BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Logam busa ( Metal Foam )
Solid foam didefenisikan sebagai material koloid dengan adanya fasa gas
yang terdispersi kedalam fasa padat. Jenis-jenis koloid yang dapat tebentuk dari dua fasa seperti terlihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 : Diagram klasifikasi koloid berdasarkan fasa-fasa
Solid foam sering kali juga disebut dengan celullar foam karena fasa gas
yang terdispersi dalam solid membentuk konstruksi sel seperti pada gambar 2.3. jika solid foam berasal dari materi logam (metal) maka dinamakan dengan metalic
foam.metal foam dibedakan dari logam berpori (posors metal) melalui nilai
densitasnya yang lebih kecil dan jumlah % fasa gas sebesar 30-98 % vol.
Gambar 2.3 : Struktur dalam Metal Foam (AlporasTM)
Untuk menghasilkan aluminium busa (Aluminium foam), serbuk aluminium perlu dicampur dengan gas pada temperatur tinggi sehingga aluminium bisa mengembang dan mengandung pori-pori udara. Sesudah itu campuran aluminium dan gas dikeluarkan dari dapur dan didinginkan, sehingga aluminium
foam akan membeku sesuai dengan bentuk cetakannya. Hasil dari metode ini
adalah sel tertutup aluminium busa yang menunjukkan kulit seperti pengecoran yang tipis pada bagian permukaannya. Gas yang biasa digunakan untuk membuat pori-pori pada logam bisa berasal dari tiga hal, yaitu gas dari luar yang disuntikkan ke dalam logam cair, blowing agent atau pun gas-gas yang terlarut. Pada gambar 2.4 menunjukkan metode-metode yang biasa digunakan untuk membuat metal foam. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa secara umum
metal foam dapat dibuat dari logam yang berbentuk lelehan (melt) dan serbuk
Gambar 2.4 : Skema beberapa metode pembuatan metal foam (John
Banhart, Advance Material; 1999)
Pada umumnya gelembung gas yang terbentuk di dalam lelehan logam akan cenderung naik ke atas permukaan lelehan logam karena adanya gaya tekan ke atas oleh zat cair. Namun gaya tekan terhadap gelembung udara ini dapat dikurangi dengan cara meningkatkan kekentalan lelehan logam, penambahan serbuk keramik atau penambahan unsur pemadu yang akan menjadi partikel-partikel penstabil. Adapun metode-metode yang umum digunakan untuk membuat metal foam adalah :
1. Penambahan gas secara langsung (Hydro/Alcan)
2. Metode pemanfaatan Blowing Agent (Alporas)
3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar)
4. Metode kompaksi antara serbuk Aluminium dengan blowing Agent
(Foaminal/Alulight)
5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip/Foamcast)
2.4.1 Penambahan Gas Secara Langsung
Pertama kali metode ini digunakan untuk membuat aluminium foam oleh perusahaan Hydro Aluminium di Norwegia dan Cymat Aluminium Corporation di Kanada. Skema yang dilakukan pada metode ini seperti ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 : Skema proses penambahan gas secara langsung
Untuk mempertinggi kekentalan lelehan aluminium biasanya digunakan partikel penguat seperti silicon-carbide, aluminium-oxide atau magnesium-oxide sehingga kecenderungan naiknya gelembung gas ke permukaan lelehan logam dapat dihambat. Pada metode ini, pertama kali disiapkan lelehan logam aluminium yang mengandung salah satu partikel penguat tersebut di atas sehingga campuran ini juga bisa disebut sebagai metal matrix composite. Namun dengan cara ini, untuk memperoleh distribusi partikel yang merata di dalam lelehan aluminium sangat sulit sehingga biasanya digunakan aluminium yang sudah dipadukan. Fraksi volum dari partikel penguat adalah 10-20% dengan ukuran partikel rata-rata 5µm – 20µm. Apabila ukuran partikel terlalu kecil atau terlalu besar maka akan muncul masalah pada kemampuan pencampuran (difficult to
mix), kekentalan lelehan logam dan kestabilan metal foam yang terbentuk. Oleh
karena itu ukuran dan fraksi volum partikel penguat harus berada pada rentang yang diperbolehkan sebagaimana pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 : Rentang ukuran dan fraksi foam yang diperbolehkan untuk
metal foam
Langkah kedua yaitu penyuntikan gas (udara, nitrogen atau argon) dengan menggunakan rotating impeller atau vibrating nozzle yang akan membantu pemerataan gelembung gas di dalam lelehan aluminium. Campuran lelehan aluminum dan gelembung gas akan mengapung di bagian atas aluminium cair kemudian akan mengalami pembekuan.
Densitas aluminium foam yang dihasilkan 0.069 gr/cm3 – 0,54 gr/cm3, ukuran pori-pori yang dihasilkan antara 3mm sampai 25mm dan ketebalan
aluminium foam yang bisa dihasilkan mulai dari 50µm (L.D. Kenny, Mater. Sci. Forum, 1996). Parameter yang mempengaruhi proses ini adalah kecepatan aliran
gas, kecepatan impeller dan frekuensi getaran nozzle. Adanya gaya gravitasi berpengaruh selama proses pengeringan sehingga akan mempengaruhi produk akhir metal foam. Produk ini cenderung memiliki gardien pada densitas, ukuran pori-pori dan pemanjangan pori-pori (pores elongation).
2.4.2. Metode pemanfaatan Blowing Agent (AlporasTM)
Di pasaran, metode ini disebut Alporas. Pada metode ini digunakan
blowing agent sebagai pengganti dari udara yang disuntikkan pada metode
pertama. Blowing agent akan terurai dan menghasilkan gas akibat proses pemanasan. Skema metode pembuatan metal foam dengan metode ini ditunjukkan pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 : Skema Proses foaming secara langsung dengan penambahan
gas-releasing powders.
Pada metode ini, langkah pertama yang dilakukan yaitu penambahan 15% wt kalsium (Ca) ke dalam lelehan aluminium 680oC kemudian diaduk selama beberapa menit. Selama proses pengadukan, kekentalan lelehan aluminium akan meningkat sampai 5 kali karena pembentukan oxide (CaO),
calcium-aluminium-oxide (CaAl2O4) atau pun Al4Ca intermetalic.
Pada proses ini sangat penting untuk menjaga lelehan logam yang sedang mengembang agar tidak runtuh, oleh karena itu sebelumnya aluminium ditambahkan Ca dan pada saat proses disuntikkan udara agar terbentuk CaO dan CaAlO4 untuk meningkatkan viskositas dari lelehan. Dengan metode ini dapat dihasilkan produk sekitar 0.05-0.3 dengan ukuran rongga 2-10 mm. metode ini memiliki keterbatasan terhadap bentuk. Karena memerlukan pengadukan pada saat penambahan senyawa penghasil gas maka metode ini tidak dapat membentuk benda yang kompleks.
2.4.3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar)
Metode ini dikembangkan sejak beberapa dekade lalu dengan berdasar pada teori bahwa beberapa jenis logam cair memiliki sistem eutectic bersama dengan gas hidrogen. Apabila salah satu logam ini dilelehkan pada lingkungan mengandung hidrogen dan tekanan tinggi (sampai 50 atm) akan diperoleh lelehan logam dan hidrogen yang homogen. Apabila temperatur diturunkan, lelehan logam akan mengalam transisi eutectic menjadi lelehan yang memiliki fasa
dari lelehan namun terperangkap di dalam lelehan sehingga diperoleh logam padat yang mengandung pori-pori berisi gas hidrogen. Metode ini menghasilkan produk dengan pori-pori antara 10µm sampai 10mm dengan panjang pori-pori antara 100µm sampai 300µm dan derajat porositas 5% sampai 75%. Pada umumnya, bentuk pori yang akan didapat berupa pori besar yang memanjang sesuai arah pembekuan. Kata “Gasar” sendiri tercipta dari akronim rusia yang berarti gas -reinforced”. Saat ini metode ini telah diadaptasi oleh Jepang dengan penamaan “lotus-structure” karena menyerupai akar lotus (teratai). Gambar 2.8 menunjukkan rute proses gasar dan hasil proses.
Gambar 2.8 : Rute proses aluminium foam dengan pembekuan eutectic dari Solid-Gas; dan hasil proses
2.4.4. Metode kompaksi antara serbuk Aluminium dengan blowing Agent
Aluminium foam juga bisa diperoleh dari serbuk aluminium yang dicampur
dengan blowing agent kemudian dikompaksi menjadi semi-finish product (precursor) sebagaimana ditunjukkan pada gambar 2.9. Metode kompaksi yang bisa dilakukan dengan pembebanan uni-axial atau isostatic compression, misalnya rod extruder atau powder rolling. Metode ini diawali dengan pencampuran serbuk aluminium (aluminium murni, aluminium paduan atau serbuk campuran aluminium dengan logam lain) dengan Langkah selanjutnya adalah pemanasan precursor pada temperatur lebur aluminium sehingga blowing agent akan terurai dan menghasilkan gas hidrogen. Lelehan precursor akan mengembang dan menghasilkan struktur yang memiliki banyak pori. Waktu yang diperlukan untuk mencapai ekspansi maksimum dari lelehan logam tergantung
digunakan adalah dengan uniaxial atau isostatic compression, rod extrusion atau powder rolling.
Gambar 2.9 : Prinsip Metode kompaksi antara serbuk Aluminium dengan
blowing Agent
2.4.5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip)
Metode ini dikembangkan dengan menggunakan bahan dasar ingot aluminium agar tidak perlu menggunakan serbuk logam dalam pembuatan
aluminium foam. Material precursor juga dapat dibuat dengan mencampurkan
partikel titanium hydride (TiH2) kedalam logam cair, sesaat setelah cairan logam akan membeku. Hasil precursor yang didapatkan, selanjutnya dapat diproses dengan metode yang sama dengan yang sebelumnya. Untuk menghindari pembentukan dini gas hidrogen saat pencampuran, maka pembekuan harus dilakukan dengan cepat atau menggunakan blowing agent yang “dipasifkan” sehingga mencegah pelepasan gas yang berlebihan. Salah satu metodenya adalah dengan menggunakan mesin die-casting. Serbuk hidrida diinjeksikan kedalam cetakan (die) bersamaan dengan logam cair.
Gambar 2.10 : Rute Proses Formgrip dan penampang melintang dari produknya