94
- Hybrid Physical-Chemical Vapor Deposition HPCVD - Proses deposisi uap yang melibatkan dekomposisi kimia dari gas prekursor dan padatan
sumber penguapan. - Rapid thermal CVD RTCVD - Proses CVD yang menggunakan lampu
pemanas atau metode lain untuk mempercepat panas pada substrat wafer. Pemanasan dilakukan hanya pada substrat daripada gas atau
dinding kamar gas untuk mengurangi reaksi fasa gas yang tidak diinginkan yang dapat menyebabkan pembentukan partikel yang tidak diinginkan.
- Vapor phase epitaxy VPE.
C. Deposisi uap secara fisik Physical vapor deposition
Deposisi uap secara fisik PVD adalah variasi lain dari deposisi secara vakum dan adalah istilah umum yang digunakan untuk menggambarkan salah
satu dari berbagai metode untuk mendeposito film tipis dengan cara kondensasi uap material ke berbagai bentuk permukaan misalnya, ke wafer
semikonduktor. Metode pelapisan hanya melibatkan proses fisik seperti proses penguapan pada kondisi vakum disuhu tinggi atau ditembaki dengan
plasma dan tidak menggunakan reaksi kimia pada permukaan yang akan dilapisi seperti dalam deposisi uap secara kimia. Jenis-jenis dari PVD dengan
urutan dari yang terbaru adalah: - Cathodic Arc Deposition: di mana busur daya tinggi dipanaskan pada
material target untuk membakar habis sebagian material sehingga menjadi uap yang sangat terionisasi.
- Electron beam physical vapor deposition: di mana material yang akan dideposit dipanaskan dengan tekanan uap yang tinggi oleh penembakan
elektron dalam keadaan vakum tinggi. - Evaporative deposition: di mana material yang akan dideposit dipanaskan
dengan tekanan uap yang tinggi dengan pemanasan elektrik resistif dalam ruang hampa rendah.
- Pulsed laser deposition: di mana laser dengan daya tinggi mengikis material target dan hingga menjadi uap.
95
- Sputter deposition: di mana lucutan pijar plasma biasanya terjadi lokal di sekitar target oleh magnet menembaki material hingga sebagian
berubah menjadi uap. PVD digunakan dalam proses manufaktur barang termasuk perangkat
semikonduktor, film PET aluminized untuk balon dan tas makanan kecil, dan alat potong yang dilapisi untuk pengerjaan logam.
D. Teknik secara kimia dan elektrokimia
Secara umum pelapisan dengan cara kimia dan elektrokimia dapat dibagi menjadi:
1. Anodizing
Anodizing, atau penganodaan, adalah sebuah proses pasivasi elektrolitik, digunakan untuk meningkatkan ketebalan lapisan oksida alami pada
permukaan logam. Proses ini disebut penganodaan karena bagian yang harus diperlakukan sebagai anoda pada elektroda dari sirkuit listrik.
Penganodaan dapat meningkatkan ketahanan terhadap korosi dan ketahanan aus, dan menyediakan adhesi yang lebih baik untuk cat primer
dibandingkan pada logam tanpa pelapis. Lapisan film anodik juga dapat digunakan untuk meningkatkan keindahan, baik pada lapisan berpori tebal
yang dapat menyerap pewarna atau dengan lapisan transparan tipis yang menambah efek interferensi untuk cahaya yang dipantulkan. Anodisasi
juga digunakan untuk mencegah lecet pada komponen berulir dan untuk membuat lapisan film dielektrik untuk kapasitor elektrolitik. Lapisan film
anodik paling sering digunakan untuk melindungi paduan aluminium, meskipun proses juga dapat digunakan untuk titanium, seng, magnesium,
niobium, dan tantalum. Proses ini bukan pelindung yang baik untuk baja besi atau karbon karena logam ini terkelupas ketika teroksidasi, yaitu
oksida besi juga dikenal sebagai karat, secara terus-menerus mengekspos logam dasar sehingga dapat terjadi korosi.
96
2. Ion Beam Mixing
Merupakan proses untuk mengadhesikan dua atau lebih lapisan, terutama substrat dan lapisan permukaan yang dideposit. Proses ini terjadi dengan
menembaki lapisan spesimen dengan sejumlah radiasi ion dalam rangka untuk meningkatkan pencampuran pada antarmuka, dan umumnya
berfungsi sebagai upaya untuk mempersiapkan sambungan listrik, khususnya antara paduan non-ekuilibrium atau metastabil dan senyawa
intermetalik. Peralatan implantasi ion dapat digunakan sebagai alat Ion Beam Mixing
. 3. Pickling
Pickling adalah perlakuan pada permukaan logam digunakan untuk menghilangkan kotoran, seperti noda, kontaminan anorganik, kerak atau
karat dari logam besi, tembaga, dan paduan aluminium. Larutan untuk pickling mengandung asam kuat, digunakan untuk menghilangkan kotoran
pada permukaan. Larutan ini biasanya digunakan untuk membersihkan baja atau kerak dalam berbagai proses pembuatan baja.
4. Plating
Plating atau penyepuhan adalah cara pelapisan permukaan di mana logam dideposit pada permukaan konduktif. Penyepuhan telah dilakukan
selama ratusan tahun, tetapi cara ini masih penting untuk teknologi modern. Penyepuhan digunakan untuk menghias benda-benda, inhibisi
korosi, meningkatkan mampu soldernya, mengeraskan, meningkatkan daya tahan pakai, mengurangi gesekan, meningkatkan adhesi cat,
mengubah konduktivitas, penahan radiasi dan untuk tujuan lain. Perhiasan biasanya menggunakan cara penyepuhan untuk memberikan efek akhir
perak atau emas. Deposisi film tipis telah dapat menyepuh benda sekecil atom, sehingga penyepuhan dapat digunakan dalam nanoteknologi. Cara
penyepuhan secara umum ada dua yaitu:
97
-
Penyepuhan dengan listrik luar electroplating, adalah proses penyepuhan dimana ion logam dalam suatu larutan digerakkan oleh
medan listrik untuk melapisi elektroda. Prosesnya menggunakan arus listrik untuk mengurangi kation dari material yang diinginkan
berupa larutan dan melapisi benda konduktif dengan lapisan tipis dari material tersebut, seperti pada logam. Elektroplating terutama
digunakan untuk mendeposit bahan lapisan untuk memberikan sifa- sifat yang diinginkan misalnya, abrasi dan ketahanan aus,
perlindungan korosi, pelumasan, kualitas estetika dan sebagainya ke permukaan yang biasanya tidak memiliki sifat-sifat tersebut.
Aplikasi lain menggunakan elektroplating adalah untuk menambah ketebalan pada bagian-bagian berukuran kecil.
- Penyepuhan dengan listrik dalam electroless plating, juga dikenal sebagai penyepuhan secara kimia atau auto-katalitik, adalah
metode pelapisan jenis non-galvani yang melibatkan beberapa reaksi simultan dalam larutan berair, yang terjadi tanpa
menggunakan daya listrik eksternal.
5. Sol-Gel
Proses sol-gel, juga dikenal sebagai deposisi larutan kimia, adalah teknik basah-kimia yang banyak digunakan di bidang ilmu material dan teknologi
keramik. Metode tersebut digunakan terutama untuk fabrikasi bahan biasanya untuk oksida logam dimulai dari suatu larutan kimia atau sol
yang bertindak sebagai prekursor untuk jaringan terpadu atau gel baik untuk partikel diskrit atau polimer jaringan. Prekursor yang biasa dipakai
adalah logam alkoksida dan klorida logam, yang mengalami berbagai bentuk reaksi hidrolisis dan polikondensasi.
E. Penyemprotan Spraying 1. High velocity oxy-fuel spraying HVOF
Selama tahun 1980-an, kelas proses spray thermal yang biasa disebut high velocity oxy-fuel spraying HVOF dikembangkan. Campuran bahan
98
bakar gas atau cair dan oksigen dimasukkan ke dalam ruang pembakaran, di mana mereka dinyalakan dan dibakar terus menerus. Gas panas yang
dihasilkan mendekati 1 MPa mengalir melalui nosel divergen-konvergen dan mengalir sepanjang bagian yang lurus. Bahan bakar yang digunakan
dapat berupa gas hidrogen, metana, propana, propylene, asetilena, gas alam, dan lain-lain atau cairan minyak tanah, dan lain-lain. Kecepatan
penyemprotan hampir j melebihi suara 1000 ms. Bahan baku bubuk kemudian disuntikkan ke dalam aliran gas, sehingga bubuk tersebut keluar
dengan kecepatan sampai 800 ms. Aliran gas panas dan bubuk diarahkan permukaan yang akan dilapisi. Sebagian serbuk meleleh di
aliran udara keluar, dan terdeposit di atas substrat. Lapisan yang dihasilkan memiliki porositas rendah dan kekuatan ikatan yang tinggi.
2. Plasma Spraying
Dalam proses penyemprotan plasma, material yang akan dideposit material baku - biasanya dalam bentuk bubuk, kadang-kadang berbentuk
suspensi, cair atau kawat – dimasukkan ke dalam jet plasma, berasal dari obor plasma. Dalam jet, dimana suhunya sekitar 10.000 K, bahan deposit
akan mencair dan terdorong menuju substrat. Di sana, tetesan cair akan merata, dengan cepat membeku dan membentuk deposit. Umumnya,
deposit tetap melekat ke substrat sebagai pelapis. Terdapat sejumlah besar parameter teknologi yang mempengaruhi interaksi partikel dengan
jet plasma dan substrat dan sifat-sifat dari deposit. Parameter ini meliputi jenis bahan baku, komposisi plasma gas dan laju alir, masukan energi,
jarak offset obor, pendinginan substrat dan lain-lain. Cara ini dapat divariasi dengan menggunakan atmosfir vakum.
99
Gambar 7.1. Plasma spraying
3. Wire arc spray
Wire arc spray adalah salah satu bentuk penyemprotan termal di mana dua kawat logam diumpankan secara terpisah ke pistol semprot. Kabel ini
kemudian diberi tegangan dan dihasilkan busur diantara kabel tersebut. Panas dari busur ini mencairkan kawat yang masuk, yang kemudian
terbawa oleh dorongan jet udara dari pistol. Bahan baku cair yang terbawa tadi kemudian tersimpan ke substrat. Proses ini umumnya digunakan
untuk pelapisan berat logam.
Gambar 7.2. Wire arc spray
4. Cold Spraying
Pada 1990-an, penyemprotan dingin sering disebut penyemprotan gas dingin dinamis telah diperkenalkan. Metode ini awalnya dikembangkan di
Rusia dengan pengamatan tidak sengaja saat terjadi pembentukan
100
lapisan dengan cepat ketika bereksperimen dengan erosi partikel dari target yang terkena aliran udara pada kecepatan tinggi didalam
terowongan angin yang penuh dengan serbuk halus. Dalam penyemprotan dingin, partikel dipercepat hingga kecepatan yang sangat
tinggi oleh gas pembawa yang kemudian dipaksa untuk melalui nosel tipe konvergen-divergen de Laval. Saat tumbukan, partikel padat dengan
energi kinetik yang cukup berubah bentuk secara plastis dan terikat secara mekanis dengan substrat untuk membentuk suatu lapisan.
Kecepatan kritis yang diperlukan untuk membentuk ikatan tergantung pada sifat bahan, ukuran bubuk dan suhu. Logam lunak seperti Cu dan Al
yang paling cocok untuk dilakukan penyemprotan dingin, tetapi pelapisan dari bahan lain W, Ta, Ti, MCrAlY, WC-Co dan sebagainya dilaporkan
telah dapat dilakukan juga.
5. Warm Spraying
Penyemprotan hangat warm spraying merupakan modifikasi baru dari HVOF, di mana suhu pembakaran gas diturunkan dengan cara
mencampur nitrogen dengan gas pembakaran, sehingga prosesnya menjadi mendekati penyemprotan dingin. Gas yang dihasilkan banyak
mengandung uap air, hidrokarbon dan oksigen tidak bereaksi, dan lebih kotor daripada penyemprotan dingin. Namun, efisiensi lapisannya lebih
tinggi. Di sisi lain, suhu yang lebih rendah pada penyemprotan hangat mengurangi pencairan dan reaksi kimia dari serbuk umpan, jika
dibandingkan dengan HVOF. Karena kelebihan ini maka cara ini dipakai untuk melapisi material seperti Ti, plastik, dan gelas metalik, yang dengan
cepat mengoksidasi atau rusak pada suhu tinggi.
F. Rangkuman
Pelapisan pada logam digunakan untuk memperbaiki sifat permukaan substrat, seperti penampilan, adhesi, mampu basah wetability, ketahanan
101
korosi, ketahanan aus, dan tahan terhadap goresan. Pelapisan logam dapat dipilih berdasarkan kebutuhan pemakaiannya.
G. Latihan
Jawablah kerjakan soal latihan berikut: 1. Apa perbedaan dari cold spraying dan warm spraying?
2. Teknik pelapisan apa yang digunakan untuk memperoleh lapisan permukaan yang keras?
3. Jelaskan aplikasi pelapisan dengan cara CVD dan PVD pada logam
102
BAB VIII PENUTUP
A. Kesimpulan
