Inovasi Humaniora, Sains dan Teknologi untuk Pembangunan berkelanjutan.
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
SEMINAR NASIONAL
DAN TEKNOLOGI
Kuta, 29 - 30 Oktober 2015
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN
KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS UDAYANA
UDAYANA UNIVERSITY PRESS
2015
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | iii
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS
DAN TEKNOLOGI 2015
Kuta, 29 - 30 Oktober 2015
Ni Made Ary Esta Dewi Wirastuti, S.T., MSc. PhD
Prof. Dr. Drs. IB Putra Yadnya, M.A.
Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, M.S.
Dr. Ni Ketut Supasti Dharmawan, SH., MHum., LLM.
Prof. Dr. drh. I Nyoman Suarsana, M.Si
Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P.
Ir. Ida Ayu Astarini, M.Sc., Ph.D
Prof. Dr. Ir. Nyoman Gde Antara, M.Eng
Dra. Ni Luh Watiniasih, MSc, Ph.D
Prof. Dr. drh. Ni Ketut Suwiti, M.Kes.
Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA.
Ir. I Nengah Sujaya, M.Agr.Sc., Ph.D.
Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP, Ph.D
dr. Ni Nengah Dwi Fatmawati, SpMK, Ph.D
Dr. Agoes Ganesha Rahyuda, S.E., M.T.
Putu Alit Suthanaya, S.T., M.Eng.Sc, Ph.D.
I Putu Sudiarta, SP., M.Si., Ph.D.
Dr. Ir. Yohanes Setiyo, M.P.
Dr. P. Andreas Noak, SH, M.Si
I Wayan Gede Astawa Karang, SSi, MSi, PhD.
Dr. Drh. I Nyoman Suarta, M.Si
l
Udayana University Press,
Lembaga Penelitian dan Pengabdian
Kepada Masyarakat Universitas Udayana
2015, xli + 2191 hal, 21 x 29,7
iv | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
ANALISIS RISIKO PADA PROYEK RENOVASI DAN PENGEMBANGAN GEDUNG HOTEL
G.A.P Candra Dharmayanti dan Mayun Nadiasa ................................................................................1772
STUDI SIFAT CAMPURAN ASPHALT CONCRETE WEARING COURSE (AC-WC) DENGAN
BAHAN UTAMA BONGKARAN ASPAL BETON LAMA DAN AUTOCLAVED AERATED
CONCRETE (AAC) SEBAGAI FILLER
I Nyoman Arya Thanaya, I Gusti Raka Purbanto, Pande Gde Pradnya P.M .........................................1779
ANALISIS KENDALA DALAM PENERAPAN GREEN CONSTRUCTION
A.A. Diah Parami Dewi ........................................................................................................................1787
TRANSISI ARSITEKTUR UMAH TUA DI DESA JULAH,
KECAMATAN TEJAKULA, KABUPATEN BULELENG, BALI
I Ketut Mudra, I Gusti Bagus Budjana, I Ketut Muliawan Salain ........................................................1796
PENGEMBANGAN MODEL PROFIL TEMPERATUR PERKERASAN ASPAL PADA IKLIM
TROPIS DI WILAYAH BALI SELATAN
IMA. Ariawan, BS. Subagio, BH. Setiadji ............................................................................................1805
PENGEMBANGAN TEKNIK VARIABLE FRAME RATE
UNTUK EFISIENSI TRANSMISI DAN PENYIMPANAN VIDEO DIGITAL
N. Indra Er , I.M. Arsa Suyadnya .........................................................................................................1813
DRIVE TEST MENGGUNAKAN SMARTPHONE DENGAN
SISTEM OPERASI ANDROID DAN SOFTWARE G-NETTRACKPRO
UNTUK MENINGKATKAN PEMAHAMAN SISWA
Pande Ketut Sudiarta, Ngurah Indra ER ...............................................................................................1822
SINTESIS GAMELAN GENDER WAYANG DENGAN
MODIFIED FREQUENCY MODULATION (MODFM)
I Dewa Made Bayu Atmaja Darmawan, Luh Gede Astuti ....................................................................1830
STUDI EKSPRIMEN KOMPOSISI KOMPOSIT MATRIK ALUMINIUM PENGUAT SILICON
CARBON WHISKERS DAN AL2O3 SEBAGAI MATERIAL ALTERNATIF
Ketut Suarsana, Eka Sulistyawati ........................................................................................................1838
TRANSFORMASI NILAI BUDAYA DALAM TATA RUANG PASAR TRADISIONAL DI
DENPASAR, GIANYAR, DAN KLUNGKUNG
Widiastuti, Syamsul Alam Paturusi, Ngakan Acwin dwijendra ...........................................................1847
EFEKTIFITAS PEMBELAJARAN PROBLEM BASED LEARNING
DALAM MENGANALISIS DATA STATISTIKA MELALUI PENGGUNAAN LEMBAR
KERJA MAHASISWA
Made Susilawati, G.K. Gandhiadi, .......................................................................................................1857
RANCANG BANGUN PENGENDALI KETINGGIAN AIR DILENGKAPI
DENGAN PENGIRIMAN SMS BERBASIS MIKROKONTROLER
I G. A. K. Diafari Djuni H., I G. A. P. Raka Agung .............................................................................1861
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | xxxvii
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Studi Eksprimen Komposisi Komposit Matrik Aluminium Penguat Silicon
Carbon Whiskers dan AL2O3 sebagai Material Alternatif
(1)
Ketut Suarsana (1), Eka Sulistyawati (2)
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Bali , Telepon (0361) 813321
ktsuarsana@yahoo.com
Abstrak
Material komposit berbasis logam pada dunia industri cukup potensial untuk memenuhi dikembangkan.
Dengan adanya perkembangan bahan yang sangat pesat, maka tepat untuk membuat bahan dengan sifat ringan
dan murah yang merupakan persyaratan utama dalam dunia industri pembuatan komponen-komponen mesin.
Pengembangan inovasi baru dalam pembuatan Aluminium Matrix Composite Whisker (AMCw) yang berbasis matrik
Alumunium dengan penguat Silicon Carbon whisker dan Al2O3 partikel sangat dibutuhkan. Dala hal ini metode
yang digunakan dalam penelitian adalah dengan proses powder metalurgi dan variasi komposisi penguat komposit.
Awal proses komposit dibuat dengan variasi komposisi matrik Aluminium dengan penguat SiCw+Al2O3p dalam
komposit. Komposisi Aliminium : 90% wt, 80% wt dan 70% wt dengan variasi penguat 10% wt, 20% wt dan 30%
wt. Pembuatan material uji dilakukan dengan proses metalurgi serbuk dengan kontrol gaya tekan 2,5 ton, waktu
penahanan 15 menit. Pengujian karakteristik dilakukan untuk menggetahui sifat sik dan mekanik komposit. Jadi
hasil penelitian adalah penambahan komposisi persen berat SiCw dan Alumina (Al2O3p) memberikan pengaruh pada
sifat sik dan mekanik komposit. Sifat densitas dan kekerasan meningkat terjadi pada setiap penambahan Alumina
(Al2O3p) itu sendiri. Sebaliknya porositas menurun dengan meningkatnya komposisi penguat. Hubungan antara
sifat dari masing-masing komposisi penguat SiCw dan Al2O3 pembentuk komposit yang dibuat dengan menganalisa
struktur mikro yang terbentuk. Jadi dalam penelitian ini dihasilkan densitas, sifat kekerasan berbanding terbalik
dengan sifat porositas komposit.
Kata Kunci: Matrik Aluminium, Silicon Carbon whisker dan Al2O3 partikel.
1.
PENDAHULUAN
Bahan dari Aluminium Matrix Composites (AMC) mempunyai prospek pengembangan yang sangat
pesat karena menjanjikan karakteristik kekuatan dan ketahanan deformasi termal yang baik. Pengembangan
komposit matriks aluminium dalam skala besar sudah banyak dikembangkan dalam penelitian. Dimana
didukung oleh tersedianya bahan matrik dan penguat yang berupa serat karbon, boron dan wisker. Penguat
serat kontinu satu arah menghasilkan perbaikan sifat mekanik yang menonjol dibandingkan dengan
material matrik tanpa penguatan maupun yang diskontinu (Beatty, et al. 1987). Ketersediaan material
konvensional yang kuantitas dan kualitasnya terbatas memunculkan pemikiran untuk pengembangan
bahan melalui pengembangan proses pembuatan material dengan cara perlakuan permukaan, penambahan
penguat material lain maupun rekayasa strukturalnya. Pada proses perekayasaan material Aluminium Matrix
Composites (AMC) dapat menggunakan logam aluminium alloy sebagai matrik dengan keramik SiC dan
alumina sebagai bahan penguat/pengisi. Perbedaan dari material penyusun matrik dan penguat komposit
sifat sangat jauh berbeda, maka agar memberi ikatan dengan kuat, perlu adanya penambahan aditif atau
penguat (Sciti, et al. 2002). Dimana komposit merupakan perpaduan dari beberapa bahan yang dipilih
berdasarkan kombinasi sifat sik masing-masing material penyusunnya untuk menghasilkan material baru
dan unik dengan ikatan antara masing-masing material penyusun sebagai matrik dan penguat. Material
Al alloy digabungkan dengan keramik SiCw tergolong dalam jenis material komposit Aluminium Matrix
Composite (AMC).
1838 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Model penguatan dengan mengunakan jenis penguat merupakan pengembangan dari perlakuan
permukaan pada material dasar, tapi sebelumnya umum dilakukan dengan rekayasa perlakuan panas
(heat treatment) pada permukaan material komposit. Penggabungan aditif atau penguat yang berbeda
karakteristiknya, selama ini dilakukan dengan metode bonding diffusion yaitu penggabungan dilakukan
dengan pemanasan temperatur tinggi dengan tegangan mekanik yang besar. Metode ini juga mempunyai
kelemahan yaitu bentuk produk yang terbatas dan biaya produksi tinggi. Penggabungan aditif pada
temperatur dingin dengan rekayasa permukaan lapisan melalui prosess manufaktur metalurgi serbuk,
merupakan alternatif yang dapat dikembangkan (Widyastuti, et al. 2008). Salah satu metoda pembentukan
logam yang memungkinkan adanya kontrol terhadap setiap variabel prosesnya dapat dilakukan dalam
proses fase padat. Ketelitian dalam kontrol dan rekayasa variabel proses merupakan hal yang menjadi
penentu kualitas hasil produk. Pencampuran serbuk logam dengan partikel keramik untuk membuat Metal
Matrix Composites (MMC) perlu adanya variabel yang jelas. Setelah proses pencampuran ini biasanya
diikuti dengan cold compaction, degassing dan perlakuan panas seperti hot isostatic pressing (HIP) maupun
sintering. Proses penekanan adalah memadatkan serbuk atau konsolidasi dari serbuk kedalam bentuk yang
diinginkan, agar diperoleh dimensi presisi, serta material tidak mudah hancur.
Kajian yang telah dilakukan sebelumnya dalam bidang Metal Matrix Composites (MMC) terutama
aluminium sebagai matrik dan Silikon carbon sebagai penguat, adalah bertujuan untuk meningkatkan
karakteristik sik dan mekaniknya. Pelapisan alumina (Al2O3) pada permukaan SiC partikel cenderung
meningkatkan karakteristik karena lebih merata dan menyebabkan ikatan interfasial antara penguat (SiC)
dengan matrik (Al) menjadi lebih baik (Zainuri, et al. 2008). Dalam penelitian sebelumnya komposit
berbasis matrik Al diperkuat oleh SiCw itu sendiri atau alumina (Al2O3) telah banyak diteliti. Namun
penguat gabungan SiCw bersama alumina partikulat (Al2O3p) pada aluminium matrik disebut komposit
Al/(SiCw+Al2O3p), dan dengan variasi persentase berat belum ada meneliti. Dalam hal ini dipandang
perlu untuk membuat material baru dengan komposisi tertentu untuk mendapatkan sifat material yang
kekuatannya tinggi serta sebagai bahan alternatif untuk aplikasi pengunaannya. Oleh karena itu fokus
penelitian adalah pengaruh komposisi penguat gabungan SiCw ditambah alumina partikulat (Al2O3p)
dengan Aluminium sebagai matrik terhadap karakteristik komposit terutama kekuatan, densitas, porositas
dan kekerasan yang dimiliki komposit baru.
2.
2.1
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian berupa serbuk dan serat untuk bahan dari Aluminium Matrik
Composite (AMCw). Pembuatan dengan teknik metalurgi serbuk menggunakan bahan baku yaitu Al ne
powder (≥90%) p.a Merck dan serat SiC whisker komersial diameter (d ≈ 0.5 µm), panjang (l ≈ 40 µm).
Sebagai bahan tambahan digunakan serbuk Al2O3 partikel dan Etanol 96% (CH3COOH) sebagai media
pencampur. Untuk gra t (C) dari arang dan Vasiline sebagai pelumas pada dinding cetak tekan.
2.2
Alat penelitian
- Timbangan Digital, berfungsi untuk penimbangan massa bahan.
- Alat Uji Microhardness Tester
- Mortar, wadah untuk proses pencampuran
Beker glass dan gelas ukur
- Magnetik Stirrer sebagai alat untuk pencampur serbuk dari bahan.
- Alat kompaksi CARVER dengan kapasitas 10 ton
- Mesin magnetic stirrer, mesin ini berfungsi untuk mencampur dan mengaduk Al dengan SiCw
dan bahan wetting agen.
- Furnace , sebagai alat pemanas
- Cetakan/die, alat yang digunakan untuk mencetak Al dengan SiCw dan bahan wetting agen
- Alat uji Scanning Electron Microscope (SEM)
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1839
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
2.3
Variabel Penelitian
Variabel bebas (variabel yang direncanakan):
- Komposisi matrik Al ne powder : 70% wt, 80% wt dan 90% wt
- Komposisi penguat serat tunggal : SiC wiskers dan serbuk Al2O3 partikel adalah 30% wt, 20%wt
dan 10% wt.
Variabel Terikat (variabel yang dicari) :
- Karakteristik sik dan mekanik : Densitas, porositas, kekerasan dan SEM
2.4
Penentuan Persen berat (%wt) antara Matrik dengan Penguat
Aluminium matrix Composite (AMCw) dibuat dari pencampuran matrik dengan penguat, dimana
matrik adalah Aluminium ne powder dengan penguat SiCw yang diperkuat dengan bahan aditif. Proses
pembuatan komposit ini dilakukan dengan proses metalurgi serbuk. Sampel komposit AMCw yang dibuat
berbentuk silindris dengan diameter 0,8 cm dan tinggi 1 cm. Sehingga, volume total komposit yang
harus dihasilkan ± 0,5 cm3. Bahan yang digunakan adalah Aluminium (ρ m = 2,7 gr/cm3), SiCw (ρ f = 3.2
gr/cm3) dan Al2O3 (ρ f = 3,8 gr/cm3) dengan perbandingan persen berat (% wt) masing-masing matrik dan
penguat.
2.5 Penentuan Karakteristik material komposit
Penentuan Densitas
Densitas merupakan besaran sis yaitu perbandingan massa (m) dengan volume benda (V),
(Birkeland, P.W., 1984)
dengan :
Densitas bulk (gram/cm3)
massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gr)
massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
massa kawat penggantung sampel (gram)
massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
massa jenis air = 1 gram/cm3
ρ
=
ms
=
mg
=
mk
=
mb
=
ρ H2O =
Penentuan Porositas
Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau apparent porosity,
dan dapat dinyatakan dengan persamaan standar ASTM C 373 - 88. (Birkeland,P.W., 1984)
mb - ms
p
=
m b - (m g - m k )
Dengan :
p
ms
mb
mg
mk
= porositas bahan (%)
= massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gram)
= massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
= massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
= massa kawat penggantung sampel (gram)
1840 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kekerasan (Vickers Hardness Test)
Angka kekerasan Vickers dengan persamaan :
dengan :
HV = Kekerasan
P = Beban
d = diagonal.
Tegangan Tarik
σ
= E . ε ..............................................................(2.4)
dengan :
E = modulus elastisitas komposit
σ = tegangan
ε = regangan
merupakan mikroskop elektron yang banyak digunakan
untuk analisa permukaan material.
juga dapat digunakan untuk menganalisa data kristalografi,
sehingga dapat dikembangkan untuk menentukan elemen atau senyawa. Prinsip kerja
di mana
digunakan untuk menguji
dua sinar elektron digunakan secara simultan. Satu
dan
yang lain adalah
memberi tampilan gambar.
menggunakan
prinsip
maksudnya berkas elektron di arahkan dari titik ke titik pada objek. Gerakan berkas
elektron dari satu titik ke titik yang lain pada suatu daerah objek menyerupai gerakan membaca.
Komponen utama
terdiri dari dua unit,
Gerakan membaca ini disebut dengan
dan
.
merupakan model
Sedangkan
merupakan elektron skunder yang di dalamnya terdapat
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengaruh Penguat SiCw+ Al2O3p pada Aluminium terhadap Densitas
Pada komposit Al-(SiCw+Al2O3p) ini, menggunakan Aluminium sebagai matrik dengan SiCw
digabung Al2O3p sebagai penguat, dibuat dengan proses metalurgi serbuk. Serbuk matrik aluminium
dicampur dengan penguat SiCw dan serbuk Al2O3p, kemudian proses kompaksi. Bakalan yang terbentuk
setelah kompaksi disebut green density. Green density ini terbentuk karena adanya ikatan antarmuka
partikel-partikel matrik dan penguat. Green density tidak dapat dikatakan/dipresentasikan sebagai densitas
akhir komposit, karena ikatan antarmuka serbuk yang terjadi masih sangat lemah.
Dari gambar 1 terlihat bahwa peningkatan komposisi matrik Aluminium dan penguat Al2O3p
menyebabkan peningkatan kerapatan/densitas komposit. Peningkatan densitas juga proporsional dengan
penambahan penguat alumina, dimana densitas bakalan (green density) naik seiring bertambahnya
komposisi persen berat (%wt) penguat. Peningkatan densitas terjadi karena adanya gaya adhesi-kohesi
antar partikel. Gaya ini dipengaruhi oleh penguncian antar permukaan partikel, gaya Van Der Waals dan
gaya elektostatik. Gaya tekan yang diberikan pada partikel akan dapat membentuk model ikatan bolabidang. Hal ini dikarenakan pada model ikatan ini porositas yang terbentuk relatif semakin kecil. Semakin
meningkat komposisi berat (%wt) penguat alumina (Al2O3p) yang digunakan, maka semakin besar pula
nilai densitas yang diperoleh.
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1841
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
2.3
Variabel Penelitian
Variabel bebas (variabel yang direncanakan):
- Komposisi matrik Al ne powder : 70% wt, 80% wt dan 90% wt
- Komposisi penguat serat tunggal : SiC wiskers dan serbuk Al2O3 partikel adalah 30% wt, 20%wt
dan 10% wt.
Variabel Terikat (variabel yang dicari) :
- Karakteristik sik dan mekanik : Densitas, porositas, kekerasan dan SEM
2.4
Penentuan Persen berat (%wt) antara Matrik dengan Penguat
Aluminium matrix Composite (AMCw) dibuat dari pencampuran matrik dengan penguat, dimana
matrik adalah Aluminium ne powder dengan penguat SiCw yang diperkuat dengan bahan aditif. Proses
pembuatan komposit ini dilakukan dengan proses metalurgi serbuk. Sampel komposit AMCw yang dibuat
berbentuk silindris dengan diameter 0,8 cm dan tinggi 1 cm. Sehingga, volume total komposit yang
harus dihasilkan ± 0,5 cm3. Bahan yang digunakan adalah Aluminium (ρ m = 2,7 gr/cm3), SiCw (ρ f = 3.2
gr/cm3) dan Al2O3 (ρ f = 3,8 gr/cm3) dengan perbandingan persen berat (% wt) masing-masing matrik dan
penguat.
2.5 Penentuan Karakteristik material komposit
Penentuan Densitas
Densitas merupakan besaran sis yaitu perbandingan massa (m) dengan volume benda (V),
(Birkeland, P.W., 1984)
dengan :
Densitas bulk (gram/cm3)
massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gr)
massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
massa kawat penggantung sampel (gram)
massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
massa jenis air = 1 gram/cm3
ρ
=
ms
=
mg
=
mk
=
mb
=
ρ H2O =
Penentuan Porositas
Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau apparent porosity,
dan dapat dinyatakan dengan persamaan standar ASTM C 373 - 88. (Birkeland,P.W., 1984)
mb - ms
p
=
m b - (m g - m k )
Dengan :
p
ms
mb
mg
mk
= porositas bahan (%)
= massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gram)
= massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
= massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
= massa kawat penggantung sampel (gram)
1842 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Gambar 1 Hubungan densitas dengan komposisi bahan Al2O3p
3.2
Pengaruh Penguat SiCw + Al2O3p pada Aluminium terhadap Porositas
Porositas dapat terjadi akibat terjebaknya lubrikan, gas dan terjadinnya proses perlakuan partikel
yang tidak terjadi secara sempurna. Prediksi secara tepat kekuatan mekanik material porus dapat dilakukan
dengan mempertimbangkan bentuk, orientasi dan volume porositas. Analisa porositas pada umumnya
hanya mempertimbangkan efek fraksi volume porositas dalam kaitannya dengan kekuatan komposit porus
(Gibson, 1994). Persyaratan dasar kekuatan komposit terletak pada kualitas kekuatan antarmuka matrik
dan penguat. Ikatan antarmuka inilah yang menjadi jembatan transmisi tegangan luar yang diberikan dari
matrik menuju partikel penguat. Jika ikatan yang terjadi antara matrik dengan penguat dengan baik maka
transmisi tegangan ini dapat berlangsung dengan baik dan kuat. Keberadaan porus yang terletak pada
daerah antarmuka antar serbuk matrik dan penguat menyebabkan terhalangnya pembentukan ikatan antar
partikel penguat sepanjang proses kompaksi maupun pembentukan sepanjang proses sintering. Porositas
juga merupakan pusat konsentrasi tegangan eksternal yang dapat menurunkan kemampuan material dalam
menahan beban eksternal.
Pada komposit Al-(SiC+Al2O3p) porositas terjadi pada daerah antar muka matrik dan penguat.
Keberadaan porositas menyebabkan penurunan sifat mekanik komposit. Pada umumnya total porositas
banyak dipengaruhi oleh serat SiCw yang orientasinya secara acak atau random pada komposit. Hal
ini berakibat ikatan antarmuka serbuk aluminium dengan serat SiCw menimbulkan pori lebih banyak
dibandingkan dengan serbuk Al dipadukan dengan alumina partikel. Selain itu porositas sangat berhubungan
erat dengan kompaktibilitas, semakin kecil ukuran serbuk maka luas kontak permukaan antar butir semakin
luas. Bila porositas semakin kecil maka sifat kompaktibilitas bahan semakin tinggi. Porositas bahan
dapat ditentukan dengan pengukuran densitas bahan, semakin tinggi densitas sintering maka porositas
menurun.
Gambar 2 Hubungan porositas dengan komposisi bahan Al2O3p
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1843
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
3.3
Pengaruh Penguat SiCw dan Al2O3 terhadap Kekerasan
Gambar 3 menunjukkan hubungan antara komposisi persentase berat dari komposit Al-(SiCw+Al2O3p)
dengan kekerasan. Hal ini dapat dilihat bahwa setiap peningkatan komposisi gabungan penguat SiCw dan
Al2O3p dengan komposisi matriks Aluminium, menyebabkan peningkatan dalam kekerasan. Temuan ini
mirip dengan penelitian sebelumnya (Froyen, 1994 dan Widyastuti, et al. 2008) bahwa semakin besar
jumlah komposisi penguat yang digunakan, semakin tinggi nilai kekerasan yang diperoleh dan terjadi
peningkatan ikatan antar partikel.
Umumnya setiap penambahan penguatan pada aluminium matriks menyebabkan peningkatan
kekerasan komposit. Dalam hal ini, efek penambahan Al2O3p sendiri berdampak pada kekerasan komposit.
Pada tabel 5.6 ditampilkan data pengaruh komposisi persentase berat penguat SiCw dan Al2O3p pada
aluminium matrik terhadap kekerasan komposit. Nilai kekerasan komposit penguat (SiCw+Al2O3p) pada
0% berat Al2O3p sebagai penguat dengan komposisi berturut-turut : 90% berat Al+10% berat SiCw, 80%
berat Al + 20% berat SiCw dan 70% berat Al + 30% berat SiCw masing-masing. Ketika SiCw sendiri
meningkat tanpa Al2O3p dalam matriks aluminium, kekerasan meningkat karena serat SiCw ukuran
diameter yang kecil, lebih kecil dari aluminium matriks bubuk dan serat mempunyai kekerasan yang tinggi.
Hal ini juga terjadi karena penurunan persentase berat komposit matriks aluminium itu sendiri. Salah
satu sifat dari aluminium adalah ulet (ductille) dan kekerasan yang rendah. Disisi lain, nilai kekerasan
komposit meningkat dengan penambahan persentase berat penguatan gabungan SiCw dan Al2O3p. Jadi
nilai kekerasan meningkat dengan penguatan : Al2O3p dari 3%wt, 6%wt dan 9%wt, untuk masing-masing
komposit matriks aluminium.
Gambar 3 Hubungan kekerasan dengan komposisi bahan Al2O3p
3.4
Analisa interface struktur mikro komposit Al-(SiCw+ Al2O3p) terhadap densitas dan porositas
foto Scanning Electron Microscope (SEM
Berdasarkan hasil penelitian nilai porositas dari peningkatan komposisi persentase berat dari penguat
gabungan SiCw+Al2O3p disetiap matrik aluminium bahwa persentase porositas mengalami peningkatan
yang disebabkan oleh pengaruh dominan dari penguat SiCw. Gambar 4 menunjukkan porositas komposit
dengan 70% Aluminium matriks dan 30% penguatan di mana SiCw dan Al2O3p adalah masing-masing
30% berat dan 0% berat. Panah menunjukkan daerah porositas yang terjadi di bawah perbesaran yang lebih
tinggi, jelas terlihat pada gambar dimana menunjukkan bahwa daerah ini kaya SiCw sehingga jelaslah
porositas ini disumbangkan oleh SiCw tersebut. Porositas berkurang ketika penguatan adalah 10%, yang
terdiri dari 9% Al2O3p berat dan 1% berat SiCw, terlihat pada jelas pada gambar 5. Panah menunjukkan
bagian-bagian berpori terjadi dan daerah yang kaya Al2O3p. Pada gambar ini ditunjukkan bagian dengan
perbesaran yang lebih tinggi dan porositas dapat dengan jelas terlihat.
1844 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Gambar 4 Foto SEM mikrostruktur permukaan komposit dengan pembesaran 400x,
paduan 30% dari (30wt% SiCw+0wt% Al2O3p) penguat dalam aluminum matrix 70 wt%.
Gambar 5. Foto SEM mikrostruktur permukaan komposit dengan pembesaran 400x, paduan 10%
dari (9wt% Al2O3p + 1wt% SiCw) penguat dalam aluminum matrix 90wt%.
5 Kesimpulan
1.
Komposisi persentase berat (%wt) penguat pada komposit Al+(SiCw+Al2O3p) memberikan pengaruh
terhadap sifat sik yaitu densitas meningkat disetiap peningkatan persentase berat dari alumina
(3%wt, 6%wt dan 9%wt), dimana densitas tertinggi adalah (ρ = 2,359 gr/cm3) dan densitas terendah
didapat (ρ =2,005 gr/cm3).
2.
Komposisi persentase berat (%wt) penguat pada komposit Al+(SiCw+Al2O3p) memberikan pengaruh
terhadap sifat sik yaitu porositas menurun dengan peningkatan penguat dari alumina, dimana
porositas tertinggi adalah (p = 21,546 %) dan porositas terendah didapat (p = 5,235%). Sedangkan
sifat mekanik dimana nilai densitas berbanding terbalik dengan nilai porositas.
3.
Kekerasan juga meningkat pada Al+(SiCw+Al2O3p) disetiap peningkatan persentase berat dari
alumina (0%, 3%wt, 6%wt dan 9%wt) pada matrik aluminium : 90%, 80% dan 70%. Jadi peningkatan
komposisi penguat dapat meningkatkan sifat kekerasan densitas dan kekerasan, sedangkan yang
terjadi porositas menurun.
Ucapan Terimakasih
Terimaksih yang dalam dan tak ternilai saya berikan kepada Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Udayana, Institut Teknologi Malang (ITN) dan Fakultas Teknik Universitas
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1845
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Brawijaya (UB) sebagai tempat melaksanakan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Beatty, R. L. and Wyman, F. H., 1987, Continous Silicon Carbide Whisker Production, United state Patent,
No. 4,637, 924.
Birkeland, P. W., 1984. Soil
York,halaman 14-15.
Davidson, A., 2000. A comparison of aluminium-based metal-matrix composites reinforced with coated
and uncoated particulate silicon carbide. Composites Science and Technology, 60(6), 865-869. doi :
10.1016/S0266-3538(99) 00151-7.
Garnier, V., Fantozzi, G., Nguyen, D., Dubois, J., & Thollet, G., 2005. In uence of SiC whisker
Morphology and Nature of SiC / Al2O3 Interface on Thermo Mechanical Properties of SiC Reinforced
Al2O3 Composites. Journal of the European Ceramic Society, 25, 3485-3493. doi : 10.1016/ j.
jeurceramsoc.2004.09.026.
Rusianto, T., 2009. Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminium. vol. 2, hal. 89-95.
Sharma, N. K., Williams, W. S., & Zangvil, A., 1984. Formation and Structure of Silicon Carbide Whiskers
from Rice Hulls. Journal of the American Ceramic Society, 67(11), 715-720. doi : 10.1111/j.11512916.1984. tb19507.x.
Sciti, D., and Bellosi, A., 2002. Microstructure and Properties of Alumina-SiC nanocomposites Prepared
from Ultra ne Powders, Journal of Material Science 37, Kluwer Academic Publishers.
Widyastuti, Eddy, S., Siradj, Dedi Priadi, and Anne Zul a., 2008. Compactibility Al/Al 2O3 Composites
with Variable Hold Time Sintering, Makara, Sains, Vol.12, No. 2, November (2008), 113-119.
Zainuri, M., Siradj, E. S., Priadi, D., dan Zul a, A., 2008. Pengaruh Pelapisan Permukaan Partikel SiC
dengan Oksida Metal terhadap Modulus Elastisitas Komposit Al/SiC. Matrix, 12 (2), 126-133.
1846 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL
DAN TEKNOLOGI
Kuta, 29 - 30 Oktober 2015
LEMBAGA PENELITIAN DAN PENGABDIAN
KEPADA MASYARAKAT
UNIVERSITAS UDAYANA
UDAYANA UNIVERSITY PRESS
2015
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | iii
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS
DAN TEKNOLOGI 2015
Kuta, 29 - 30 Oktober 2015
Ni Made Ary Esta Dewi Wirastuti, S.T., MSc. PhD
Prof. Dr. Drs. IB Putra Yadnya, M.A.
Prof. Dr. Ir. I Gede Mahardika, M.S.
Dr. Ni Ketut Supasti Dharmawan, SH., MHum., LLM.
Prof. Dr. drh. I Nyoman Suarsana, M.Si
Prof. Dr. Ir. I Gede Rai Maya Temaja, M.P.
Ir. Ida Ayu Astarini, M.Sc., Ph.D
Prof. Dr. Ir. Nyoman Gde Antara, M.Eng
Dra. Ni Luh Watiniasih, MSc, Ph.D
Prof. Dr. drh. Ni Ketut Suwiti, M.Kes.
Prof. Dr. Ir. I Made Alit Karyawan Salain, DEA.
Ir. I Nengah Sujaya, M.Agr.Sc., Ph.D.
Ir. Ida Bagus Wayan Gunam, MP, Ph.D
dr. Ni Nengah Dwi Fatmawati, SpMK, Ph.D
Dr. Agoes Ganesha Rahyuda, S.E., M.T.
Putu Alit Suthanaya, S.T., M.Eng.Sc, Ph.D.
I Putu Sudiarta, SP., M.Si., Ph.D.
Dr. Ir. Yohanes Setiyo, M.P.
Dr. P. Andreas Noak, SH, M.Si
I Wayan Gede Astawa Karang, SSi, MSi, PhD.
Dr. Drh. I Nyoman Suarta, M.Si
l
Udayana University Press,
Lembaga Penelitian dan Pengabdian
Kepada Masyarakat Universitas Udayana
2015, xli + 2191 hal, 21 x 29,7
iv | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
ANALISIS RISIKO PADA PROYEK RENOVASI DAN PENGEMBANGAN GEDUNG HOTEL
G.A.P Candra Dharmayanti dan Mayun Nadiasa ................................................................................1772
STUDI SIFAT CAMPURAN ASPHALT CONCRETE WEARING COURSE (AC-WC) DENGAN
BAHAN UTAMA BONGKARAN ASPAL BETON LAMA DAN AUTOCLAVED AERATED
CONCRETE (AAC) SEBAGAI FILLER
I Nyoman Arya Thanaya, I Gusti Raka Purbanto, Pande Gde Pradnya P.M .........................................1779
ANALISIS KENDALA DALAM PENERAPAN GREEN CONSTRUCTION
A.A. Diah Parami Dewi ........................................................................................................................1787
TRANSISI ARSITEKTUR UMAH TUA DI DESA JULAH,
KECAMATAN TEJAKULA, KABUPATEN BULELENG, BALI
I Ketut Mudra, I Gusti Bagus Budjana, I Ketut Muliawan Salain ........................................................1796
PENGEMBANGAN MODEL PROFIL TEMPERATUR PERKERASAN ASPAL PADA IKLIM
TROPIS DI WILAYAH BALI SELATAN
IMA. Ariawan, BS. Subagio, BH. Setiadji ............................................................................................1805
PENGEMBANGAN TEKNIK VARIABLE FRAME RATE
UNTUK EFISIENSI TRANSMISI DAN PENYIMPANAN VIDEO DIGITAL
N. Indra Er , I.M. Arsa Suyadnya .........................................................................................................1813
DRIVE TEST MENGGUNAKAN SMARTPHONE DENGAN
SISTEM OPERASI ANDROID DAN SOFTWARE G-NETTRACKPRO
UNTUK MENINGKATKAN PEMAHAMAN SISWA
Pande Ketut Sudiarta, Ngurah Indra ER ...............................................................................................1822
SINTESIS GAMELAN GENDER WAYANG DENGAN
MODIFIED FREQUENCY MODULATION (MODFM)
I Dewa Made Bayu Atmaja Darmawan, Luh Gede Astuti ....................................................................1830
STUDI EKSPRIMEN KOMPOSISI KOMPOSIT MATRIK ALUMINIUM PENGUAT SILICON
CARBON WHISKERS DAN AL2O3 SEBAGAI MATERIAL ALTERNATIF
Ketut Suarsana, Eka Sulistyawati ........................................................................................................1838
TRANSFORMASI NILAI BUDAYA DALAM TATA RUANG PASAR TRADISIONAL DI
DENPASAR, GIANYAR, DAN KLUNGKUNG
Widiastuti, Syamsul Alam Paturusi, Ngakan Acwin dwijendra ...........................................................1847
EFEKTIFITAS PEMBELAJARAN PROBLEM BASED LEARNING
DALAM MENGANALISIS DATA STATISTIKA MELALUI PENGGUNAAN LEMBAR
KERJA MAHASISWA
Made Susilawati, G.K. Gandhiadi, .......................................................................................................1857
RANCANG BANGUN PENGENDALI KETINGGIAN AIR DILENGKAPI
DENGAN PENGIRIMAN SMS BERBASIS MIKROKONTROLER
I G. A. K. Diafari Djuni H., I G. A. P. Raka Agung .............................................................................1861
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | xxxvii
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Studi Eksprimen Komposisi Komposit Matrik Aluminium Penguat Silicon
Carbon Whiskers dan AL2O3 sebagai Material Alternatif
(1)
Ketut Suarsana (1), Eka Sulistyawati (2)
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana
Kampus Bukit Jimbaran Bali , Telepon (0361) 813321
ktsuarsana@yahoo.com
Abstrak
Material komposit berbasis logam pada dunia industri cukup potensial untuk memenuhi dikembangkan.
Dengan adanya perkembangan bahan yang sangat pesat, maka tepat untuk membuat bahan dengan sifat ringan
dan murah yang merupakan persyaratan utama dalam dunia industri pembuatan komponen-komponen mesin.
Pengembangan inovasi baru dalam pembuatan Aluminium Matrix Composite Whisker (AMCw) yang berbasis matrik
Alumunium dengan penguat Silicon Carbon whisker dan Al2O3 partikel sangat dibutuhkan. Dala hal ini metode
yang digunakan dalam penelitian adalah dengan proses powder metalurgi dan variasi komposisi penguat komposit.
Awal proses komposit dibuat dengan variasi komposisi matrik Aluminium dengan penguat SiCw+Al2O3p dalam
komposit. Komposisi Aliminium : 90% wt, 80% wt dan 70% wt dengan variasi penguat 10% wt, 20% wt dan 30%
wt. Pembuatan material uji dilakukan dengan proses metalurgi serbuk dengan kontrol gaya tekan 2,5 ton, waktu
penahanan 15 menit. Pengujian karakteristik dilakukan untuk menggetahui sifat sik dan mekanik komposit. Jadi
hasil penelitian adalah penambahan komposisi persen berat SiCw dan Alumina (Al2O3p) memberikan pengaruh pada
sifat sik dan mekanik komposit. Sifat densitas dan kekerasan meningkat terjadi pada setiap penambahan Alumina
(Al2O3p) itu sendiri. Sebaliknya porositas menurun dengan meningkatnya komposisi penguat. Hubungan antara
sifat dari masing-masing komposisi penguat SiCw dan Al2O3 pembentuk komposit yang dibuat dengan menganalisa
struktur mikro yang terbentuk. Jadi dalam penelitian ini dihasilkan densitas, sifat kekerasan berbanding terbalik
dengan sifat porositas komposit.
Kata Kunci: Matrik Aluminium, Silicon Carbon whisker dan Al2O3 partikel.
1.
PENDAHULUAN
Bahan dari Aluminium Matrix Composites (AMC) mempunyai prospek pengembangan yang sangat
pesat karena menjanjikan karakteristik kekuatan dan ketahanan deformasi termal yang baik. Pengembangan
komposit matriks aluminium dalam skala besar sudah banyak dikembangkan dalam penelitian. Dimana
didukung oleh tersedianya bahan matrik dan penguat yang berupa serat karbon, boron dan wisker. Penguat
serat kontinu satu arah menghasilkan perbaikan sifat mekanik yang menonjol dibandingkan dengan
material matrik tanpa penguatan maupun yang diskontinu (Beatty, et al. 1987). Ketersediaan material
konvensional yang kuantitas dan kualitasnya terbatas memunculkan pemikiran untuk pengembangan
bahan melalui pengembangan proses pembuatan material dengan cara perlakuan permukaan, penambahan
penguat material lain maupun rekayasa strukturalnya. Pada proses perekayasaan material Aluminium Matrix
Composites (AMC) dapat menggunakan logam aluminium alloy sebagai matrik dengan keramik SiC dan
alumina sebagai bahan penguat/pengisi. Perbedaan dari material penyusun matrik dan penguat komposit
sifat sangat jauh berbeda, maka agar memberi ikatan dengan kuat, perlu adanya penambahan aditif atau
penguat (Sciti, et al. 2002). Dimana komposit merupakan perpaduan dari beberapa bahan yang dipilih
berdasarkan kombinasi sifat sik masing-masing material penyusunnya untuk menghasilkan material baru
dan unik dengan ikatan antara masing-masing material penyusun sebagai matrik dan penguat. Material
Al alloy digabungkan dengan keramik SiCw tergolong dalam jenis material komposit Aluminium Matrix
Composite (AMC).
1838 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Model penguatan dengan mengunakan jenis penguat merupakan pengembangan dari perlakuan
permukaan pada material dasar, tapi sebelumnya umum dilakukan dengan rekayasa perlakuan panas
(heat treatment) pada permukaan material komposit. Penggabungan aditif atau penguat yang berbeda
karakteristiknya, selama ini dilakukan dengan metode bonding diffusion yaitu penggabungan dilakukan
dengan pemanasan temperatur tinggi dengan tegangan mekanik yang besar. Metode ini juga mempunyai
kelemahan yaitu bentuk produk yang terbatas dan biaya produksi tinggi. Penggabungan aditif pada
temperatur dingin dengan rekayasa permukaan lapisan melalui prosess manufaktur metalurgi serbuk,
merupakan alternatif yang dapat dikembangkan (Widyastuti, et al. 2008). Salah satu metoda pembentukan
logam yang memungkinkan adanya kontrol terhadap setiap variabel prosesnya dapat dilakukan dalam
proses fase padat. Ketelitian dalam kontrol dan rekayasa variabel proses merupakan hal yang menjadi
penentu kualitas hasil produk. Pencampuran serbuk logam dengan partikel keramik untuk membuat Metal
Matrix Composites (MMC) perlu adanya variabel yang jelas. Setelah proses pencampuran ini biasanya
diikuti dengan cold compaction, degassing dan perlakuan panas seperti hot isostatic pressing (HIP) maupun
sintering. Proses penekanan adalah memadatkan serbuk atau konsolidasi dari serbuk kedalam bentuk yang
diinginkan, agar diperoleh dimensi presisi, serta material tidak mudah hancur.
Kajian yang telah dilakukan sebelumnya dalam bidang Metal Matrix Composites (MMC) terutama
aluminium sebagai matrik dan Silikon carbon sebagai penguat, adalah bertujuan untuk meningkatkan
karakteristik sik dan mekaniknya. Pelapisan alumina (Al2O3) pada permukaan SiC partikel cenderung
meningkatkan karakteristik karena lebih merata dan menyebabkan ikatan interfasial antara penguat (SiC)
dengan matrik (Al) menjadi lebih baik (Zainuri, et al. 2008). Dalam penelitian sebelumnya komposit
berbasis matrik Al diperkuat oleh SiCw itu sendiri atau alumina (Al2O3) telah banyak diteliti. Namun
penguat gabungan SiCw bersama alumina partikulat (Al2O3p) pada aluminium matrik disebut komposit
Al/(SiCw+Al2O3p), dan dengan variasi persentase berat belum ada meneliti. Dalam hal ini dipandang
perlu untuk membuat material baru dengan komposisi tertentu untuk mendapatkan sifat material yang
kekuatannya tinggi serta sebagai bahan alternatif untuk aplikasi pengunaannya. Oleh karena itu fokus
penelitian adalah pengaruh komposisi penguat gabungan SiCw ditambah alumina partikulat (Al2O3p)
dengan Aluminium sebagai matrik terhadap karakteristik komposit terutama kekuatan, densitas, porositas
dan kekerasan yang dimiliki komposit baru.
2.
2.1
BAHAN DAN METODE
Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian berupa serbuk dan serat untuk bahan dari Aluminium Matrik
Composite (AMCw). Pembuatan dengan teknik metalurgi serbuk menggunakan bahan baku yaitu Al ne
powder (≥90%) p.a Merck dan serat SiC whisker komersial diameter (d ≈ 0.5 µm), panjang (l ≈ 40 µm).
Sebagai bahan tambahan digunakan serbuk Al2O3 partikel dan Etanol 96% (CH3COOH) sebagai media
pencampur. Untuk gra t (C) dari arang dan Vasiline sebagai pelumas pada dinding cetak tekan.
2.2
Alat penelitian
- Timbangan Digital, berfungsi untuk penimbangan massa bahan.
- Alat Uji Microhardness Tester
- Mortar, wadah untuk proses pencampuran
Beker glass dan gelas ukur
- Magnetik Stirrer sebagai alat untuk pencampur serbuk dari bahan.
- Alat kompaksi CARVER dengan kapasitas 10 ton
- Mesin magnetic stirrer, mesin ini berfungsi untuk mencampur dan mengaduk Al dengan SiCw
dan bahan wetting agen.
- Furnace , sebagai alat pemanas
- Cetakan/die, alat yang digunakan untuk mencetak Al dengan SiCw dan bahan wetting agen
- Alat uji Scanning Electron Microscope (SEM)
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1839
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
2.3
Variabel Penelitian
Variabel bebas (variabel yang direncanakan):
- Komposisi matrik Al ne powder : 70% wt, 80% wt dan 90% wt
- Komposisi penguat serat tunggal : SiC wiskers dan serbuk Al2O3 partikel adalah 30% wt, 20%wt
dan 10% wt.
Variabel Terikat (variabel yang dicari) :
- Karakteristik sik dan mekanik : Densitas, porositas, kekerasan dan SEM
2.4
Penentuan Persen berat (%wt) antara Matrik dengan Penguat
Aluminium matrix Composite (AMCw) dibuat dari pencampuran matrik dengan penguat, dimana
matrik adalah Aluminium ne powder dengan penguat SiCw yang diperkuat dengan bahan aditif. Proses
pembuatan komposit ini dilakukan dengan proses metalurgi serbuk. Sampel komposit AMCw yang dibuat
berbentuk silindris dengan diameter 0,8 cm dan tinggi 1 cm. Sehingga, volume total komposit yang
harus dihasilkan ± 0,5 cm3. Bahan yang digunakan adalah Aluminium (ρ m = 2,7 gr/cm3), SiCw (ρ f = 3.2
gr/cm3) dan Al2O3 (ρ f = 3,8 gr/cm3) dengan perbandingan persen berat (% wt) masing-masing matrik dan
penguat.
2.5 Penentuan Karakteristik material komposit
Penentuan Densitas
Densitas merupakan besaran sis yaitu perbandingan massa (m) dengan volume benda (V),
(Birkeland, P.W., 1984)
dengan :
Densitas bulk (gram/cm3)
massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gr)
massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
massa kawat penggantung sampel (gram)
massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
massa jenis air = 1 gram/cm3
ρ
=
ms
=
mg
=
mk
=
mb
=
ρ H2O =
Penentuan Porositas
Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau apparent porosity,
dan dapat dinyatakan dengan persamaan standar ASTM C 373 - 88. (Birkeland,P.W., 1984)
mb - ms
p
=
m b - (m g - m k )
Dengan :
p
ms
mb
mg
mk
= porositas bahan (%)
= massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gram)
= massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
= massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
= massa kawat penggantung sampel (gram)
1840 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Kekerasan (Vickers Hardness Test)
Angka kekerasan Vickers dengan persamaan :
dengan :
HV = Kekerasan
P = Beban
d = diagonal.
Tegangan Tarik
σ
= E . ε ..............................................................(2.4)
dengan :
E = modulus elastisitas komposit
σ = tegangan
ε = regangan
merupakan mikroskop elektron yang banyak digunakan
untuk analisa permukaan material.
juga dapat digunakan untuk menganalisa data kristalografi,
sehingga dapat dikembangkan untuk menentukan elemen atau senyawa. Prinsip kerja
di mana
digunakan untuk menguji
dua sinar elektron digunakan secara simultan. Satu
dan
yang lain adalah
memberi tampilan gambar.
menggunakan
prinsip
maksudnya berkas elektron di arahkan dari titik ke titik pada objek. Gerakan berkas
elektron dari satu titik ke titik yang lain pada suatu daerah objek menyerupai gerakan membaca.
Komponen utama
terdiri dari dua unit,
Gerakan membaca ini disebut dengan
dan
.
merupakan model
Sedangkan
merupakan elektron skunder yang di dalamnya terdapat
3 HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1 Pengaruh Penguat SiCw+ Al2O3p pada Aluminium terhadap Densitas
Pada komposit Al-(SiCw+Al2O3p) ini, menggunakan Aluminium sebagai matrik dengan SiCw
digabung Al2O3p sebagai penguat, dibuat dengan proses metalurgi serbuk. Serbuk matrik aluminium
dicampur dengan penguat SiCw dan serbuk Al2O3p, kemudian proses kompaksi. Bakalan yang terbentuk
setelah kompaksi disebut green density. Green density ini terbentuk karena adanya ikatan antarmuka
partikel-partikel matrik dan penguat. Green density tidak dapat dikatakan/dipresentasikan sebagai densitas
akhir komposit, karena ikatan antarmuka serbuk yang terjadi masih sangat lemah.
Dari gambar 1 terlihat bahwa peningkatan komposisi matrik Aluminium dan penguat Al2O3p
menyebabkan peningkatan kerapatan/densitas komposit. Peningkatan densitas juga proporsional dengan
penambahan penguat alumina, dimana densitas bakalan (green density) naik seiring bertambahnya
komposisi persen berat (%wt) penguat. Peningkatan densitas terjadi karena adanya gaya adhesi-kohesi
antar partikel. Gaya ini dipengaruhi oleh penguncian antar permukaan partikel, gaya Van Der Waals dan
gaya elektostatik. Gaya tekan yang diberikan pada partikel akan dapat membentuk model ikatan bolabidang. Hal ini dikarenakan pada model ikatan ini porositas yang terbentuk relatif semakin kecil. Semakin
meningkat komposisi berat (%wt) penguat alumina (Al2O3p) yang digunakan, maka semakin besar pula
nilai densitas yang diperoleh.
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1841
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
2.3
Variabel Penelitian
Variabel bebas (variabel yang direncanakan):
- Komposisi matrik Al ne powder : 70% wt, 80% wt dan 90% wt
- Komposisi penguat serat tunggal : SiC wiskers dan serbuk Al2O3 partikel adalah 30% wt, 20%wt
dan 10% wt.
Variabel Terikat (variabel yang dicari) :
- Karakteristik sik dan mekanik : Densitas, porositas, kekerasan dan SEM
2.4
Penentuan Persen berat (%wt) antara Matrik dengan Penguat
Aluminium matrix Composite (AMCw) dibuat dari pencampuran matrik dengan penguat, dimana
matrik adalah Aluminium ne powder dengan penguat SiCw yang diperkuat dengan bahan aditif. Proses
pembuatan komposit ini dilakukan dengan proses metalurgi serbuk. Sampel komposit AMCw yang dibuat
berbentuk silindris dengan diameter 0,8 cm dan tinggi 1 cm. Sehingga, volume total komposit yang
harus dihasilkan ± 0,5 cm3. Bahan yang digunakan adalah Aluminium (ρ m = 2,7 gr/cm3), SiCw (ρ f = 3.2
gr/cm3) dan Al2O3 (ρ f = 3,8 gr/cm3) dengan perbandingan persen berat (% wt) masing-masing matrik dan
penguat.
2.5 Penentuan Karakteristik material komposit
Penentuan Densitas
Densitas merupakan besaran sis yaitu perbandingan massa (m) dengan volume benda (V),
(Birkeland, P.W., 1984)
dengan :
Densitas bulk (gram/cm3)
massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gr)
massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
massa kawat penggantung sampel (gram)
massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
massa jenis air = 1 gram/cm3
ρ
=
ms
=
mg
=
mk
=
mb
=
ρ H2O =
Penentuan Porositas
Porositas suatu bahan pada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atau apparent porosity,
dan dapat dinyatakan dengan persamaan standar ASTM C 373 - 88. (Birkeland,P.W., 1984)
mb - ms
p
=
m b - (m g - m k )
Dengan :
p
ms
mb
mg
mk
= porositas bahan (%)
= massa sampel setelah dikeringkan di dalam oven (gram)
= massa sampel setelah direndam didalam air / jenuh (gr)
= massa sampel yang digantung di dalam air (gram)
= massa kawat penggantung sampel (gram)
1842 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Gambar 1 Hubungan densitas dengan komposisi bahan Al2O3p
3.2
Pengaruh Penguat SiCw + Al2O3p pada Aluminium terhadap Porositas
Porositas dapat terjadi akibat terjebaknya lubrikan, gas dan terjadinnya proses perlakuan partikel
yang tidak terjadi secara sempurna. Prediksi secara tepat kekuatan mekanik material porus dapat dilakukan
dengan mempertimbangkan bentuk, orientasi dan volume porositas. Analisa porositas pada umumnya
hanya mempertimbangkan efek fraksi volume porositas dalam kaitannya dengan kekuatan komposit porus
(Gibson, 1994). Persyaratan dasar kekuatan komposit terletak pada kualitas kekuatan antarmuka matrik
dan penguat. Ikatan antarmuka inilah yang menjadi jembatan transmisi tegangan luar yang diberikan dari
matrik menuju partikel penguat. Jika ikatan yang terjadi antara matrik dengan penguat dengan baik maka
transmisi tegangan ini dapat berlangsung dengan baik dan kuat. Keberadaan porus yang terletak pada
daerah antarmuka antar serbuk matrik dan penguat menyebabkan terhalangnya pembentukan ikatan antar
partikel penguat sepanjang proses kompaksi maupun pembentukan sepanjang proses sintering. Porositas
juga merupakan pusat konsentrasi tegangan eksternal yang dapat menurunkan kemampuan material dalam
menahan beban eksternal.
Pada komposit Al-(SiC+Al2O3p) porositas terjadi pada daerah antar muka matrik dan penguat.
Keberadaan porositas menyebabkan penurunan sifat mekanik komposit. Pada umumnya total porositas
banyak dipengaruhi oleh serat SiCw yang orientasinya secara acak atau random pada komposit. Hal
ini berakibat ikatan antarmuka serbuk aluminium dengan serat SiCw menimbulkan pori lebih banyak
dibandingkan dengan serbuk Al dipadukan dengan alumina partikel. Selain itu porositas sangat berhubungan
erat dengan kompaktibilitas, semakin kecil ukuran serbuk maka luas kontak permukaan antar butir semakin
luas. Bila porositas semakin kecil maka sifat kompaktibilitas bahan semakin tinggi. Porositas bahan
dapat ditentukan dengan pengukuran densitas bahan, semakin tinggi densitas sintering maka porositas
menurun.
Gambar 2 Hubungan porositas dengan komposisi bahan Al2O3p
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1843
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
3.3
Pengaruh Penguat SiCw dan Al2O3 terhadap Kekerasan
Gambar 3 menunjukkan hubungan antara komposisi persentase berat dari komposit Al-(SiCw+Al2O3p)
dengan kekerasan. Hal ini dapat dilihat bahwa setiap peningkatan komposisi gabungan penguat SiCw dan
Al2O3p dengan komposisi matriks Aluminium, menyebabkan peningkatan dalam kekerasan. Temuan ini
mirip dengan penelitian sebelumnya (Froyen, 1994 dan Widyastuti, et al. 2008) bahwa semakin besar
jumlah komposisi penguat yang digunakan, semakin tinggi nilai kekerasan yang diperoleh dan terjadi
peningkatan ikatan antar partikel.
Umumnya setiap penambahan penguatan pada aluminium matriks menyebabkan peningkatan
kekerasan komposit. Dalam hal ini, efek penambahan Al2O3p sendiri berdampak pada kekerasan komposit.
Pada tabel 5.6 ditampilkan data pengaruh komposisi persentase berat penguat SiCw dan Al2O3p pada
aluminium matrik terhadap kekerasan komposit. Nilai kekerasan komposit penguat (SiCw+Al2O3p) pada
0% berat Al2O3p sebagai penguat dengan komposisi berturut-turut : 90% berat Al+10% berat SiCw, 80%
berat Al + 20% berat SiCw dan 70% berat Al + 30% berat SiCw masing-masing. Ketika SiCw sendiri
meningkat tanpa Al2O3p dalam matriks aluminium, kekerasan meningkat karena serat SiCw ukuran
diameter yang kecil, lebih kecil dari aluminium matriks bubuk dan serat mempunyai kekerasan yang tinggi.
Hal ini juga terjadi karena penurunan persentase berat komposit matriks aluminium itu sendiri. Salah
satu sifat dari aluminium adalah ulet (ductille) dan kekerasan yang rendah. Disisi lain, nilai kekerasan
komposit meningkat dengan penambahan persentase berat penguatan gabungan SiCw dan Al2O3p. Jadi
nilai kekerasan meningkat dengan penguatan : Al2O3p dari 3%wt, 6%wt dan 9%wt, untuk masing-masing
komposit matriks aluminium.
Gambar 3 Hubungan kekerasan dengan komposisi bahan Al2O3p
3.4
Analisa interface struktur mikro komposit Al-(SiCw+ Al2O3p) terhadap densitas dan porositas
foto Scanning Electron Microscope (SEM
Berdasarkan hasil penelitian nilai porositas dari peningkatan komposisi persentase berat dari penguat
gabungan SiCw+Al2O3p disetiap matrik aluminium bahwa persentase porositas mengalami peningkatan
yang disebabkan oleh pengaruh dominan dari penguat SiCw. Gambar 4 menunjukkan porositas komposit
dengan 70% Aluminium matriks dan 30% penguatan di mana SiCw dan Al2O3p adalah masing-masing
30% berat dan 0% berat. Panah menunjukkan daerah porositas yang terjadi di bawah perbesaran yang lebih
tinggi, jelas terlihat pada gambar dimana menunjukkan bahwa daerah ini kaya SiCw sehingga jelaslah
porositas ini disumbangkan oleh SiCw tersebut. Porositas berkurang ketika penguatan adalah 10%, yang
terdiri dari 9% Al2O3p berat dan 1% berat SiCw, terlihat pada jelas pada gambar 5. Panah menunjukkan
bagian-bagian berpori terjadi dan daerah yang kaya Al2O3p. Pada gambar ini ditunjukkan bagian dengan
perbesaran yang lebih tinggi dan porositas dapat dengan jelas terlihat.
1844 | Kuta, 29-30 Oktober 2015
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Gambar 4 Foto SEM mikrostruktur permukaan komposit dengan pembesaran 400x,
paduan 30% dari (30wt% SiCw+0wt% Al2O3p) penguat dalam aluminum matrix 70 wt%.
Gambar 5. Foto SEM mikrostruktur permukaan komposit dengan pembesaran 400x, paduan 10%
dari (9wt% Al2O3p + 1wt% SiCw) penguat dalam aluminum matrix 90wt%.
5 Kesimpulan
1.
Komposisi persentase berat (%wt) penguat pada komposit Al+(SiCw+Al2O3p) memberikan pengaruh
terhadap sifat sik yaitu densitas meningkat disetiap peningkatan persentase berat dari alumina
(3%wt, 6%wt dan 9%wt), dimana densitas tertinggi adalah (ρ = 2,359 gr/cm3) dan densitas terendah
didapat (ρ =2,005 gr/cm3).
2.
Komposisi persentase berat (%wt) penguat pada komposit Al+(SiCw+Al2O3p) memberikan pengaruh
terhadap sifat sik yaitu porositas menurun dengan peningkatan penguat dari alumina, dimana
porositas tertinggi adalah (p = 21,546 %) dan porositas terendah didapat (p = 5,235%). Sedangkan
sifat mekanik dimana nilai densitas berbanding terbalik dengan nilai porositas.
3.
Kekerasan juga meningkat pada Al+(SiCw+Al2O3p) disetiap peningkatan persentase berat dari
alumina (0%, 3%wt, 6%wt dan 9%wt) pada matrik aluminium : 90%, 80% dan 70%. Jadi peningkatan
komposisi penguat dapat meningkatkan sifat kekerasan densitas dan kekerasan, sedangkan yang
terjadi porositas menurun.
Ucapan Terimakasih
Terimaksih yang dalam dan tak ternilai saya berikan kepada Laboratorium Metalurgi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Udayana, Institut Teknologi Malang (ITN) dan Fakultas Teknik Universitas
Kuta, 29-30 Oktober 2015 | 1845
SEMINAR NASIONAL SAINS DAN TEKNOLOGI 2015
Brawijaya (UB) sebagai tempat melaksanakan penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Beatty, R. L. and Wyman, F. H., 1987, Continous Silicon Carbide Whisker Production, United state Patent,
No. 4,637, 924.
Birkeland, P. W., 1984. Soil
York,halaman 14-15.
Davidson, A., 2000. A comparison of aluminium-based metal-matrix composites reinforced with coated
and uncoated particulate silicon carbide. Composites Science and Technology, 60(6), 865-869. doi :
10.1016/S0266-3538(99) 00151-7.
Garnier, V., Fantozzi, G., Nguyen, D., Dubois, J., & Thollet, G., 2005. In uence of SiC whisker
Morphology and Nature of SiC / Al2O3 Interface on Thermo Mechanical Properties of SiC Reinforced
Al2O3 Composites. Journal of the European Ceramic Society, 25, 3485-3493. doi : 10.1016/ j.
jeurceramsoc.2004.09.026.
Rusianto, T., 2009. Hot Pressing Metalurgi Serbuk Aluminium. vol. 2, hal. 89-95.
Sharma, N. K., Williams, W. S., & Zangvil, A., 1984. Formation and Structure of Silicon Carbide Whiskers
from Rice Hulls. Journal of the American Ceramic Society, 67(11), 715-720. doi : 10.1111/j.11512916.1984. tb19507.x.
Sciti, D., and Bellosi, A., 2002. Microstructure and Properties of Alumina-SiC nanocomposites Prepared
from Ultra ne Powders, Journal of Material Science 37, Kluwer Academic Publishers.
Widyastuti, Eddy, S., Siradj, Dedi Priadi, and Anne Zul a., 2008. Compactibility Al/Al 2O3 Composites
with Variable Hold Time Sintering, Makara, Sains, Vol.12, No. 2, November (2008), 113-119.
Zainuri, M., Siradj, E. S., Priadi, D., dan Zul a, A., 2008. Pengaruh Pelapisan Permukaan Partikel SiC
dengan Oksida Metal terhadap Modulus Elastisitas Komposit Al/SiC. Matrix, 12 (2), 126-133.
1846 | Kuta, 29-30 Oktober 2015