Kalsium karbonat merupakan senyawa penghasil gas yang memiliki potensi yang bagus karena murah dan ketersediannya yang banyak. Kalsium
karbonat sendiri memiliki densitas yang mirip dengan aluminium yaitu sekitar 2710 kgm
-3
Andri Agusta : 2009 sehingga dapat terdispersi secara baik pada lelehan aluminium dan telah digunakan untuk membuat foam dari kaca.
2.5.3. Dolomite CaMgCO
3 2
Dolomite atau yang dikenal juga Kalsium Magnesium Karbonat, dolomit adalah
mineral yang berasal dari alam yang mengandung unsur hara
magnesium dan kalsium berbentuk tepung dengan rumus kimia CaMgCO
3 2.
Sama halnya seperti CaCO
3
dolomit merupakan senyawa penghasil gas dan memiliki potensi yang bagus karena harga yang ekonomis dan ketersediaan
yang banyak.
2.5.4. Zirkonium Hidrida ZrH
2
Merupakan senyawa kimia campuran antara hidrida dan zirkonium. Dipasaran biasanya berupa serbuk berwana abu-abu kehitaman dan bersifat
mudah terbakar. Sering digunakan dalam metalurgi serbuk sebagai hidrogen katalis dan
sebagai reducing agent, vacum tube getter, dan foaming agent pada produksi busa metal. ZrH
2
juga digunakan sebagai neutron moderator pada thermal-spectrum di reaktor nuklir. Kegunaan lainnya adalah senyawa ini bertindak sebagai bahan
bakar dalam komposisi piroteknik.Dalam pembuatan aluminium foam ZrH
2
bubuk
Universitas Sumatera Utara
dengan jumlah 0.6 - 1.4 wt ditambahkan pada aluminium cair, saat foaming pada temperatur antara 933 – 1013 K.
2.6. Tahapan pembentukan struktur
foam 2.6.1. Pertumbuhan Sel
Struktur sel umumnya terbangun melalui tahapan yang diperlihatkan pada gambar 2.11. Bentuk sel pada umumnya hanya dikontrol oleh tegangan
permukaan, lalu membentuk pori bulat. Kemudian dilanjutkan dengan pengembangan bentuk pori menjadi bertambah angular. Dikarenakan pergerakan
gelembnung relatif dengan gelembung lainnya menjadi sulit, maka akhirnya membentuk jaringan 3 dimensi dari sel polihedral. Terminologi yang digunakan
untuk mengkarakterisasi struktur sel polyhedral dijelaskan melalui gambar 2.12.
Gambar 2.11 : skema pertumbuhan struktur sel dengan
ρ ρ berkurang selama pengembangan logam cair dengan menggunakan foaming agent yang terdispersi.
Gambar 2.12 : Terminologi dan notasi struktur sel
Universitas Sumatera Utara
2.6.2. Faktor yang Mempengaruhi Stabilitas Struktur Foam
2.6.2.1. Difusi Gas
Pada foam cair, perbedaan tekanan diantara sel dengan ukuran yang berbeda akan menyebabkan terjadinya pengasaran, melalui mekanisme Otswald
Rippening. Tekanan gas didalam sel yang memiliki tekanan permukaan akan berbanding terbalik dengan radius lengkungan selnya. Difusi yang terjadi, akan
tetapi dibatasi oleh tingkat difusivitas dan kelarutan berbagai macam gas seringkali dapat diabaikan, kecuali H
2
yang mempunyai kelarutan signifikan dalam aluminium cair. Gambar 2.13 menunjukkan grafik kelarutan gas yang dapat
dikurangi secara signifikan dengan tambahan paduan Si. Dikarenakan, pada proses foaming. Gelembung akan dipertahankan dalam keadaan cair untuk waktu
yang sebentar, maka dapat diasumsikan bahwa efek dari difusi gas pada struktur sel dapat diabaikan.
Gambar 2.13 : Kelarutan H
2
didalam paduan Al-Si sebagai fungsi dari konsentrasi Si.
2.6.2.2. Pengaturan Sel
Jika dikomposisi pada sel yang berdekatan menunjukkan perbedaan tekanan yang jauh dan tidak dapat terakomodasi dengan difusi, maka sel-sel dapat
Universitas Sumatera Utara
mengatur kembali, lalu merubah sel tetangganya untuk mendistribusikan tekanan kembali. Kemungkinan yang terjadi adalah permukaan sel dengan tegangan
permukaan yang rendah dapat melengkung.
2.6.2.3. Viskositas
Untuk membuat sel yang terdistribusi merata, maka gelembung harus dapat ditahan didalam logam cair sampai foam membeku. Dengan kata lain,
kecepatan pergerakan naiknya gelembung dapat dikurangi. Pengaruh ukuran gelembung dan tingkat viskositas logam cair pada kecepatan terminal gelembung
gas pada logam cair dapat diperoleh dengan menyeimbangkan kemampuan apung gelembung dengan tahanan logam cair karena viskositas.
2.6.2.4. Tegangan Permukaan
Tegangan permukaan pada sel polyhedral akan menyebabkan pembulatan bentuk sel dengan batas datar yang melebar dan permukaan sel yang menipis. Hal
ini diperlihatkan pada gambar 2.14. Kejadian ini dibarengi dengan pembekuan logam cair dari permukaan sel ke batas datar sel.
Gambar 2.14 : Efek dari tegangan permukaan pada batas sisi yang datar
Universitas Sumatera Utara
Spesi yang bermigrasi dari permukaan gas-liquid, akan menurunkan energi antar permukaan foam. Dengan membatasi efek dari tegangan permukaan pada
gelembung, maka akan mengurangi driving force aliran material dari permukaan sel ke batas datar sel, karena bisa merusak menipiskan permukaan sel.
2.6.2.5. Oksidasi Pada Aluminium
Aluminium memiliki reaktifitas yang tinggi untuk membentuk lapisan oksida sesuai dengan reaksi :
2Al
l
+
3 2
O
2g
Al
2
O
3
s
Lapisan oksida ini lentur dan tidak terlalu signifikan mengganggu fluiditas dari aluminium. Akan tetapi, keberadaan lapisan ini berefek pada tegangan
permukaan. Permukaan aluminium solid dapat teroksidasi secara cepat, meskipun laju
oksidasi akan turun atau diabaikan saat mencapai batas ketebalan oksida pada permukaan. Batas ini dikenal sebagai Mott thickness dengan nilai 2 nm pada
temperatur kamar, dan relative tidak sensitive terhadap tekanan parsial oksigen. Diatas 200
o
C lapisan oksida akan tumbuh secara cepat dengan sekala waktu harian sehingga ketebalan akan menebal secara signifikan.
2.7. Aplikasi-Aplikasi Aluminium Foam
Secara umum sifat-sifat yang dimiliki aluminium foam kekakuan, densitas, ketangguhan, dan lain sebagainya terdapat juga pada material-material
lainya, namun keunggulan dari metal foam secara umum dan aluminium foam
Universitas Sumatera Utara
secara khusus adalah kombinasi dari sifat-sifat tersebut yang tidak dapat di miliki oleh material lain. Aluminium foam memiliki sifat :
a Kekuatan 10 Mpa dan Kekakuan 1 Gpa struktur yang cukup tinggi. b Densitas yang rendah sekitar 15 dari aluminium padatan.
c Kemampuan untuk menyerap energi mekanik, panas, dan getaran yang besar. d Secara khusus untuk jalur indirect foaming aluminium foam juga dapat
membentuk struktur yang kompleks seperti pada gambar 2.15.
Gambar 2.15 : Struktur Kompleks dari Aluminium Foam
Kombinasi sifat-sifat yang dimiliki aluminium foam tersebut menjadikannya cocok untuk beberapa aplikasi seperti konstruksi ringan, alat
penyerap energi mekanik, akustik serta termal yang relevan dengan industri otomotif. Aluminium foam juga berpotensi digunakan untuk aplikasi lain seperti
perkapalan, penerbangan serta teknik sipil. Diagram untuk beberapa aplikasi didalam dunia otomotif serta sifat aluminium foam yang berhubungan
ditunjukkan pada gambar 2.16.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.16 : Diagram Sifat serta Aplikasi Aluminium Foam
2.7.1. Aplikasi struktur ringan
Foam secara intrinsik menggabungkan sifat kekakuan yang tinggi dengan densitas yang rendah dibanding material bulk. Perlu di perhatikan bahwa jika
hanya kekuatan langsung yang diperhitungkan maka aluminium foam akan memiliki performa yang sama atau bahkan sedikit lebih buruk dibanding material
bulk pada berat yang sama. Keuntungan sebenarnya dari foam adalah ketika memperhitungkan beban bending yang dapat diterima suatu struktur sebagai
fungsi dari berat. Massa yang terdistribusi pada struktur rongga akan meningkatkan momen inersia material secara keseluruhan sehingga akan
memberikan nilai kekakuan dan kekuatan terhadap beban bending yang lebih tinggi dibanding bulk material untuk berat yang sama. Hal ini menjadikan foam
berguna sebagai komponen penahan beban yang memiliki kekuatan yang tinggi serta densitas yang rendah pada aplikasi di otomotif maupun penerbangan.
Aluminium foam dapat digunakan sebagai komponen penahan beban secara langsung namun yang paling banyak digunakan adalah sebagai bagian dari
struktur yang saling berikatan. Foam dapat digunakan sebagai elemen pengisi bagian tengah sebuah struktur dari pelat logam seperti foam yang mengisi struktur
Universitas Sumatera Utara
pipa atau batang untuk meningkatkan kekakuan tanpa menambah berat secarasignifikan.
Gambar 2.17 : a Pelat Aluminium Foam Sandwich AFS b Penggunaan Pelat AFS
pada Lifting Arm c Prototipe Engine Mounting Bracket BMW
2.7.2. Penyerap Energi Mekanik impak
Kategori dari aplikasi aluminium foam yang lain adalah pemanfaatan sifat menyerap energi dari aluminium foam. Ketika ditekan foam menunjukkan hanya
sedikit deformasi elastis sebelum akhirnya runtuh. Pada sebagian besar foam runtuhnya foam melibatkan deformasi plastis yang besar pada dinding rongga
yang runtuh yang merambat pada rongga-rongga yang lain akibat pemberian tegangan yang kecil dan hampir konstan. Pergerakan dislokasi pada logam akan
menyebabkan jumlah energi yang dapat diserap semakin besar. Hal ini memungkinkan aplikasi material yang dapat menyerap tumbukan, ringan, dan
murah. Contoh aplikasi ini adalah badan mobil atau kereta api untuk mengurangi beban tumbukan namun tetap ringan dan telah secara komersil diproduksi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.18 : Prototipe Crash Absorber
2.7.3. Pengontrol panas
