Bab II Tinjauan Pustaka
2.3 Metalurgi Serbuk
Callister (1994) (dalam Daniel (2011)) mengatakan, metalurgi serbuk adalah proses pembentukan produk dari serbuk dengan atau tanpa penekanan, yang diikuti dengan proses perlakuan panas untuk memperoleh kepadatan yang diinginkan. Dalam metalurgi serbuk, serbuk dapat berfungsi sebagai bahan utama produk atau bahan pengikat sehingga dalam prosesnya, serbuk dapat dicampur dari dua jenis bahan serbuk atau lebih.36 Suryana (1986) (dalam Haries (2009)) mengatakan, metalurgi serbuk adalah pengetahuan dan seni tentang pembuatan dan pemakaian serbuk logam atau paduannya. Teknik metalurgi serbuk meliputi pembuatan benda yang tidak dapat atau tidak mudah dihasilkan dengan peleburan, contohnya pembuatan logam-logam refraktori dan benda berpori. Benda jenis tersebut lebih ekonomis daripada metode casting. Barang-barang hasil metalurgi serbuk memiliki beberapa sifat yang lebih unggul daripada yang dibuat dengan proses peleburan.37
Proses metalurgi serbuk melibatkan tiga langkah dasar yaitu pembentukan serbuk, pencetakan serbuk, dan pen-sinter-an serbuk. Sementara Haries (2009) menyatakan, metode pembuatan keramik secara garis besar meliputi tahapan-tahapan berikut ini:
35
Ibid, h. 209-210
36
Daniel Subekti, Analisa Sifat Fisik, Sifat Mekanik, Struktur produk Proses indirect Pressureless Sintering Berbahan Serbuk Ni dan Sifat Termal Berbahan Serbuk Cu Dengan Supporting Powder Besi Cor, (Semarang : Fakultas Teknik Universitas Diponegoro, 2011), diakses melalui http://eprints.undip.ac.id/41328/2/halaman_isi.pdf, pada 13 Agustus 2014, pukul 14.43
37
Haries Handoyo, Op.Cit., h.10
15
1. Pemilihan Bahan dasar (raw material selection)
Pada tahap ini, bahan dipilih berdasarkan kebutuhan. Beberapa hal yang dipertimbangkan adalah karakteristik material yang dihasilkan, biaya dan kemudahan dalam memperoleh bahan tersebut. Bahan dasar kemudian diolah lebih lanjut sehingga siap untuk diproses.
2. Persiapan Powder (powder preparation)
Umumnya bahan dasar pembuatan keramik selalu dalam bentuk serbuk. Beberapa keuntungan serbuk diantaranya dapat diperkecil ukuran partikel dan memodifikasi distribusi ukurannya. Serbuk harus dibuat sekecil mungkin karena kekuatan mekanik dari keramik berbanding terbalik dengan ukuran serbuk. Pembuatan serbuk dapat dilakukan dengan menggunakan penggerus manual seperti mortar, ayakan atau dapat juga menggunakan ball mill.
3. Pencetakan (molding)
Secara umum ada tiga metode pencetakan keramik, yaitu pressing, casting, dan plastic molding. Dry pressing dan slip casting merupakan teknik pencetakan yang dapat digunakan untuk membuat keramik berpori. Menurut Askeland (1987) (dalam Tino Umbar (2013)), dalam proses pencetakan keramik biasanya digunakan aditif untuk mempermudah pencetakan dan untuk membantu mengontrol struktur mikro dari material yang akan dihasilkan. Dalam proses pencetakan, aditif memiliki berbagai fungsi antara lain sebagai bahan pengikat (binder), plasticizer, dispersant dan lubricant. Fungsi penting dari binder adalah untuk meningkatkan kekuatan dari keramik hasil pencetakan, sebelum mengalami perlakuan panas atau biasa disebut green body. Binder/lubricant yang biasa digunakan antara lain PVA dan PEG. Sunendar (2005) (dalam Haries (2009)) menyatakan PVA merupakan polimer yang tidak berbau dan tidak beracun dan dapat terdekomposisi pada temperatur diatas 2000C.
4. Pengeringan (drying)
Pada tahap ini, green body hasil proses kompaksi dikeringkan agar kadar air yang terdapat didalamnya berkurang. Pengeringan dapat dilakukan
16
secara alami dengan didiamkan di udara terbuka, desikator ataupun dengan bantuan alat pemanas.
5. Pembakaran (sintering)
Setelah pengeringan, green body dipanaskan lebih lanjut untuk menghilangkan binder yang terdapat didalamnya. Aditif lain seperti plasticizer, lubricant dan dispersant juga dihilangkan pada tahap ini. Temperatur pemanasan harus memperhatikan temperatur dekomposisi dari aditif yang digunakan dan titik leleh bahan yang dicampur. Pada proses sintering terjadi pengikatan zat berbentuk bubuk dengan reaksi keadaan padat oleh pemanasan pada temperatur solid solution yang tingkatannya lebih rendah dari temperatur leleh. Proses sintering dipengaruhi oleh fakto-faktor seperti ukuran partikel, temperatur, waktu, energi permukaan dan lain-lain.38
Faktor terpenting dalam proses metalurgi serbuk adalah sebagai berikut berdasarkan ASM Handbook Vol. 7, 1998:
1. Ukuran serbuk (size)
Ukuran serbuk berpengaruh pada beberapa parameter yaitu tingkat keakuratan atau geometri karena semakin kecil serbuk maka ketelitiannya semakin tinggi sehingga dimensi produk yang dihasilkan sesuai dengan keinginan, mampu alir yang menggambarkan sifat alir serbuk dan kemampuan memenuhi ruangan cetak sehingga mengecilnya ukuran partikel serbuk akan mempersempit rongga atau celah antar partikel. 2. Tingkat kerumitan produk (shape complexity) dan toleransi (tolerance)
PM (Powder Metallurgy) adalah proses pembuatan produk yang memungkinkan untuk dapat menghasilkan produk hasil akhir yang komplek. Kemampuan untuk menghasilkan bentuk yang komplek pada PM tergantung pada metode yang digunakan untuk menyatukan serbuk. Untuk mengendalikan toleransi, yang berarti bentuk hasil akhir dari produk mendekati bentuk yang diinginkan merupakan masalah yang
38
Ibid., h. 10-12
17
komplek pada PM. Toleransi berkaitan erat dengan beberapa parameter, diantaranya adalah karakteristik serbuk, penekanan yang dilakukan dan sintering.
3. Material yang dipakai (Material system)
Bentuk serbuk, ukuran, dan kemurnian serbuk adalah faktor yang penting dalam proses PM. Untuk beberapa proses PM, serbuk haruslah berukuran kecil, dengan bentuk yang seragam (berbentuk bola) sedangkan untuk penggunaan yang lain diperlukan bentuk serbuk yang tidak beraturan. Pada umumnya semua jenis material dan paduan dapat dijadikan serbuk.
4. Produk yang dihasilkan dan biaya (quantity and cost).39
2.3.1 Teori Serbuk
Serbuk adalah partikel yang berukuran lebih kecil dari 1 mm. Pengembangan teknologi untuk pembuatan produk dengan menggunakan serbuk merupakan suatu langkah yang tepat untuk menghasilkan produk dengan bentuk yang komplek, memiliki kualitas atau tingkat ketelitian yang bagus dan lebih ekonomis. Ukuran partikel, bentuk, dan distribusi ukuran serbuk mempengaruhi karakteristik dan sift-sifat fisis dari benda yang akan dibuat dengan proses penekanan. Spesifikasi pembuatan serbuk, antara lain:
a. Bentuk Partikel (particle shape)
Bentuk dari partikel tergantung pada cara pembuatannya. Bentuk partikel ini akan mempengaruhi packing, aliran (flow) dan kompresitas. Bentuk partikel ada bermacam-macam seperti ditunjukan pada gambar 2.2.
39
Daniel Subekti, op.Cit., h. 5-6
18
Gambar 2.2 Bentuk-bentuk Partikel Serbuk b. Ukuran Partikel Serbuk (kehalusan)
Ukuran partikel dan distribusi ukuran partikel, keduanya memiliki pengaruh yang signifikan dalam mampu alir dan sifat lainnya. Seperti bulk density, angle of reposse dan compressibility dari bulk solid. Perubahan kecil pada ukuran partikel bisa menyebabkan perubahan yang signifikan dalam menghasilkan mampu alir. Dimensi serbuk yang halus akan lebih mudah bereaksi apabila dibandingkan dengan dimensi serbuk yang lebih besar sehingga dapat menurunkan mampu alir material. Dalam kebanyakan kasus, ketika serbuk menjadi lebih halus maka serbuk akan menjadi lebih kohesif dan sulit untuk dikendalikan.
Tabel 2.2 Ukuran dari Partikel (Brown and Richard (1970) dan Nedderman. (1992))
Tingkat ukuran
partikel ( m) Klasifikasi Kategori
< 1 Serbuk sangat halus
Serbuk 1 – 100 Serbuk super lembut
10 – 100 Butiran serbuk Material butiran 100 – 3000 Butiran padat >3000 Pecahan padat
c. Distribusi Ukuran Partikel
Dalam memproduksi serbuk ukuran partikel yang dihasilkan tidaklah seragam, tetapi terdapat ukuran partikel serbuk. Ukuran partikel yang
19
terkumpul tersebut lalu dianalisa distribusi ukuran partikelnya kemudian distribusi ukuran partikel dibuat dalam bentuk histogram atau frekuensi yang menunjukan jumlah dari serbuk pada tiap-tiap ukuran.
d. Mampu Alir (flowability)
Mampu alir merupakan karakteristik yang menggambarkan sifat alir serbuk dan kemampuan memenuhi ruangan cetak. Kemampuan alir berkaitan erat dengan sifat kohesi antar partikel sehingga partikel yang memiliki kemampuan pemadatan (packabillity) bagus akan memiliki kemampuan alir yang bagus juga.
e. Sifat kimia
Terutama menyangkut kemurnian serbuk dan pengotor (impurity) yang berpengaruh terhadap kualitas produk yang dihasilkan.
f. Kompresibilitas (compressibility)
Compresibility adalah perbandingan volume serbuk semula dengan volume benda yang sudah ditekan. Jika volume serbuk mula-mula didefinisikan V0 dan volume benda yang sudah ditekan didefinisikan
dengan V1, maka kompresibilitas sama dengan V0/V1. Nilai yang
ditunjukan berbeda-beda dan dipengaruhi oleh distribusi ukuran dan bentuk butir, kekuatan tekan green body tergantung pada kompresibilitas. g. Apparent density
Apparent density atau berat jenis serbuk dinyatakan dalam gr/cm3. Apparent density merupakan serbuk yang ditempatkan pada sebuah silinder yang sudah diketahui volumenya lalu berat serbuk yang memenuhi silinder ditimbang beratnya.
2.3.2 Pemprosesan Pemisah Ukuran Partikel Serbuk (Pengayakan)
Salah satu teknik untuk menganalisis ukuran partikel adalah pengayakan (sieve analysis). Ayakan merupakan kisi-kisi yang terbuat dari kawat per unit panjang. Semakin besar ukuran mesh maka semakin kecil ukuran bukaan. Proses dasar pengayakan adalah lolosnya serbuk dari sebuah ayakan dengan beberapa
