BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

StartKompaksiA8 Jam6 Jam10 JamMechanical Alloying dengan Planetary Ball MillPersiapan BahanSerbuk Alumina (Al2O3) (reinforce) 34% wtUkuran 100 MeshSerbuk logam Alumunium Seri 6061 (matriks) 54% wtUkuran 30 meshSerbuk Magnesium (wetting agent) 12% wtUkuran 100 meshPada penelitian ini akan dibuat komposit Al/Al2O3 dengan menggunakan menggunakan metode metalurgi serbuk, dimana dalam proses mixing/blending menggunakan proses difusi, yaitu dengan proses milling menggunakan planetary ball mill. Variabel proses yang digunakan adalah waktu penggilingan (milling) logam selama 6, 8, dan 10 jam. Secara umum, diagram alir dari penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3.1.

Sintering Pada Temperatur 600oC Selama 2 JamAMaterial KMLUji Kekerasan (Brinell)Uji Porositas/DensitasUji Metalografi(Mikroskop Optik)FinishLiteraturAnalisa Data & PembahasanKesimpulan\

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian3.2 Persiapan Alat & Bahan Eksperimen3.2.1 Alat yang DigunakanPeralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :1. Planetary ball mill dengan kapasitas per chamber 1100 gr. Alat ini digunakan dalam proses mechanical alloying dimana waktu milling yang digunakan adalah 6, 8, dan 10 jam. Proses pembuatan dilakukan di LIPI, Serpong-Tangerang;1. Muffel furnace dengan skala 600 oC digunakan untuk pembuatan produk komposit logam dengan matrik aluminium dan penguat alumina. Funarce yang digunakan berada di Laboratorium Metalurgi, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa;1. Mesin press kapasitas 500 kg/cm2;1. Timbangan Digital dengan kapasitas 500 gr;1. Dies dan punch;1. Mikroskop optik, digunakan untuk pengujian metalografi pada spesimen. Pengujian dilakukan di Laboratorium Metalurgi, Fakultas Teknik, Universitas Sultan Ageng Tirtayasa;1. Kawat dan gelas;1. Mesin uji kekerasan brinell, untuk proses pengujian dilakukan di Laboratorium Metalurgi-CRM PT Krakatau Steel Cilegon.

3.2.2 Bahan yang Digunakan1. Alumunium seri 6061 (Matriks),Dibawah ini terdapat komposisi unsur kimia yang terdapat pada sampel limbah logam yang berasal dari Laboratorium Manufaktur Teknik Mesin FT. Untirta. Pengujian unsur kimia logam dilakukan di PT. KPDS, Cilegon.

Gambar 3.2 Alumunium

Tabel 3.1 Komposisi kimia hasil spectrometerBentuk Powder

Ukuran 30 Mesh

Komposisi unsur kimia(Si = 0.6634%), (Cu = 0.2194%), (Zn = 0.000%), (Pb = 0.0000%), (Fe = 0.2101%), (Mn = 0.0607%), (Ni = 0.0022%), (Sn = 0.0000%), (Ti = 0.0098%), (V = 0.0098%), (Mg = 0.9034%), (Cr = 0.0843%), (Al = 97.84%)

1. Alumina (Al2O3)Bahan penguat (reinforce) yang di gunakan serbuk alumina (Al2O3), ukuran partikel sebesar 100 mesh. yang diperoleh dari laboratorium teknik metalurgi UNTIRTA.

Gambar 3.3 Alumina (Al2O3)1. Magnesium (Mg) Wetting agent yang di gunakan magnesium dengan ukuran serbuk 100 mesh, dan fraksi volume 10% dari berat alumunium dan alumina. Magnesium diperoleh dari PT. KPDS.

Gambar 3.4 Magnesium3.3 Proses Pembuatan Material Komposit3.3.1 Preparasi Matriks & ReinforceDalam penelitian ini digunakan limbah logam hasil proses machining (geram) yang berasal dari Laboratorium Manufaktur, Teknik Mesin, UNTIRTA. Dimana sebelumnya dilakukan pengujian unsur logam untuk mengetahui komposisi unsur kimia yang terdapat pada alumunium. Selain itu juga dilakukan proses penyerbukan alumina (Al2O3) dan magnesium hingga mencapai ukuran 100 mesh.3.3.2 Proses Penimbangan SampelSelanjutnya dilakukan proses penimbangan matriks dan reinforce sesuai dengan fraksi volume berdasarkan ukuran dies yang digunakan. Penimbangan serbuk disesuaikan dengan ukuran dari masing-masing fraksi volume alumunium yang ditentukan serta berat alumina (Al2O3) yang ditambahkan dengan menggunakan timbangan analitik, adapun fraksi volume alumunium dan alumina (Al2O3) yang digunakan adalah sebagai berikut : 60% : 40% (aluminium seri AA. 6061 : alumina (Al2O3))12% kadar magnesium yang diambil dari fraksi volume matriks dan reinforced.

Gambar 3.5 Timbangan digital3.3.3 Proses Mechanical AlloyingSetelah preparasi sampel selesai dilakukan maka kemudian dilakukan proses penggilingan / pemaduan / mixing dengan menggunakan planetary ball mill. Dalam proses ini bertujuan untuk menghancurkan serbuk alumunium yang masih berbentuk kasar serta memadukan antara alumunium dengan alumina (Al2O3), dengan wetting agent adalah magnesium. Hal ini akan menghasilkan serbuk yang homogen & akan lebih halus karena terjadi penghancuran & pemaduan secara berulang-ulang pada masing-masing unsur. Berikut ini adalah skema dari proses pemaduan mekanik yang terjadi :

Gambar 3.6 Skema proses pemaduan mekanik (mechanical alloying) menggunakan planetay ball mill.3.3.4 Proses KompaksiProses kompaksi adalah memampatkan serbuk sehingga serbuk akan saling melekat dan rongga udara antar partikel akan terdorong keluar. Semakin besar tekanan kompaksi jumlah udara (porositas) di antara partikel akan semakin sedikit, namun porositas tak mungkin mencapai nilai nol. Kompaksi dapat dilakukan dengan satu arah sumbu atau dua arah sumbu. Kompaksi dua arah ini bisa jadi dengan arah berlawanan. Kebanyakan proses kompaksi menggunakan penekan (punch) atas dan bawah. Pada gambar 3.7. terlihat jenis kompaksi yaitu single punches. Penekan bawah sekaligus berfungsi sebagai injektor untuk mengeluarkan benda yang telah dicetak. Permukaan dalam cetakan (die) harus halus untuk mengurangi gesekan.

Gambar 3.7 Mesin KompaksiAdapun langkah-langkah proses untuk kompaksi untuk pembuatan sampel adalah sebagai berikut :1. Mempersiapkan dan membersihkan cetakan kompaksi.2. Memasukkan serbuk hasil pemaduan mekanik (mechanical alloying) alumunium dan alumina (Al2O3) kedalam cetakan.3. Meletakkan cetakan pada mesin kompaksi.4. Memberikan pembebanan kompaksi sebesar 150 kg/cm2 selama 15 menit.5. Melepaskan cetakan dari mesin kompaksi.6. Mengeluarkan bakalan komposit (green compact) dari dalam cetakan.

3.3.5 Proses SinteringProses sintering merupakan tahap lanjutan setelah pembuatan green body dari proses kompaksi. Pemilihan temperatur sinter untuk terjadinya ikatan antar partikel akan sangat tergantung dari jenis material itu sendiri. Tidak ada kondisi temperatur yang tepat untuk proses sinter pada suatu bahan tertentu, akan tetapi ada ketentuan umum mengenai sinter padat yang dilakukan di bawah temperatur lebur dari bahan tersebut. Sintering sendiri terjadi pada temperatur berkisar antara 70% sampai 90% dari temperatur leleh (Kalpakjian, 2003). Proses sinter dilakukan dengan menggunakan muffel furnace, proses sinter dilakukan dengan menggunakan waktu tahan sinter, yaitu 2 jam dan temperatur 600oC. Tahapan dari proses sinter yang dilakukan adalah sebagai berikut:1. Menyiapkan sampel pada tray (wadah yang terbuat dari keramik).2. Beri penanda pada sampel/tray yang akan dimasukkan ke dalam muffel furnace agar sampel tidak tertukar.3. Meletakkan sampel pada muffel furnace dan pastikan penutup muffel furnace sampai benar-benar rapat.4. Menyalakan muffel furnace hingga temperatur 600 oC dan dilakukan waktu tahan selama 2 jam.5. Mengeluarkan sampel yang telah di sinter (burn compact) dari dalam muffel furnace setelah temperatur mencapai temperatur kamar.

Gambar 3.8 Muffel furnace3.4 Proses Pengujian Komposit Matrik Logam3.4.1 Pengukuran Densitas dan Porositas Densitas merupakan pengukuran massa suatu benda per unit volume dan satuan yang biasa digunakan adalah gram/cm3. Pengukuran densitas ini menggunakan rumus : Densitas (g/cm3) = Sedangkan pengujian Porositas dilakukan untuk mengetahui seberapa banyak jumlah udara (porositas) yang terdapat dalam komposit logam aluminium/Al2O3 dalam sampel uji, pada pengujian ini dilakukan melalui rumus archimedes dengan media air:

Dimana:ms = adalah massa sampel kering (g)mb = adalah massa sampel basah (g)mg = adalah massa gantung sampel (g)mk = adalah massa kawat (g)air = adalah massa jenis air (g/cm3)

3.4.2 Pengamatan Struktur Mikro/Metalografi

Sampel hasil komposit matriks logam alumunium dengan metode metalurgi serbuk hasil kompaksi kemudian diilakukan pengamatan struktur mikro pada permukaan masing-masing sampel dimana hal ini bertujuan untuk memperoleh informasi berupa:

a. penyebaran serbuk, b. porositas sampel yang telah dilakukan sintering, dan c. struktur mikro permukaan sampel hasil sinter.

Gambar 3.9 Mikroskop OptikAdapun tahapan untuk melakukan pengamatan struktur mikro adalah sebagai berikut :1. Mempersiapkan sampel yang akan diamati: a. Membuat mounting pada sampel untuk memudahkan memegang sampel pada saat pengerjaan berikutnya. Mounting dibuat dengan menggunakan campuran resin dan juga katalis.b. Mengamplas permukaan sampel menggunakan kertas amplas dengan grid 800, 1000, 1200, dan 1500. c. Memoles permukaan sampel yang telah rata dan halus dengan menggunakan zat poles alumina yang dituangkan di atas kain beludru hingga permukaan sampel mengkilat dan bebas dari goresan. d. Membilas permukaan sampel dengan air dan alkohol kemudian mengeringkannya dengan alat pengering . 2. Mengamati permukaan sampel dan memfoto daerah struktur mikro dengan menggunakan mikroskop optik perbesaran 50x, 100x, dan 200x.

3.4.3 Pengujian Kekerasan Brinell (BHN)Uji kekerasan dapat didefinisikan sebagai ketahanan bahan terhadap penetrasi atau terhadap deformasi dari permukaan bahan. Pada penelitian ini hasil proses metalurgi serbuk komposit matriks logam aluminium dilakukan proses pengujian kekerasan brinell yakni indentor yang digunakan adalah bola baja keras, ini dimaksudkan untuk mendapatkan nilai kekerasan material komposit. Pengujian dilakukan di Laboratorium Metalurgi CRM, PT Krakatau Steel, dimana mesin uji yang digunakan yaitu wolpert testor Dia 2-RC dengan diameter indentor 2,5 mm dan beban 62,5 kg.

Gambar 3.9 Skema pengujian brinell hardnessSetelah gaya tekan ditiadakan dan bola baja dikeluarkan dari bekas lekukan, maka diameter paling atas dari lekukan tadi diukur secara teliti untuk kemudian dipakai untuk penentuan kekerasan logam yang diuji dengan menggunakan rumus:

Dimana : P = Beban yang diberikan (Kg). D = Diameter indentor yang digunakan. d = Diameter bekas lekukan. 37