permukaan yang tinggi. Sedangkan partikel yang memiliki ukuran kecil akan mudah untuk meleleh penuh membentuk droplet cair dan berdeposisi ke arah samping membentuk lapisan yang memiliki permukaan yang halus. Sesaat setelah droplet menumbuk substrat akan terbentuk splat dengan ketebalan yang sangat dipengaruhi oleh kecepatan pergerakan droplet sesaat sebelum berdeposisi. Ketebalan splat berkurang dengan bertambahnya kecepatan droplet dan sebaliknya. Faktor kondisi lebur partikel juga berpengaruh terhadap proses pembentukan splat. Meningkatnya fraksi volume fasa padat droplet menyebabkan ketebalan splat meningkat dengan ukuran 50
51 radius splat yang semakin pendek (He dkk, 2001). Splat yang tebal akan membentuk lamella berukuran tebal dengan diameter yang pendek. Tumpukan lamella-lamella dengan kondisi tersebut membentuk permukaan lapisan dengan nilai kekasaran yang tinggi. Faktor kondisi lebur partikel juga berpengaruh terhadap proses pembentukan splat. Meningkatnya fraksi volume fasa padat droplet menyebabkan ketebalan splat meningkat dengan ukuran radius splat yang semakin pendek. Splat yang tebal akan membentuk lamella berukuran tebal dengan diameter yang pendek. Tumpukan lamella-lamella dengan kondisi tersebut membentuk permukaan lapisan dengan nilai kekasaran yang tinggi. Semakin kecil ukuran partikel akan menghasilkan kekasaran permukaan hasil pelapisan yang semakin rendah (Riyanto dan Prawara, 2010). Ketidak seragaman ukuran partikel pada penelitian ini menyebabkan hasil pelapisan menggunakan teknik thermal spray akan menghasilkan permukaan yang tidak rata, sehingga diperlukan proses permesinan jika menginginkan permukaan hasil pelapisan yang halus. Mikrostruktur hasil coating pada posisi cross-section menunjukkan hasil pelapisan terdiri dari banyak lapisan tipis, dalam posisi tumpang tindih, partikel dasarnya pipih. Hal ini terjadi karena coating powder dalam keadaan molten menabrak substrat akan mengalami perubahan bentuk dari bulat menjadi pipih dan menonjol pada bagian tengahnya. Mikrostruktur juga tidak menunjukkan lapisanlapisan tipis yang seragam, melainkan terdiri dari splats dan percikan-percikan dari splats. Partikel yang mengalami pemanasan berlebihan (superheated) pada saat menuju substrat dan didorong oleh energi kinetik akan mengalami pemecahan pada bagian luar partikel tersebut, dan berakibat terjadinya puing-
52 puing sehingga menyebabkan bentuk dari lapisan tidak berupa splats yang seragam. Porositas merupakan fitur penting yang sangat mempengaruhi sifat coating. Porositas pada lapisan diakibatkan dari tidak penuhnya ruang yang diisi oleh material pelapis. Hal ini terjadi akibat powder coating tidak mengalami tekanan yang seragam menuju substrat, sehingga mengakibatkan bentuk dari splats tidak seragam dan tidak mampu mengisi ruang kosong yang ada dibawahnya. Untuk hardfacing atau ketahanan aus, porositas akan menurunkan kekerasan lapisan dan memberikan kontribusi hasil finishing permukaan yang kasar sehingga menurunkan ketahanan aus. Porositas dalam lapisan juga dapat menyebabkan generasi fragmen lapisan untuk melepaskan diri dan menjadi bagian yang abrasif, yang dapat meningkatkan laju keausan pada lapisan. Tetapi di salah satu sisi porositas dapat sebagai penampung pelumas. Partikel yang mengalami superheating pada saat berterbangan menuju substrat dan kembali membeku serta tidak terdeposit akan membentuk lapisan oksida diatasnya. Lapisan oksida terbentuk karena oksigen dari proses coating akan bereaksi dengan partikel. Kadar oksida yang tinggi dapat memberikan kekerasan yang lebih tinggi, tetapi di lain sisi kadar oksida yang berlebih menyebabkan kekuatan lekat akan berkurang (Lusiani, dkk, 2013). Dalam lapisan coating ditemukan adanya unmelted partikel yang disebabkan pada saat proses pelapisan, powder material tidak mendapatkan distribusi suhu yang seragam, yang mengakibatnya adanya partikel yang tidak meleleh secara sempurna. Unmelt dapat juga terjadi karena ukuran partikel terlalu
53 besar, sehingga partikel tidak dapat meleleh seutuhnya dan terjebak di dalam lapisan. 6.2 Kekerasan Hasil Pelapisan Thermal Spray Tabel 5.2 yang menunjukkan hasil uji kekerasan permukaan sebelum dan sesudah dilapisi, dimana sampel yang tidak dilapisi memiliki kekerasan sebesar 206 HV sedangkan yang telah dilapisi memiliki kekerasan sebesar 538 HV. Perbedaan sampel sebelum dilapisi dengan sampel yang sudah dilapisi memiliki nilai kekerasan yang cukup signifikan karena material pelapis memiliki kekerasan yang lebih tinggi daripada substrat material. Perbedaaan ketebalan lapisan memiliki masing masing kekerasan rata-rata sebesar 537 HV untuk ketebalan 200 µm, 538 HV untuk ketebalan 400 µm, dan 537 HV untuk ketebalan 600 µm menunjukkan hasil yang tidak signifikan terhadap kekerasan lapisan. Hal ini disebabkan karena pada proses thermal spray setiap lapisan memiliki memiliki karakteristik yang sama yaitu panas, jarak pelapisan, dan material yang sama mengakibatkan hasil kekerasan pada setiap perbedaan ketebalan lapisan memiliki nilai yang sama. Distribusi kekerasan pada posisi cross-section hasil pelapisan yang ditunjukkan pada tabel 5.3 menunjukkan bahwa, kekerasan dari bagian terluar lapisan memiliki perbedaan yang tidak terlalu signifikan. Perbedaan kekerasan ini diakibatkan oleh adanya porositas dan oksida yang terdapat dalam lapisan coating yang tidak merata. Kekerasan pada jarak 50 µm dari lapisan pada substrat tidak mengalami perbedaan, karena substrat tidak mengalami pemanasan sampai
54 dengan titik kritisnya, sehingga tidak terjadi perubahan fase yang menyebabkan properties substrat berubah. Hasil penelitian yang dilakukan oleh Vencl (2011) yaitu pelapisan dengan teknik Atmospheric Plasma Spraying (APS) pada silinder liner menggunakan powder Metco 4652 dengan kandungan unsur utama Fe menghasilkan kekerasan sebesar 390 HV, sedangkan kekerasan hasil pelapisan wire rod 13Cr-Fe dengan menggunakan electric arc spray yang dilakukan Hussein dan Hauier (2011) pada nodular cast iron dengan variasi jarak penyemprotan dan variasi wire rod feed rate menghasilkan kekerasan tertinggi sebesar 400 HV. Pelapisan dengan teknik atmospheric plasma spraying menggunakan powder Fe-base ataupun pelapisan dengan teknik electric arc spraying menggunakan 13Cr-Fe jika dibandingkan dengan powder flame spray coating menggunakan Ni-Cr maka hasil pelaspisan menggunakan powder flame spray coating menggunakan Ni-Cr mendapatkan kekerasan lebih tinggi. 6.3 Keausan Hasil Pelapisan Ni-Cr Hasil uji keausan yang ditunjukkan pada tabel 5.3 menunjukkan lebar jejak pengujian keausan pada material yang tidak dilapisi rata-rata sebesar 873µm. Luas penampang keausan dapat dihitung dari besarnya jejak hasil pengujian yang diperoleh dengan asumsi profil keausan adalah halus dan tidak bergelombang yaitu sebesar 6,75x10-3 mm 2 dan diperoleh volume keausan sebesar 6,75x10-2 mm 3 untuk stroke sebesar 10 mm. Keausan pada ketebalan lapisan 200µm, 400 µm dan 600 µm masing-masing dengan rata-rata lebar jejak yaitu 223µm, 232µm
55 dan 228µm, sehingga volume keausan masing-masing adalah 1,20x10-2 mm 3, 1,25x10-2 mm 3 dan 1,23x10-2 mm 3. Keausan yang terjadi pada material yang tidak dilapisi lebih besar dari material yang dilapisi. Hasil pada tabel dan grafik hasil penelitian dapat diketahui bahwa spesimen yang memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi mempunyai volume keausan yang rendah, sedangkan spesimen yang mempunyai nilai kekerasan yang rendah memiliki volume keausan yang tinggi artinya spesimen yang memiliki kekerasan yang tinggi memiliki ketahanan aus yang tinggi pula begitupun sebaliknya spesimen yang kekerasan rendah memiliki nilai ketahaanan aus yang rendah. Coeficient of friction dapat dilihat dari grafik 5.8, dimana material tanpa pelapisan memiliki coeficient of friction yang lebih besar dibandingkan dengan material yang dilapisi. Sedangkan friction force untuk masing-masing tebal lapisan yang berbeda memiliki nilai hampir sama. Friction force meningkat akibat dari kekasaran permukaan yang meningkat seiring dengan waktu/jarak lintasan yang menyebabkan coeficient of friction juga akan mengalami peningkatan. Perbandingan antara material yang dilapisi dengan yang tidak dilapisi adalah material yang memiliki kekerasan lebih tinggi mempunyai nilai coeficient of friction yang lebih rendah. Kekasaran permukaan yang meningkat akan menyebabkan kontak area yang semakin besar dan deformasi pada permukaan semakin besar, sehingga menyebabkan friction force akan meningkat dan pada akhirnya koefisien gesekan juga akan meningkat.