pelapis dipanaskan dengan cepat dalam panas medium gas, dan secara bersamaan diproyeksikan pada kecepatan tinggi ke permukaan media yang disiapkan, untuk menghasilkan ketebalan lapisan yang diinginkan [4]. Prinsip dasar dari proses Thermal spray adalah pembentukan lapisan secara permanen dengan meleburkan material yang akan dijadikan sebagai bahan pelapis dalam suatu ruang pembakaran, kemudian material yang telah dileburkan di proyeksikan pada permukaan substrat yang akan menempel dan membentuk lapisan. Thermal spray mulai digunakan pada sekitar tahun 1900-an. Pada tahun 1984, Conoco Hutton TLP menggunakan 200 mikron Thermal Arc Spray aluminium pada anak tangga anjungan lepas di Laut Utara dan setelah delapan tahun, lapisan pada anak tangga masih dalam keadaan baik. Itu adalah pertama kali Thermal spray digunakan pada daerah pantai [32].
2.10.Klasifikasi Thermal spray
Thermal spray dikelompokan menjadi tiga kelompok berdasarkan sumber panas atau bahan bakar yang digunakan[33], yaitu:
2.10.1.Chemical Heat Source
Thermal spray yang mengunakan chemical heat source (sumber panas dari bahan kimia) dibagi menjadi beberapa jenis, yaitu; Detonation Spray, Flame Spray, dan HVOF Spray.
a) Detonation Gun Spray
Detonation Gun Spray sering disebut juga D-Gun Spray. D-Gun spray adalah proses thermal spray yang memiliki kekuatan adhesi yang sangat baik. Dalam proses ini, serbuk pelapis akan bercampur dengan oksigen dan bahan bakar (fuel) berupa asetilena dan dimasukan kedalam tabung gas/barel dan dinyalakan oleh busi (spark plung). Untuk mencegah tembakan balik, gas nitrogen (N2) digunakan untuk menutup lubang masuk gas. Pembakaran campuran gas ini menciptakan gelombang kejut tekanan tinggi (gelombang detonasi), yang merambat melalui aliran gas. Gas panas mempercepat partikel hingga kecepatan
25
supersonik. Partikel-partikel ini kemudian keluar dari laras dan menuju substrat. Sistematik dari D-Gun Spray ditunjukan oleh gambar.
Gambar 2. 10 Prinsip Kerja D-Gun Spray [33]
Proses D-Gun spray ini menghasilkan kerapatan yang lebih tinggi, ketahanan terhadap korosi yang lebih baik, kekerasan yang lebih tinggi, ketahanan aus yang lebih baik, daya rekat yang lebih tinggi dan kekuatan kohesif, hampir tidak ada oksidasi, lapisan yang lebih tebal, dan permukaan yang disemprotkan dengan lebih halus. Metode thermal spray jenis ini banyak digunakan dalam industri baja (roller squeeze, tension rolls), industri tekstil (pemandu benang yang dilapisi dengan lapisan titanium alumina), industri aeronautika (pelapisan muka pada baling-baling dan poros penggerak helikopter) dan di industri mobil [33]
.
b) Flame Spray
Flame Spray merupakan jenis Thermal spray yang paling tua. Flame Spray pertama kali dikembangkan pada tahun 1910 [33,34].Flame spray menggunakan gas yang mudah terbakar sebagai sumber panas untuk melelehkan material pelapis. Proses ini menggunakan bahan bakar oxyacetylene flame dengan sushu sekitar 2.760˚C untuk meleburkan material pelapis. Material pelapis dapat berupa serbuk, kawat atau batang. Material pelapis yang berupa kawat, serbuk, atau batang didorong maju menuju nyala api (flame) dengan tekanan oksigen yang tinggi dan dileburkan. Material pelapis yang telah dileburkan menjadi partikel-partikel kecil disemprotkan secara manual menuju substrat.
26
Sistematika proses Flame Spray ditunjukan pada gambar. Metode Flame spray memiliki beberapa keunggulan yaitu mudah untuk dioperasikan, biaya yang murah, desain yang sederhana, dan debu serta asap yang dihasilkan selama proses berlangsung juga sedikit.
Gambar 2. 11prinsip kerja Flame Spray [33]
c) High Velocity Oxyfuel Spray (HVOF)
Metode ini ditemukan pada tahun 1958 oleh Union Carbide (sekarang disebut Praxair Surface Technologies) [34]. Namun, metode ini baru dipergunakan untuk keperluan komersil pada sekitar tahun 1980-an oleh James Browling dan Witfield [33,34]. Proses ini menggunakan kombinasi antara oksigen dan bahan bakar gas yang dapat berupa hidrogen, propana, propilena, dan bahkan minyak tanah. Saat roses berlangsung, oksigen dan bahan bakar berada pada ruang pembakaran bersamaan dengan serbuk. Temperatur dan tekanan dalam keadaan tinggi selama proses pembakaran. Hal ini menyebabkan kecepatan aliran gas pada nozzle sangat tinggi. Serbuk pelapis kemudian akan meleleh, kecepatan serbuk meleleh dipengaruhi oleh temperatur, titik lebur material, dan konduktivitas termal dari material.
27
Gambar 2. 12 Mekanisme kerja HVOF [33]
2.10.2.Elektrik
Jenis Thermal spray yang memanfaatkan sumber elektrik adalah Plasma Spray dan Wire Arc Spray.
a) Plasma Spray
Plasma spray memanfaatkan aliran listrik DC untuk menghasilkan gas plasma yang terionisasi suhu tinggi. Plasma Spray dapat menghasilkan suhu mencapai 16.6650˚C. Energi panas dari busur listrik bersamaan dengan suhu gas nitrogen atau argon membentuk gas plasma. Gas plasma ini adalah sumber panas penyemprotan yang akan mencairkan dan menembakkan partikel pelapis dengan kecepatan tinggi menuju substrat. Plasma Spray banyak digunakan untuk mengaplikasikan hidrosiapatit pada implan gigi dan protesis ortopedi. Plasma Spray memiliki keunggulan yaitu lapisn yang dibuat lebih padat, porositas rendah dan adhesinya lebih kuat jika dibandingkan dengan flame spray. Skema plasma spray dapat dilihat pada gambar 2.13.
28 b) Wire Arc Spray
Wire Arc Spray adalah proses pelapisan di mana dua kabel logam yang dimasukkan secara ke dalam pistol semprot. Kabel-kabel ini kemudian diisi dan sebuah busur dihasilkan di antara mereka. Panas dari busur ini melelehkan kawat yang masuk, yang kemudian diterbangkan dalam jet udara dari pistol. Bahan baku lelehan yang dititrasi ini kemudian diendapkan ke substrat dengan bantuan udara terkompresi [33]. Wire Arc Spray terdiri dari empat bagian utama, yaitu; 1) Spray gun digunakan untuk menembakan material yang telah melebur kepada substrat 2) Air compressor berfungsi sebagai pemercepat material 3) Blasting pot digunakan sebagai ruang garnet saat persiapan blasting berlangsung 4) Thermal Arc Spray Machine untuk mengalirkan arus listrik kepada kawat sehingga busur (Arc) dapat terbentuk [32]. Diagram sistematik Wire Arc Spray ditunjukkan pada gambar 2.14.
Gambar 2. 14 Prinsip kerja wire arc spray [33]
29 2.10.3.Kinetik
Jenis Thermal spray yang menggunakan sumber kinetik adalah Cold Spray. Cold Spray adalah metode semprot yang relatif baru di mana partikel serbuk padat biasanya logam, keramik, komposit, dan polimer dipercepat dalam nozzle de Laval yang menyatu menuju substrat. Partikel-partikel serbuk padat diendapkan pada substrat dengan kecepatan supersonik pada suhu kurang dari titik leleh bahan serbuk. Jika kecepatan tumbukan melampaui batas kritis, partikel serbuk mengalami deformasi permanen dan menempel pada permukaan material. Manfaat utama cold spray dibandingkan dengan metode Thermal spray lain adalah prosesnya menggunakan suhu rendah. Keuntungan lain adalah tidak ada pembentukan oksida, porositas rendah (di bawah 1%), konduktivitas termal dan listrik yang tinggi, kepadatan tinggi, lebih banyak kekerasan lapisan, meningkatkan ketahanan aus, abrasi panas, kekuatan dampak tinggi, oksidasi dan ketahanan korosi tinggi [33]. Aplikasi cold spray mencakup pembuatan dan pemulihan di bidang aerospace, medis, kelautan, elektronik, perbaikan mesin, otomotif, dan pabrik senyawa organik. Sistematika proses Cold Spray ditunjukkan pada gambar 2.16.
Gambar 2. 16 Prinsip cerja cold spray a) high preassure gas suplly b) low preassure
30