Pada saat proses carburizing dengan waktu pendeposisian kurang dari 120 menit, atom-atom karbon belum secara maksimal mengisi ruang di antara atom-
atom Fe, sehingga pada permukaan subtrat masih banyak terdapat ruang sisipan yang belum terisi oleh atom-atom karbon, akibatnya kekerasan belum maksimal.
Pada saat proses carburizing dengan waktu pendeposisian lebih dari 120 menit, atom-atom karbon yang terdeposisi ke dalam permukaan subtrat akan semakin
banyak seiring dengan lamanya waktu pendeposisian. Hal ini akan menyebabkan terjadinya penumpukan atom-atom karbon pada permukaan subtrat sehingga yang
terbentuk bukan lagi sebagai ikatan karbida besi, melainkan hanya merupakan tumpukan atom-atom karbon. Jika waktu yang diberikan untuk proses carburizing
plasma lucutan pijar semakin lama, maka kekerasan subtrat akan semakin turun. Hal ini berarti bahwa penambahan waktu hanya akan menyebabkan pemborosan
waktu dan biaya Pribadi dkk, 2008.
4.3.1.3. Penelitian NiKaNa
Sejak tahun 2001 telah ditemukan metode baru untuk mengeraskan permukaan baja, yakni metode NiKaNa. Metode NiKaNa ini terdiri atas gabungan
tiga proses metalurgi yaitu Nitridasi, Karbonasi, dan Quenching NaCl pendinginan mendadak dalam larutan garam dapur, tiga proses yang semula
dilakukan secara terpisah. Dengan metode gabungan ini didapatkan baja dengan tingkat kekerasan yang lebih besar. Proses pengerasan ini terjadi karena adanya
perubahan fasa atau struktur penyusun atom dari besi baja tersebut. Perubahan fase dilakukan dengan cara memanaskan baja dengan suhu tertentu dan
pendinginan dengan kecepatan tertentu pula dengan menambahkan material baru ke dalam baja tersebut.
Teknik Nitridasi dilakukan dengan menggunakan gas nitrogen yang disemprotkan langsung pada baja yang sedang membara. Dengan metode tersebut
kekosongan pada material akan terisi oleh atom-atom yang bergeser karena penumbukan oleh atom nitrogen maupun oleh atom nitrogen yang menempati
letak interstisi. Proses tersebut akan membentuk struktur baru yang mempunyai kekerasan yang lebih baik dibanding material aslinya. Dengan menembakkan
atom nitrogen pada material, maka kekosongan yang terdapat pada material akan terisi oleh atom-atom yang bergeser karena penumbukan oleh ion nitrogen
Universitas Sumatera Utara
maupun oleh ion nitrogen yang menempati letak interstisi. Sehingga akan terbentuk struktur baja baru yang mempunyai kekerasan lebih baik dibandingkan
material aslinya. Bila ion-ion nitrogen ditembakkan pada besi Fe pada kondisi tertentu ion-ion nitrogen tersebut akan membentuk fase baru yaitu fase Fe-N.
Karbonasi adalah proses pendeposisian unsur karbon ke dalam permukaan logam. Pada pendeposisian ini dimaksudkan agar terjadi peningkatkan kekerasan
lebih besar dibandingkan sebelum dilakukan proses karbonasi. Pada karbonasi baja karbon rendah 0,3 C akan terjadi peningkatan kekerasan lebih besar
dibandingkan dengan karbon medium 0,3 C – 0,7 C atau tinggi 0,7 C – 1,7 C .
Kekerasan maksimum suatu logam besi dapat terjadi dengan pendinginan secara mendadak Quenching material yang telah dipanaskan sehingga
mengakibatkan perubahan struktur mikro. Kenaikan kekerasan berbeda-beda pada beberapa kandungan karbon. Media pendingin yang digunakan secara umum
adalah hidrokarbon oli bekas. Laju quenching tergantung pada beberapa faktor di antaranya temperatur medium, panas spesifik, panas pada penguapan,
konduktivitas termal medium dan viskositas serta agitasi pergolakan adalah laju pergerakan atau aliran media pendingin. Kecepatan pendinginan dengan air lebih
besar dibandingkan pendinginan dengan oli. Dan pendinginan oleh udara mempunyai kecepatan yang paling kecil.
Dalam penelitian yang dikerjakan oleh Susanto dkk tentang proses
pengerasan permukaan pada baja karbon rendah C 0,18 dan Silikon 3 didapatkan bahwa metode NiKaNa menyebabkan terjadinya penambahan gugus
N-H yang merupakan kontribusi dari proses nitridasi sehingga hal ini menjadikan susunan atom pada baja karbon rendah menjadi rapat dan padat.
Pengujian metode NiKaNa ini dikerjakan dengan variasi suhu 300
o
C, 600
o
C dan 900
o
C serta variasi waktu pemanasan 15, 30 dan 45 menit. Hasil dari metode NiKaNa diperoleh peningkatan kekerasan permukaan tertinggi sebesar 552 ,
yaitu dari 8,7 HRC menjadi 48,0 HRC pada suhu 900
o
C dan waktu pemanasan 15 menit. Untuk waktu pemanasan 30 menit dan 45 menit pada suhu 900
o
C ternyata angka kekerasannya jauh menurun bila dibandingkan dengan waktu pemanasan 15
Universitas Sumatera Utara
menit, yaitu sebesar 44,3 HRC untuk waktu pemanasan 30 menit dan 22,3 HRC untuk waktu pemanasan 45 menit.
Penelitian ini dilakukan dalam 3 tahap, yaitu tahap treatment awal, tahap treatment NiKaNa dan tahap pengujian sampel. Tahap treatment awal adalah
pengampelasan dan pemanasan. Sampel baja dipanaskan dalam Furnace dengan melakukan variasi suhu dan waktu pemanasan. Tahap treatment NiKaNa memiliki
3 bagian secara berurutan yaitu nitridasi, karburasi dan quenching NaCl. Gas nitrogen disemprotkan langsung nitridasi pada sampel baja yang telah
dipanaskan dengan suhu dan waktu pemanasan yang telah ditentukan, lalu sampel dipanaskan kembali dengan suhu dan waktu pemanasan yang sama dengan awal
dan dicelupkan secara cepat ke dalam cairan oli bekas konsentrasi jenuh karburasi, lalu sampel baja dipanaskan kembali pada suhu dan waktu pemanasan
yang sama dengan awal dan dicelupkan mendadak ke dalam larutan garam dapur NaCl jenuh Quenching.
Pada proses nitridasi dilakukan pendeposisian atom-atom nitrogen pada baja yang telah mendapat perlakuan panas, yang mengakibatkan peregangan
atom-atom material dan mengalami kekosongan, sehingga diisi oleh atom nitrogen tersebut sehingga memunculkan ikatan atom baru yaitu Fe-N. Atom
nitrogen yang menyusup menempati letak interstisi sisipan maupun secara subtitusi perpindahan. Dengan masuknya atom nitrogen kedalam substrat
mengakibatkan terjadinya perubahan struktur mikro atom yaitu atom-atom penyusun baja menjadi lebih rapat dan padat. Pada proses karbonasi atom-atom
karbon mampu berdifusi kedalam material baja, atom karbon sangat mudah menyusup kedalam substrat karena ukuran atom karbon lebih kecil dibandingkan
dengan atom Fe. Dengan kadar karbon bertambah maka kekerasannya meningkat. Proses quenching adalah sangat baik pada pengerasan bahan logam. Pada proses
pencelupan cepat, suatu bahan logam tidak sempat mengalami difusi dengan atom tetangga sehingga seluruh kekosongan langsung akan terisi oleh media quenching
tersebut secara mendadak. Proses ini tentunya menyebabkan kerapatan atom pada permukaan bahan menjadi lebih besar dan tentunya bahan logam menjadi lebih
keras. Hal ini terjadi karena proses quenching membuat mikro sturktur permukaan
Universitas Sumatera Utara
bahan logam jadi memiliki batas butir yang lebih kecil, sehingga mikro sturktur
permukaan bahan logam menjadi lebih halus dan padat Susanto dkk, 2005. 4.3.2. Metode Pelapisan Permukaan
Proses Metal Spraying merupakan salah satu cara alternatif proses perlindungan permukaan logam dari kerusakan. Proses metal spraying dapat juga
digunakan untuk proses perbaikan repair, misalnya membuat lapisan keras pada permukaan untuk perkakas, mempertebal bagian-bagian permukaan yang telah
mengalami keausan dan lain-lain. Sifat-sifat yang diinginkan dari proses metal spraying antara lain adalah ketahanan terhadap keausan, ketahanan terhadap
korosi, ketahanan terhadap temperatur tinggi dan lain-lain. Penelitian yang dikerjakan oleh Mochamad Ichwan dan Dikdik Iskandar
tentang karateristik keausan abrasif dari lapisan Aluminium-Bronze pada baja St 37 didapatkan bahwa nilai ketahanan keausan abrasif material hasil proses metal
spraying kawat Aluminium-Bronze yang mengalami perlakuan panas lebih tinggi bila dibandingkan dengan material tanpa perlakuan panas Heat Treatment.
Perlakuan panas dikerjakan dengan variasi temperatur 550
o
C, 600
o
C dan 650
o
C dan waktu penahanan Holding Time selama 1 jam, 2 jam dan 3 jam. Sebelum
proses metal spraying dilakukan, terlebih dahulu dilakukan proses sand blasting pada permukaan baja St 37. Selanjutnya dilakukan pemanasan awal umumnya
90
o
C-150
o
C pada material dasar tersebut dengan menggunakan alat Flame Gun. Maksud dari pemanasan awal tersebut adalah untuk menghilangkan air dan
menjamin permukaan bebas dari kelembaban dan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meminimalkan efek pemuaian material pada saat proses metal spraing
dilakukan. Setelah dilakukan proses metal spraying dengan kawat Aluminium-
Bronze, selanjutnya dilakukan proses perlakuan panas pada 3 kondisi temperatur pemanasan dan 3 kondisi waktu penahanan yang berbeda. Dalam proses metal
spraying ikatan yang terjadi antara logam pelapis dengan permukaan logam dasar adalah karena adanya ikatan adhesi dan kohesi yang menyebabkan ikatan saling
mengunci secara mekanik dari pertikel yang disemprotkan dengan permukaan logam dasar yang dikasarkan. Semakin tinggi temperatur pemanasan dan semakin
lama waktu penahanaanya akan meningkatkan harga kekerasan lapisan
Universitas Sumatera Utara
Aluminium-Bronze. Kekerasan tertinggi terjadi pada daerah antar permukaan interface antara Aluminium-Bronze dengan logam dasar baja St 37, yaitu
sebesar 247 VHN dengan temperatur kerja 650
o
C dengan penahanan waktu selama 3 jam. Hal ini disebabkan karena terjadinya peningkatan konsentrasi atom,
baik pada material dasar maupun pada logam pelapis akibat terjadinya proses difusi yang semakin jauh, sehingga ikatan antar atomnya akan terbentuk dengan
mudah. Untuk ketahanan terhadap keausan abrasif diuji dengan mengikuti standar
pengujian ASTM D 3389 Abrasive Resistance. Pengujian keausan menggunakan Test Equipment tipe Taber, Abraden tipe H 10 Calibrade, beban 500 gr, lama
pengujian 30 menit dan putaran 5000 rpm. Dari pengujian tersebut didapatkan ketahanan aus tertinggi pada spesimen percobaan meningkat menjadi 0,34 berat
awal untuk spesimen dengan waktu penahanan 3 jam dan suhu pengerjaan 650
o
C dari kondisi spesimen standarnya yang memiliki ketahanan aus sebesar 0,57 berat awal. Peningkatan ketahanan abrasif juga dikarenakan oleh semakin
sedikitnya jumlah rongga porous pada lapisan hasil proses metal spraying. Rongga porous tersebut terbentuk karena adanya gas yang terjebak pada saat
proses metal spraying dilakukan. Melalui proses perlakuan panas dengan temperatur pemanasan yang tinggi dan waktu penahanan yang lama, presentase
terjadinya porositas mengalami penurunan. Hal ini disebabkan karena terjadinya difusi volume dari atom-atom yang menuju permukaan rongga gas yang terjebak
tersebut dan berdifusi keluar. Sehingga dengan semakin tinggi temperatur pemanasan, maka kecenderungan gas untuk keluar semakin mudah Ichwan,
2003. Proses metal spraying ini dapat dikerjakan dengan dua cara berbeda, yaitu
dengan material dalam bentuk serbuk atau kawat. Kedua cara ini memiliki perbedaan prinsip pada model Flame Spray Gun-nya. Namun untuk gas
pembakarannya sama. Hal ini dijelaskan pada gambar 4.3 berikut.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.3. Contoh Flame Spray Gun model serbuk dan kawat
Sedangkan gambar 4.4 berikut menerangkan pengerjaan proses metal spraying pada sebuah benda kerja.
Gambar 4.4. Proses Metal Spraying.
Universitas Sumatera Utara
4.3.3. Redesign atau Modifikasi
