PENGARUH VARIABEL KOMPAKSI TERHADAP MODULUS ELASTISITAS KOMPOSIT Al/SiC p DENGAN PERMUKAAN PARTIKEL SiC TERLAPISI ZnO Fahmi 1109201707 Dosen Pembimbing Dr. Mochammad Zainuri, M.Si
PENDAHULUAN
LATAR BELAKANG bahwa kemampubasahan keramik SiC sangat rendah terhadap logam aluminium. Untuk meningkatkan kemampubasahan SiC terhadap Al maka dilakukan pelapisan ZnO pada permukaan partikel SiC dengan variabel kompaksi
Perumusan Masalah Bagaimana kualitas mekanik bahan komposit setelah merekayasa permukaan SiC dengan ZnO berdasarkan uji kualitatif mikrostruktur dan sifat mekanik dari bahan komposit Al/SiC p
TUJUAN Untuk meningkatkan interaksi antara penguat SiC dengan matrik Al dengan membentuk lapisan ZnO pada permukaan SiC yang berperan sebagai material pengikat pada komposit Al/SiC p dengan memvariasikan besarnya kompaksi saat pembentukan green density (densitas kompaksi)
BATASAN MASALAH Al (matrik) 80% SiC (filler) 20% Wet mixing (alkohol 96%) Kopaksi ; 5, 10, 15, 20kN Presinter 300 o C(30 mnt) dan sintering 600 o C(2 jam) Analisa X-RD, SEM, Densitas Porositas (Archimedes), Uji kompressi Analisa Korelasi antara pengamatan mikrostruktur terhadap sifat mekanik
MANFAAT PENELITIAN 1. Sebagai acuan pengembangan permesinan dan komponen pendukung lainnya di bidang otomotif dan penerbangan 2. Sebagai referensi untuk pengembangan penelitian selanjutnya
TINJAUAN PUSTAKA
PENGERTIAN KOMPOSIT Komposit merupakan gabungan antara dua atau lebih material yang berbeda sifat dari segi fisis dan mekanisnya yang menghasilkan suatu material baru yang berbeda sifat dari material penyusunnya
PEMBAGIAN KOMPOSIT Berdasarkan penguatnya komposit terdiri atas : 1. Komposit matrik logam (MMC) 2. Komposit matrik keramik (CMC) 3. Komposit matrik Polimer (PMC) Berdasarkan arah penguatannya komposit terbagi atas : 1. Komposit isotropik 2. Komposit anisotropik
PROSES PEMBUATAN KOMPOSIT Salah satu proses pembuatan komposit adalah dengan metode metalurgi serbuk. Tahapan pada proses ini adalah pencampuran serbuk, kompaksi, dan sintering.
METODOLOOGI
Uji X-RD Uji SEM SiC 20%, Al 80% Alkohol Magnetik Stirrer 80 0 C PREPARASI MATERIAL Pembersihan Permukaan SiC Pelapisan Permukaan SiC dengan ZnO Mixing Al + SiC (yang telah dilapisi dengan ZnO) wet mixing Dikeringkan Dioksidasi (900 0 C) selama 4 jam Dicuci dengan alkohol Menggunakan Ultrasonic cleaner Holding Time 15 menit Kompaksi dengan variasi tekan 5, 10, 15, dan 20 kn Holding Time 30 menit PRESINTERING (300 0 C) SINTERING (600 0 C) Holding Time 2 jam Uji X-RD Uji SEM Uji Densitas dan pororitas Uji Tekan Analisis KESIMPULAN
PREPARASI MATERIAL PEMBERSIHAN PERMUKAAN SIC (dengan alkohol selama 1 jam) PELAPISAN PERMUKAAN SiC DENGAN ZNO Mixing SiC + Al (wet mixing) KOMPAKSI: 5, 10, 15, 20 kn PRESINTERING (300 0 C) 30 menit SINTERING (600 0 C) 2 jam UJI SAMPEL ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
KARAKTERISASI PERMUKAAN PARTIKEL SiC Gambar SEM Partikel SiC setelah dilapisi ZnO
Karakterisasi Permukaan Partikel SiC Gambar Topografi EDX permukaan partikel SiC terlapisi ZnO
Karakterisasi Permukaan Partikel SiC Gambar Elemen-elemen pada permukaan partikel SiC dengan EDX
Karakterisasi Permukaan Partikel SiC Gambar Pengamatan pola difraksi sinar-x terhadap partikel SiC yang terlapisi ZnO
ANALISIS DENSITAS DAN POROSITAS KOMPOSIT
Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit Densitas komposit Green density Sinter density
Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit Tabel Nilai Densitas Komposit Al/SiC p Sampel (kn) Densitas (gr/cm 3 ) Tanpa terlapisi ZnO Terlapisi ZnO 5 10 15 20 2,44 2,54 2,65 2,74 2,55 2,63 2,72 2,78
Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit Gambar Densitas material komposit Al/SiC p terhadap gaya kompaksi tanpa terlapisi dan terlapisi ZnO
Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit Dari hasil pengujian densitas antara komposit tanpa terlapisi dan terlapisi ZnO diperoleh peningkatan nilai densitas pada setiap kenaikan gaya kompaksi. Pada material komposit terlapisi ZnO terjadi peningkatan densitas yang lebih besar dibandingkan dengan tanpa terlapisi. Peningkatan nilai densitas ini disebabkan oleh adanya pelapisan permukaan SiC dengan ZnO yang berfungsi sebagai material pengikat antara matrik dan penguat yang menyebabkan kualitas ikatan semakin meningkat. Meningkatnya kualitas ikatan komposit tersebut menyebabkan jarak antara matrik dan penguat semakin rapat sehingga densitasnya meningkat dibandingkan dengan tanpa terlapisi ZnO.
Porositas Material Komposit Tabel Nilai Porositas Komposit Al/SiC p Sampel (kn) Porositas (%) Tanpa terlapisi ZnO Terlapisi ZnO 5 10 15 20 12,7 9,2 5,2 2,1 8,8 5,9 2,7 0,6
Porositas Material Komposit Gambar Korelasi porositas terhadap gaya kompaksi pada komposit Al/SiC p tanpa terlapisi dan terlapisi ZnO
Porositas Material Komposit Pada Grafik tersebut, untuk tekanan paling rendah menunjukkan banyaknya porus pada bahan komposit jika dibandingkan dengan tekanan lain yang cenderung mempunyai kemampatan yang tinggi. Berdasarkan analisis porositas, kemampatan yang terjadi untuk material komposit pada terlapisi ZnO untuk tekanan 5kN sampai dengan 20kN terjadi kemampatan sebesar 93,18% sedangkan pada tanpa terlapisi menunjukkan kemampatan sebesar 83,46%
Porositas Material Komposit Gambar Porositas Komposit Al/SiC p pada tekanan 20kN (a) tanpa terlapisi (b) terlapisi ZnO
KORELASI POROSITAS TERHADAP MODULUS ELASTISITAS KOMPOSIT Al/SiC p Tabel Nilai Modulus Elastisitas Komposit Al/SiC p Berdasarkan Porositas Terukur (GPa) Porositas (%) Modulus Elastisitas (GPa) Tanpa terlapisi ZnO Terlapisi ZnO Tanpa terlapisi ZnO Terlapisi ZnO 12,7 8,8 33,638 37,099 9,2 5,9 38,413 59,375 5,2 2,7 55,196 80,388 2,1 0,6 159,676 181,546
E eks = σ / ԑ E eks = F.L 0 /A.ΔL E = Modulus Elastisitas Eksperimen (GPa) σ = Tegangan (N) ԑ = Regangan (mm)
P = 1 ρ s / ρ t P = Porositas (%) ρ s = Densitas Sintering (gr/cm 3 ) ρ t = Densitas Teoritik (gr/cm 3 )
E = E 0 e -bp E = Modulus Elastisitas (GPa) E 0 = Modulus Elastisitas Eksperimen pada fraksi volume penguat tetap 20% (GPa) b = Konstanta = 3,959 P = Fraksi Porositas (%)
1 kg/ms 2 = 1 atm = 1,013 Pa 10 kn = 10 kgm/s 2 maka Tekanan yang diberikan adalah : P = (10 kg m/s 2 ) / 3,14 x 14 x 14 mm 2 = (10 / 615 x 10-6 ) kg/m s 2 = 0,01625 x 10 6 kg/ms 2 0,01625 x 10 6 kg/ms 2 = 1,013 / 0.01625 x 10 6 Pa = 62,339 x10 6 Pa = 62,339 Mpa Jadi Gaya tekan 10 kn = 62,339 MPa
Gambar pola difraksi partikel SiC murni (A.Urena (2004)
BATASAN MASALAH Pada penelitian ini digunakan serbuk aluminium Al sebagai matrik dan SiC sebagai penguat. Proses pencampuran SiC terhadap Al dlakukan dengan metode basah (wet mixing) menggunakan alkohol dengan fraksi volume penguat 2o%. Proses pembentukan green density komposit Al/SiC p dilakukan melalui proses kompaksi pada temperatur kamar dengan variabel gaya kompaksi 5, 10, 15 dan 20kN, kemudian dilakukan presintering pada temperatur 300 o C selama 30 menit dan sintering pada 600 o C selama 2 jam pada masing-masing gaya kompaksi. Hasil komposit Al/SiC yang diperoleh dianalisa densitas, porositas, dengan metode Archimedes, mikrostruktur dan interpretasi fase dianalisa dengan X-RD dan analisa sifat mekanik diuji dengan uji kompressi. Dari data hasil pengujian dianalisa korelasi antara pengamatan mikrostruktur terhadap sifat mekanik yang terjadi pada material komposit Al/SiC yang mengalami pelapisan oksida pada permukaan partikel SiC dengan variabel gaya kompaksi.
Porositas Material Komposit Gambar 4.8 Pengamatan porositas vs variabel kompaksi menggunakan SEM pada komposit Al/SiC p tanpa terlapisi ZnO (a) 5kN (b) 10kN (c)15kn dan (d) 20 kn
Porositas Material Komposit Gambar 4.9 Pengamatan porositas vs variabel kompaksi dengan SEM pada komposit Al/SiC p terlapisi ZnO (a) 5kN (b) 10kN (c)15kn dan (d) 20 kn