Aluminium Dan Paduannya Produksi Aluminium

Aluminium  diproduksi  dari  bauksit  yang  merupakan  campuran  mineral  gibbsite  [Al(OH)3],  diaspore  [AlO(OH)]  dan  mineral  lempung  seperti  kaulinit  [Al2Si2O5(OH)4].  Proses  produksi  aluminium  dari  bauksit  meliputi  dua  tahap,  yaitu : proses pengolahan alumina (Al2O3) dan proses elektrolisa alumina menjadi  aluminium.  Kedua  proses  tersebut  merupakan  proses  awal  terbentuknya  aluminium. Proses pengolahan bauksit menjadi alumina melalui suatu rangkaian

proses yang disebut proses Bayer. Bauksit dimasukan ke dalam larutan NaOH dan  alumina didalamnya membentuk sodium alumina. 

Al2O3 + 2NaOH  →    2NaAlO2 + H2O (160˚ ­ 170˚ C)  Setelah  pemisahan  sodium  aluminat  dari  zat  cair  lainnya,  lalu  didinginkan secara perlahan sampai temperature 25˚­ 35˚ C untuk mengendapkan  aluminium hidroksida [Al(OH)3] menurut reaksi. 

NaAlO2 + 2H2O  →  Al(OH)3 + NaOH 

Kemudian  Al(OH)3  dicuci  dan  selanjutnya  dipanaskan  sampai  temperatur  1100˚  ­  1200˚C  untuk  menghasilkan  aluminium  oksida  (Al2O3)  menurut  reaksi  berikut.      2Al(OH)3  →    Al2O3 + 3H2O 

Alumina  yang diperoleh melalui proses pengolahan bauksit, diproses lagi secara  elektrolisa  pada  temperatur  tinggi  dengan  proses  Hall­Herlout  karena  alumina  mempunyai titik leleh yang tinggi (2000˚C), maka alumina tersebut dilarutkan ke  dalam cairan cryolite (Na3AlF6)  yang bertindak  sebagai elektrolit  sehingga titik  leleh menjadi lebih rendah (1000˚C). 

Aluminium merupakan  logam  non­ferro  yang banyak digunakan karena  memiliki sifat­sifat yang baik, yaitu : 

1.  Kerapatan(density). 

2.  Berat jenis dari suatu Aluminium adalah 2,7 g/m ³ .  3.  Tahan terhadap korosi (corrosion resistance). 

4.  Salah satu ciri dari logam non ferro adalah jika suatu logam non  ferro  mempunyai  kerapatan  yang  tinggi  maka  daya  tahan  terhadap korosi yang dimiliki logam tersebut juga semakin baik.

Hal  tersebut  tidak  berlaku  untuk  aluminium,  walaupun  aluminium  merupakan  alah  satu  jenis  logam  non  ferro.  Karena  aluminium memiliki lapisan  atau selaput tipis oksida transparan  dan  jenuh  terhadap  oksigen  di  seluruh  permukaan.  Lapisan  tersebut  dapat  mengendalikan  laju  korosi  serta  sekaligus  melindungi lapisan di bawahnya. 

5.  Sifat mekanis (mechanical properties). 

6.  Aluminium  mempunyai  sifat  mekanis  yang  sebanding  dengan  paduan bukan besi (non ferrous alloy) juga beberapa jenis baja.  Adapun  sifat  mekanis  tersebut  adalah  kekuatan  tarik,  dan  kekerasan. 

7.  Penghantar  panas  dan  listrik  yang  baik  (heat  and  electrical  conductivity). 

8.  Aluminium  mempunyai  daya  hantar  listrik  yang  tinggi.  Daya  hantar  listrik  yang  dimiliki  aluminium  adalah  sekitar  65%  dari  daya  hantar  tembaga.  Dalam  hal  ini  digunakan  Al  dengan  kemurnian  99,0%.  Selain  sifat­sifat  di  atas,  aluminium  juga  mempunyai sifat anti magnet. 

9.  Tidak beracun(nontoxicity). 

10. Aluminium merupakan bahan yang tidak beracun. Maka dari itu  aluminium  sering  digunakan  sebagai  bahan  pembungkus  atau  kaleng  makan  dan  minuman.  Hal  ini  disebabkan  reaksi  kimia

antara  makanan    dan  minuman  dengan  aluminium  tidak  menghasilkan zat beracun yang dapat membahayakan manusia.  11. Sifat mampu bentuk(formability). 

12. Sifat  mampu  bentuk  aluminium  yang  baik  memungkinkan  aluminium  dapat  dibuat  menjadi  lembaran  tipis  atau  plat.  Sifat  mampu bentuk ini disebut juga mampu tempa (malleability).  13. Titik lebur rendah. 

14. Titik  lebur  aluminium  adalah  ±  660  ºC  sehingga  aluminium  sangat  baik  untuk  proses  penuangan  dengan  waktu  peleburan  relatif singkat dan dengan biaya operasi relatif murah. 

Aluminium Murni 

Alumnium  didapat  dalam  keadaan  cair  dengan  elektrolisa,  pada  umumnya mencapai  kemurnian 99,85 % berat. Dengan mengelektrolisa  kembali  dapat  dicapai  kemurnian  99,99  yakni  dicapai  bahan  dengan  angka  sembilan  berjumlah empat.  Tabel 2.1  Sifat­sifat fisik aluminium  Kemurnian Al (%)  Sifat­sifat  99,996  >99,0  Massa jenis (20ºC)  2,6989  2,71  Titik cair  660,2  653­657

Panas jenis (cal/gr ºC) (100ºC)  0,2226  0,2297  Hantaran listrik (%)  64,94  59 (dianil)  Tahanan listrik koefisien temperatur (/ºC)  0,00429  0,0115  Koefisien pemuaian (20­100ºC)  23, 86 ´ 10 - 6  23, 5 ´ 10 - 6  Jenis kristal, konstanta kisi  Fcc, α=4,013  kX  Fcc, α=4,04  kX 

Catatan : fcc : face centered cubic = kubik berpusat muka 

Tabel 2.2  Sifat­sifat mekanik aluminium 

Kemurnian Al (%) 

99,996  >99,0 

Sifat­sifat 

Dianil  75% dirol dingin  Dianil  H18 

Kekuatan tarik (kg/mm²)  4,9  11,6  9,3  16,9  Kekuatan  mulur  (0,2%)  (kg/mm²)  1,3  11,0  3,5  14,8  Perpanjangan (%)  48,8  5,5  35  5  Kekerasan Brinell  17  27  23  44 

Catatan : fcc : face centered cubic = kubik berpusat muka 

Paduan Aluminium 

Penggunaan  aluminium  murni  terbatas  pada  aplikasi  yang  tidak  terlalu  mengutamakan  faktor  kekuatan,  seperti  :  penghantar  panas  dan  listrik,  perlengkapan  bidang  kimia,  lembaran  (plat)  dan  sebagainya.  Salah  satu  usaha  yang  dapat  dilakukan  untuk  meningkatkan  kekuatan  aluminium  adalah  dengan  proses  pengerasan  regangan,  tetapi  cara  ini  tidak  senantiasa  memuaskan  bila  tujuan  utamanya  adalah  untuk  menaikan  kekuatan  bahan.  Pada  perkembangan  selanjutnya  peningkatan  kekuatan  aluminium  dapat  dicapai dengan  penambahan  unsur­unsur paduan ke dalam aluminium. Unsur­unsur yang biasa dipakai dalam  paduan aluminium adalah : tembaga (Cu), mangan (Mn), silikon (Si), magnesium  (Mg), seng (Zn), dan lain  sebagainya, serta sifat  lainnya  seperti mampu cor dan  mampu  mesin  juga  bertambah  baik.  Dengan  demikian  penggunaan  aluminium  paduan  lebih  luas  dibandingkan  dengan  aluminium  murni.  Paduan  aluminium  diklasifikasikan  dalam  berbagai  standar  oleh  berbagai  negara  di  dunia.  Saat  ini  klasifikasi  yang sangat terkenal dan sangat  sempurna adalah  standar Aluminium  Association di Amerika (AA)  yang didasarkan atas standar terdahulu dari Alcoa  (Aluminium Company of America). Paduan aluminium diklasifikasikan menjadi  dua kelompok umum, yaitu : paduan aluminium tuang/cor (cast aluminium alloys)  dan  paduan  aluminium  tempa  (wrought  aluminium  alloys).  Setiap  kelompok  tersebut  dibagi  lagi  menjadi  dua  kategori,  yaitu    dengan  perlakuan  panas  (heat  treatable alloys)dan paduan tanpa perlakuan panas (non heat treatable alloys). 

Struktur  mikro  paduan  aluminium  (berhubungan  erat  dengan  sifat­sifat  mekanisnya)  terutama  tergantung  pada  laju  pendinginan  saat  pengecoran

dilakukan.  Laju  pendinginan  ini  tergantung  pada  jenis  cetakan  yang  digunakan.  Dengan  cetakan  logam,  laju  pendinginan  akan  berlangsung  lebih  cepat  dibandingkan dengan  cetakan pasir sehingga struktur logam cor  yang dihasilkan  akan  lebih  halus  dan  menyebabkan  peningkatan  sifat  mekanisnya.  Berikut  ini  adalah beberapa contoh aluminium paduan: 

1.  Paduan Al­Cu. 

Paduan  Al­Cu  sangat  jarang  digunakan  karena  tingkat  kecairannya  jelek.  Sebagai  coran  dipergunakan  paduan  yang  mengandung  4  –  5  %Cu,  ternyata  dari  fasanya  paduan  ini  mempunyai  daerah  luas  dari  pembekuannya,  penyusutan  yang  besar,  resiko  besar  pada  kegetasan  panas  dan  mudah  terjadi  retakan pada coran. Paduan ini juga memiliki sifat­sifat mekanis  dan  mampu  mesin  yang  baik  sedangkan  mampu  cor  bahan  ini  agak  jelek.  Adanya  Si  sangat  berguna  untuk  mengurangi  keadaan  itu  dan  penambahan  Ti  sangat  efektif  untuk  memperhalus butir, dan juga dapat memperbaiki mempu cornya.  Dengan  perlakuan  panas  pada  coran  dapat  dibuat  bahan  yang  mempunyai kekuatan tarik yang sangat tinggi. 

2.  Paduan Al­Si, Al­Si­Mg, dan Al­Si­Cu. 

Paduan Al­Si merupakan paduan aluminium yang paling banyak  digunakan  dengan  kadar  Si  bervariasi  dari  5  –  20  %.  Kebanyakan  paduan  ini  memiliki  struktur  mikro  eutektik  atau  hypoeutektik  (komposisi  eutektik  12,7  %  Si).  Paduan  ini

mempunyai  visikositas  yang  baik  dan  tahan  terhadap  korosi  serta  memiliki  mampu  cor  yang  baik,  sehingga  dipakai  untuk  elemen­elemen utama mesin. Paduan ini relatif ringan, koefisien  pemuaian  rendah,  penghantar  panas  dan  listrik  yang  baik. Bila  Paduan  ini  dicor,  akan  mempunyai  sifat  mekanis  yang  rendah  karena  butiran­butiran  Si  cukup  besar,  sehingga  pada  saat  pengecoran  perlu  ditambahkan  natrium  untuk  membuat  kristal  halus  dan  memperbaiki  sifat­sifat  mekanisnya,  tetapi  cara  ini  tidak efektif untuk coran tebal. Sifat­sifat mekanik paduan Al­Si  dapat  diperbaiki  dengan  menambahkan  Mg,  Cu,  atau  Mn,  dan  selanjutnya  diperbaiki  dengan  perlakuan  panas.  Penambahan  unsur Mg ( 0,3 ­  1 % ) pada paduan Al­Si akan menghasilkan  peningkatan cukup besar terhadap sifat­sifat mekanisnya. Dalam  hal ini unsur Mg meningkatkan respon terhadap perlakuan panas  bahan.  Peningkatan  tersebut  karena  adanya  presipitasi  Mg2Si.  Penambahan unsur Cu ( 3 – 5 %) pada paduan AL­Si dapat juga  meningkatkan  sifat­sifat  mekanis  paduan.  Paduan  AL­Si­Cu,  dengan  komposisi  Si  mendekati  komposisi  eutektik,  dapat  digunakan  pada  suhu  tinggi  dengan  koefisien  muai  panjang  relatif  kecil.  Paduan  ini  banyak  digunakan  untuk  bahan  piston  mesin  motor  bakar  (internal  combustion  engine).  Duralumin  merupakan salah satu paduan popular dari Al dengan komposisi  standar Al – 4 % Cu – 0,5 % Mg – 0,5 % Mn. Bila kandungan

unsur Mg ditingkatkan sehingga  komposisi standarnya berubah  menjadi  Al  –  4,5  %  Cu  –  1,5  %  Mg –  o,5  %  Mn  dinamakan  paduan duralumin super. 

3.  Paduan Al­Mg. 

Paduan  aluminium  dengan  kadar  Mg  sekitar  4  –  10  %  mempunyai ketahanan korosi dan sifat­sifat mekanis yang baik.  Paduan  ini  mempunyai  kekuatan  tarik  di  atas  300  Mpa  dan  perpanjangan di atas 12 % setelah perlakuan panas. Paduan Al­  Mg (disebut juga hidronalium) dipakai untuk bagian­bagian dari  alat­alat  industri  kimia,  kapal  laut,  kapal  terbang  yang  membutuhkan daya tahan yang baik terhadap korosi. Paduan ini  mempunyai daya tahan  yang sangat baik terhadap korosi dalam  air laut dan udara dengan kadar garam relatif tinggi. Paduan Al  dengan  2  –  3  %  Mg  dapat  dengan  mudah  ditempa,  dirol  dan  diekstrusi.  Paduan  Al  dengan  4,5  %  Mg  setelah  dianil  merupakan  paduan  cukup  kuat  dan  mudah  dilas.  Paduan  ini  banyak dipakai sebagai bahan tangki LNG. 

4.  Paduan Al­Mn. 

Mangan  (Mn)  merupakan  unsur  yang  memperkuat  aluminium  tanpa mengurangi ketahanan terhadap korosi, dan dipakai untuk  membuat paduan tahan korosi.

5.  Paduan Al­Mg­Zn. 

Aluminium  menyebabkan  keseimbangan  biner  semu  dengan  senyawa antar logam Mg­Zn dan kelarutannya menurun apabila  temperaturnya turun. Telah diketahui sejak lama bahwa paduan  sistem  ini  dapat  dibuat  keras  sekali  dengan  penuaan  setelah  perlakuan pelarutan. Paduan bersifat keras dan getas oleh korosi  tegangan.  Paduan  tersebut  dinamakan  ESD  (duralumin  super  ekstra). 

6.  Paduan Aluminium Tahan Panas. 

Paduan  Al­Cu­Ni­Mg  mempunyai  kekuatan  konstan  sampai  suhu  300˚C  sehimgga  paduan  ini  banyak  dipakai  untuk  piston  atau  tutup  silinder.  Paduan  Al­Si­Cu­Ni­Mg  mempunyai  koefisien muai rendah dan tahan terhadap suhu tinggi sehingga  paduan ini banyak dipakai untuk piston. 

Pengaruh Unsur Paduan Terhadap Aluminium 

Dalam coran aluminium unsur­unsur paduan sangat mempengaruhi hasil  dari  coran  aluminium  tersebut,  ada  yang  memberi  pengaruh  baik  dan  ada  juga  yang memberikan pengaruh kurang baik. Berikut ini adalah pengaruh unsur­unsur  pada paduan aluminium. 

1  Unsur silikon (Si)

·  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur silikon (Si), yaitu : -  Mempermudah proses pengecoran.

-  Meningkatkan daya tahan terhadap korosi. -  Memperbaiki sifat­sifat atau karakteritik coran. ·  Pengaruh negatif  yang ditimbulkan unsur silikon (Si), yaitu : -  Penurunan keuletan bahan terhadap beban kejut. -  Hasil cor akan rapuh jika kandungan Si terlalu tinggi.  2.  Unsur tembaga (Cu) ·  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur tembaga (Cu), yaitu -  Meningkatkan kekerasan bahan -  Memperbaiki kekuatan tarik. -  Mempermudah proses pengerjaan mesin.

·  Pengaruh  negatif    yang  ditimbulkan  unsur  tembaga  (Cu),  yaitu :

-  Menurunkan daya tahan terhadap korosi. -  Mengurangi keuletan bahan.

-  Mengurangi mampu bentuk dan mampu rol.  3.  Unsur mangan (Mn)

·  Pengaruh  positif    yang  ditimbulkan  unsur  mangan  (Mn),  yaitu :

-  Meningkatkan  kekuatan  dan  daya  tahan  pada  temperatur tinggi.

-  Meningkatkan daya tahan terhadap korosi. -  Mengurangi pengaruh buruk unsur besi.

·  Pengaruh  negatif  yang  ditimbulkan  unsur  mangan  (Mn),  yaitu : -  Menurunkan kemampuan penuangan. -  Meningkatkan kekasaran butiran partikel.  4.  Unsur magnesium (Mg) ·  Pengaruh positif  yang ditimbulkan unsur magnesium (Mg),  yaitu : -  Mempermudah proses penuangan. -  Meningkatkan kemampuan pengerjaan mesin. -  Meningkatkan daya tahan terhadap korosi. -  Meningkatkan kekuatan mekanis. -  Menghaluskan butiran kristal secara efektif. -  Meningkatkan ketahanan terhadap beban kejut/impak. ·  Pengaruh negatif  yang ditimbulkan unsur magnesium (Mg),  yaitu :

-  Meningkatkan  kemungkinan  timbulnya  cacat  pada  hasil coran. 

5.  Unsur nikel (Ni)

·  Pengaruh yang ditimbulkan unsur nikel (Ni), yaitu :

-  Meningkatkan  kekuatan  dan  ketahanan  bahan  pada  temperatur tinggi.

6.  Unsur besi (Fe)

·  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur besi (Fe), yaitu : -  Mencegah  terjadinya  penempelan  logam  cair  pada 

cetakan selama proses penuangan. ·  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur besi (Fe), yaitu : -  Penurunan sifat mekenis. -  Penurunan kekuatan tarik. -  Timbulnya bintik keras pada hasil cor. -  Peningkatan cacat porositas.  7  Unsur seng (Zn) ·  Pengaruh positif yang ditimbulkan unsur seng (Zn), yaitu : -  Meningkatkan sifat mampu cor.. -  Mempermudah dalam pembentukan. -  Meningkatkan keuletan bahan. -  Meningkatkan kekuatan terhadap beban kejut. ·  Pengaruh negatif yang ditimbulkan unsur seng (Zn), yaitu : -  Menurunkan ketahanan korosi. -  Menurunkan pengaruh baik dari unsur besi (Fe). -  Menimbulkan cacat rongga udara.  8  Unsur titanium (Ti) ·  Pengaruh positif yang ditimbulkan titanium (Ti), yaitu : -  Meningkatkan  kekuatan  hasil  cor  pada  temperatur 

-  Memperhalus butiran kristal dan permukaan. -  Mempermudah proses penuangan. ·  Pengaruh negatif yang ditimbulkan titanium (Ti), yaitu : -  Menaikan viskositan logan cair -  Mengurangi fluiditas logam cair.