`PRODUKSI & KARAKTERISASI SERBUK ALUMINIUM (Al)
DENGAN MENGGUNAKAN UVBM (UMM VERTICAL BALL MILL)
TUGAS AKHIR
DIAJUKAN KEPADA
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG SEBAGAI SYARAT UNTUK MEMPEROLEH GELAR
SARJANA TEKNIK MESIN STRATA SATU (S1)
DISUSUN OLEH :
KHASAN TIBI
NIM : 201210120311011
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG
KATA PENGANTAR
AssalamualaikumWr.Wb.
Puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan hidayah-Nya, sehingga peneliti dapat menyelesaikan skripsi yang bejudul “ Produksi & Karakterisasi Serbuk Aluminium (Al) Dengan Menggunakan UVBM (Umm Vertical Ball Mill)”
Peneliti menyampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu hingga menyelesaikan skripsi ini, terutama kepada :
1. Bapak Ir. Sudarman, MT., Selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Malang.
2. Bapak Ir. Daryono, MT., Selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang.
3. Ibu Iis Siti Aisyah, ST., MT., PhD. Selaku Dosen Pembimbing I yang telah banyak memberikan bimbingan dan masukkan dalam menyusun skripsi.
4. Bapak Ir. Achmad Fauzan Hs, MT. Selaku Dosen Pembimbing II yang telah banyak memberikan bimbingan dan masukkan serta meluangkan waktu untuk berdiskusi bersama dalam menyusun skripsi ini.
5. Orang tua, serta seluruh keluarga besar peneliti yang sudah memberikan dukungan baik secara materi maupun moral sehingga peneliti dapat menyelesaikan skripsi.
6. Seluruh Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Universitas Muhammadiyah Malang, yang telah bersedia memberikan bantuan berupa bimbingan teoritis secara langsung maupun tidak langsung.
7. Rekan-Rekan Se Angktan Teknik Mesin 2012 A, yang telah banyak memberikan masukan.
8. Dan semua pihak yang membantu, baik secara langsung maupun tidak langsung yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Peneliti menyadari bahwa kekurangan dan keterbatasan yang dimiliki, oleh karena itu peneliti mengharapkan saran yang membangun agar tulisan ini bermanfaat bagi yang membutuhkan.
Wassalamualaikum Wr.Wb.
Malang, 29 Juli 2016
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
POSTER ... ii
LEMBAR PENGESAHAN ... iii
BERITA ACARA ... iv
LEMBAR PERYATAAN ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACK ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xiii
DAFTAR TABEL ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 2
1.4 Manfaat Penelitian ... 2
1.5 Batasan Masalah... 5
BAB II LANDASAN TEORI ... 8
2.1 Ball Mill ... 8
2.2 Metalurgi Serbuk ... 9
2.2.1 Pembuatan Serbuk ... 10
2.2.2 Mixing (Pencampuran Serbuk) ... 12
2.2.3 Compaction (Powder consolidation) ... 12
2.2.4 Sintering ... 13
2.2.5 Finishing ... 14
2.3 Scaning Electron Microscope (SEM)... 15
2.4 Bentuk Butiran dan Tekstur Permukaan ... 17
2.5 Metode Untuk Menentukan Ukuran Partikel ... 19
BAB III METODELOGI PENELITIAN ... 25
3.1 Metode Penelitian... 25
3.2 Tempat Penelitian... 26
3.3 Persiapan Bahan dan Alat ... 26
BAB IV HASIL dan PEMBAHASAN ... 28
4.1 Analisa Morfologi dengan SEM ... 28
4.2 Analisa Ukuran Serbuk Dengan SEM... 30
4.3 Distribusi Ukuran Serbuk ... 32
4.4 Penelitian Sebelumnya ... 34
4.4.1 Analisa Morfologi Dengan SEM ... 34
4.4.2 Distribusi Ukuran Serbuk ... 35
4.4.3 Perbandingan Hasil Penelitian ... 38
BAB V Penutup ... 42
5.1 Kesimpulan ... 42
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bola Penghancur Didalam Vial ...9
Gambar 2.2 Prinsip Dasar SEM ...16
Gambar 2.3 Hasil Pengujian SEM ...17
Gambar 2.4 Bentuk-Bentuk Partikel Serbuk ...19
Gambar 2.5 Peralatan Uji Ayakan ...21
Gambar 2.6 Distribusi Ukuran Partikel ...21
Gambar 2.7 Alat Penguji Ayakan ...23
Gambar 2.8 Ayakan Serbuk...23
Gambar 2.9 Timbangan Digital ...24
Gambar 3.1 Diagram Alir Proses Penelitian ...25
Gambar 3.2 Mesin Ball Mill ...27
Gambar 4.1 Hasil Pengujian SEM Pada Serbuk Almunium Dengan Variasi Waktu Milling 0,5 jam, 1 jam, 3 jam, 5 jam, dan 7 jam ...28
Gambar 4.2 Hasil Pengujian SEM Dengan Dimensi Pada Serbuk Almunium Dengan Variasi Waktu Milling 0,5 jam, 1 jam, 3 jam, 5 jam, dan 7 jam ...30
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Ukuran Serbuk Dengan Waktu Milling ...32
Gambar 4.4 Grafik Presentase Massa Hasil Ayakan Serbuk Almunium Pada Klasifikasi Serbuk Halus Dengan 5 Variasi Waktu Milling ...33
Gambar 4.6 Grafik Presentase Massa Hasil Ayakan Serbuk Duralumin Pada Klasifikasi Serbuk dengan 3 Variasi Kecepatan Putar Drum dan 3 Variasi Bola
Penumbuk ...37
Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Presentase Massa Ayakan Serbuk Hasil
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Ukuran Standar Teknik Pengayakan ... 22
Tabel 4.1 Dimensi Serbuk Berdasarkan Waktu Milling ... 31
Tabel 4.2 Data Hasil Distribusi Ukuran Serbuk Dalam Gram ... 32
Tabel 4.3 Data Hasil Distribusi Ukuran Serbuk Dalam Presen... 32
Tabel 4.4Data Hasil Distribusi Ukuran Serbuk Dalam Gram Oleh Tasha Oksaria, (2014) ... 35
Tabel 4.5 Data Hasil Distribusi Ukuran Serbuk Dalam Presentase Oleh Tasha Oksaria, (2014) ... 36
DAFTAR LAMPIRAN
1. Jurnal
2. PPT
3. Surat Keterangan Penelitian
DAFTAR PUSTAKA
Agus cahyana. (2014). Analisa SEM (Scanning Elecktron Microscope) pada kaca TZN yang dikristalkan sebagian. Jurnal, Universitas Sebelas Maret.
Ahmad bahrun na’im.(2012). Pengaruh variasi komposisi serbuk gergaji, serbuk almunium dan serbuk tembaga terhadap kekuatan aus dan kekerasan kampas kopling gesek sepeda motor. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Fahlefi Nurdiana.(2010). Simulasi dengan metode monte carlo untuk proses pembutan nanomaterial menggunakan ball mill. Jurnal, Universitas Indonesia.
German R M, 1984, powder metallurgy science,USA,metal powder Industries federation.
http://www.academia.edu/7853630/Material Teknik Pengujian Metalografi dan Heat SurfacenTreatment.
Jurusan TeknikMaterial, Laporan Metallurgy Serbuk FT-ITS Surabaya (2007).
Rahmat Kusuma.(2012). Pengaruh variasi bahan terhadap sifat fisis dan sifat mekanis kopling gesek sepeda motor dengan bahan dasar fiberglass,
serbuk almunium, serbuk tembaga, dan resin phenolic. Jurnal, Universitas Muhammadiyah Surakarta.
Ridho Abdurachman. (2016). perancangan ball mill kapasitas 200 mg. Jurnal, Universtas Muhammadiyah Malang.
Tasha Oksaria.(2014). Pengaruh kecepatan putar drum dan jumlah bola penumbuk pada ball mill terhadap distribusi ukuran serbuk duralumin. Jurnal, Universitas Brawijaya.
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Ball Mill merupakan alat Industri yang sangat berperan penting dalam bidang produksi maupun industri, karena ball mill memiliki karakteristik mesin penghancur jenis serbuk dalam skala besar maupun
kecil. Untuk menghasilkan suatu material serbuk yang halus dibutuhkan
mesin penghancur yang sesuai dengan fungsi dan perancanganya. Untuk
mencapai suatu produk berupa serbuk material yang halus dibutuhkan
suatu bola baja untuk menumbuk serbuk material yang ada didalam tabung
ball mill.
Metalurgi serbuk merupakan proses pembuatan serbuk dan benda
jadi dari serbuk logam atau paduan logam dengan ukuran serbuk tertentu
tanpa melalui proses peleburan. (Suresh, 1993). Aluminium ditemukan
oleh sir Humphrey davy pada tahun 1809 sebagai suatu unsur dan pertama
kali direduksi sebagai logam oleh H.C. Oersted pada tahun 1825
merupakan logam ringan yang mempunyai ketahanan korosi yang baik
dan hantaran listrik yang baik dan sifat-sifat lainnya sebagi logam. Sebagai
tambahan terhadap kekuatan mekaniknya yang sangat meningkat dengan
penambahan Cu, Mg, Si, Mn, Zn, Ni dan sebagainnya secara satu persatu
atau bersama-sama. Penambahan unsur tersebut juga memberikan
sifat-sifat baik lainnya seperti ketahanan korosi, ketahan aus dan koefisien
pemuain rendah.(Surdia, T. Dkk, 1995). Dalam penelitian ini penulis
2
variasi waktu milling terhadap struktur mikro serbuk Aluminium menggunakan mesin ball mill kapasitas 200 mg buatan UMM.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan informasi yang telah dikemukakan di atas maka terdapat
rumusan masalah yaitu :
Berapa waktu yang optimum untuk menghasilkan serbuk halus.
Bagaimana pengaruh variabel durasi milling pada alat ball mill
terhadap ukuran serbuk.
Bagaimana pengaruh proses milling dengan alat ball mill terhadap reduksi ukuran serbuk
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
Mengetahui struktur mikro dari serbuk material yang diproduksi
oleh mesin Ball Mill kapasitas 200 mg dengan pengaruh variasi waktu milling.
Mengetahui pengaruh durasi milling terhadap ukuran serbuk. 1.4 Manfaat penelitian ini adalah sebagai berikut :
Secara umum, nano partikel juga dikenal sebagai kumpulan atom-atom
yang berikatan satu sama lain dengan diameter struktur kurang dari 100 nm
(Nordlund, 2005). Nano partikel memiliki ukuran yang sangat kecil bahkan tidak
kasat mata, namun memiliki pengaruh yang sangat besar terhadap kehidupan kita.
Nano partikel membuat kerja obat-obatan semakin efektif, telepon genggam serta
laptop berukuran semakin kecil dan semakin efisien, mobil semakin ramah
3
karena ukuran geometri yang kecil. Luas permukaan yang besar ini
mengakibatkan nano partikel menjadi sangat reaktif dan mudah berikatan satu
sama lain membentuk partikel yang lebih besar (Schulenburg, 2008) hingga
menjadi ukuran makro. Untuk mendapatkan nano partikel, dapat melalui metode
bottom-up dan top-down. Metode bottom-up adalah cara membentuk nano partikel dengan penyusunan atom-atom atau molekul-molekul terkecil. Metode ini pada
umumnya digunakan oleh alam untuk membentuk nano partikel (Schulenburg,
2008). Metode top-down adalah cara membentuk nano partikel dengan peralatan mekanik, pada umumnya dengan proses milling. Pada prosesnya, material diberikan energi secara terus-menerus sehingga ukuran partikel material akan
tereduksi hingga ukuran nano (Castro dan Mitchell, 2002).
Ada beberapa variabel yang harus diperhatikan untuk mendapatkan ukuran
partikel yang diinginkan, seperti : jenis penggiling, durasi milling, suhu penggiling, jenis material yang akan digiling, jumlah dan jenis material media
penggiling, rasio massa media penggiling dan serbuk, serta frekuensi (Balaz,
2008). Penelitian yang dilakukan oleh can dkk. (2010) menunjukkan bahwa
semakin lama durasi milling, ukuran partikel yang sudah tereduksi akan semakin bertambah besar. Durasi yang dibutuhkan untuk mendapatkan hasil yang
diinginkan bervariasi tergantung kepada tipe penggiling, intensitas milling, rasio massa bola, serbuk, serta suhu milling (Suryanarayana, 2001). Semakin besar rasio, durasi yang dibuthkan untuk milling semakin sedikit karena intensitas tumbukan akan semakin meningkat. Suhu milling juga akan meningkat akibat peningkatan intensitas tumbukan bola (Suryanarayana, 2001). Ada kemungkinan
4
partikel. Pengaruh yang sama juga ditunjukkan akibat variasi ukuran bola baja.
Semakin besar ukuran, energi tumbukan yang akan terjadi juga semakin besar.
Meskipun kebanyakan peneliti hanya menggunakan satu ukuran bola untuk tiap
penelitian, Gavrilov dkk. (1995) memberikan prediksi bahwa energi tumbukan
tertinggi akan diperoleh ketika variasi ukuran bola dilakukan untuk tiap penelitian
(Suryanarayana, 2001).
Kecepatan putaran penggiling berbanding lurus dengan energi yang akan
dihasilkan. Semakin tinggi kecepatan putaran, energi yang akan dihasilkan juga
semakin besar. Kecepatan putar penggiling jenis ball mill dibatasi oleh kecepatan kritis. Ketika kecepatan putaran diatas kecepatan kritis, bola-bola baja akan
bergerak mengelilingi permukaan dalam penggiling dan tidak akan memberikan
beban kejut kepada serbuk (Suryanarayana, 2001). Oleh karena itu, perlu
diketahui kecepatan yang paling optimal untuk menghasilkan energi tumbukan
terbesar.
Serbuk material yang dihasilkan dari pengujian yang menggunakan mesin
ball mill berkapasitas 200 mg dapat dimanfaatkan di dunia industri otomotif untuk lebih mengefisiensikan kinerja dari kendaraan bermotor. serta bermanfaat sebagai
informasi untuk dunia akademisi maupun dunia industri tentang kinerja dari mesin
5
1.5 Batasan Masalah
Untuk menghindari pembahasan dari tujuan diatas maka perlu adanya
pembatasan guna memudahkan dalam pemahaman, sehingga sasaran yang
diharapkan dapat tercapai. Adapun batasan – batasannya adalah sebagai berikut :
1. Pembuatan serbuk Aluminium ini menggunakan mesin Ball Mill
dengan Kapasitas 200 mg buatan UMM.
2. Dalam pengujian menggunakan variabel waktu milling.
3. Metode top-down dengan ball mill akan digunakan untuk
menghasilkan partikel yang mendekati ukuran nano.
4. Kecepatan milling yang digunakan adalah 60 rpm. 5. Starting material dalam bentuk geram.
6. Durasi milling adalah 0,5 jam, 1 jam, 3 jam, 5 jam, dan 7 jam. 7. Ukuran bola baja yang digunakan 16 mm.
8. Jumlah bola baja yang digunakan 24 buah.
9. Temperatur milling adalah temperatur kamar.
10.Ukuran diameter partikel akan ditentukan dengan alat Scanning Electron Microscopy (SEM).
11.Klasifikasi ukuran serbuk dengan menggunakan ayakan serbuk.
1.6 Sistematika Penulisan
Penulisan tugas akhir ini terdiri atas 5 bab, daftar pustaka dan
6
BAB I PENDAHULUAN
Menjelaskan pendahuluan tentang penelitian dan pemecahan masalah yang
berisi antara lain latar belakang, perumusan masalah, cakupan penelitian dan
batasan masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN LANDASAN TEORI
Merupakan dasar teori dan studi literatur yang mendasari pengujian ini.
Tinjauan pustaka meliputi review dari penelitian yang telah dilakukan dengan
penelitian ini. Landasan teori berisi tentang rumus dasar dan variable-variable
pengaruh yang dipakai dalam penelitian ini.
BAB III METODE PENELITIAN
Pada bab ini di jelaskan tentang gambaran umum tentang pengujian ball
mill. Berisi kerangka pemikiran dan langkah yang dilakukan untuk
mengidentifikasi permasalahan, dalam pengujian tersebut.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Berisi tentang data hasil pengujian pada ball mill serta analisa, evaluasi
dan pembahasan yang diperlukan dalam pengujian.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Berisi kesimpulan yang telah didapat dari hasil pengujian yang telah
dilakukan. Dan saran mengenai penyempurnaan hasil pengujian untuk generasi
selanjutnya.
DAFTARPUSTAKA
Berisi sumber yang digunakan sebagai referansi dalam pengujian ini baik
7
LAMPIRAN BERISI
data-data dalam bentuk gambar dan grafik sebagai pendukung dan
