PENGARUH VARIABEL KOMPAKSI TERHADAP MODULUS ELASTISITAS KOMPOSIT Al/SiC p DENGAN PERMUKAAN PARTIKEL SiC TERLAPISI ZnO

PENGARUH VARIABEL KOMPAKSI

TERHADAP MODULUS ELASTISITAS

KOMPOSIT Al/SiC

_p

DENGAN

PERMUKAAN PARTIKEL SiC

TERLAPISI ZnO

Fahmi

1109201707

Dosen Pembimbing

LATAR BELAKANG

bahwa kemampubasahan keramik SiC sangat

rendah terhadap logam aluminium.

Untuk meningkatkan kemampubasahan SiC

terhadap Al maka dilakukan pelapisan ZnO

pada permukaan partikel SiC dengan variabel

Bagaimana kualitas mekanik bahan komposit

setelah merekayasa permukaan SiC dengan ZnO

berdasarkan uji kualitatif mikrostruktur dan sifat

mekanik dari bahan komposit Al/SiC

_p

Untuk meningkatkan interaksi antara penguat

SiC dengan matrik Al dengan membentuk

lapisan ZnO pada permukaan SiC yang

berperan sebagai material pengikat pada

komposit Al/SiC

_p

dengan memvariasikan

besarnya kompaksi saat pembentukan green

density (densitas kompaksi)

BATASAN MASALAH

Al (matrik) 80%

SiC (filler) 20%

Wet mixing (alkohol 96%) Kopaksi ; 5, 10, 15, 20kN

Presinter 300o_{C(30 mnt) dan sintering 600}o_{C(2 jam)}

Analisa X-RD, SEM, Densitas Porositas (Archimedes), Uji kompressi

1. Sebagai acuan pengembangan permesinan

dan komponen pendukung lainnya di bidang

otomotif dan penerbangan

2. Sebagai referensi untuk pengembangan

penelitian selanjutnya

PENGERTIAN KOMPOSIT

Komposit merupakan gabungan antara dua

atau lebih material yang berbeda sifat dari

segi fisis dan mekanisnya yang menghasilkan

suatu material baru yang berbeda sifat dari

material penyusunnya

PEMBAGIAN KOMPOSIT

Berdasarkan penguatnya komposit terdiri atas :

1. Komposit matrik logam (MMC)

2. Komposit matrik keramik (CMC)

3. Komposit matrik Polimer (PMC)

Berdasarkan arah penguatannya komposit terbagi atas :

1. Komposit isotropik

PROSES PEMBUATAN KOMPOSIT

Salah satu proses pembuatan komposit

adalah dengan metode metalurgi serbuk.

Tahapan pada proses ini adalah

pencampuran serbuk, kompaksi, dan

sintering.

PREPARASI MATERIAL Pembersihan Permukaan SiC Pelapisan Permukaan SiC dengan

ZnO

Dikeringkan

Dioksidasi (900 0_C)

selama 4 jam

Dicuci dengan alkohol Menggunakan Ultrasonic

cleaner Uji X-RD

Uji SEM

Mixing Al + SiC (yang telah dilapisi dengan ZnO) wet mixing

Kompaksi dengan variasi tekan 5, 10, 15, dan 20 kN PRESINTERING (300 0_C)

SINTERING (6000_C)

Uji SEM Uji Densitas dan pororitas

Uji X-RD _{Uji Tekan} Analisis KESIMPULAN SiC 20%, Al 80% Alkohol Magnetik Stirrer 80 0_C

Holding Time 2 jam Holding Time

15 menit Holding Time 30 menit

PREPARASI MATERIAL

PEMBERSIHAN PERMUKAAN SIC (dengan alkohol selama 1 jam) PELAPISAN PERMUKAAN SiC DENGAN ZNO

Mixing SiC + Al (wet mixing) KOMPAKSI: 5, 10, 15, 20 kN PRESINTERING (3000_{C) 30 menit}

SINTERING (6000_{C) 2 jam}

UJI SAMPEL

ANALISA DATA

DAN

KARAKTERISASI PERMUKAAN PARTIKEL SiC

Karakterisasi Permukaan Partikel SiC

Karakterisasi Permukaan Partikel SiC

Karakterisasi Permukaan Partikel SiC

Gambar Pengamatan pola difraksi sinar-X terhadap partikel SiC

yang terlapisi ZnO

ANALISIS DENSITAS

DAN

Densitas

komposit

Green density

Sinter density

Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit

Sampel (kN)

Densitas (gr/cm

3

)

Tanpa terlapisi ZnO

Terlapisi ZnO

5

10

15

20

2,44

2,54

2,65

2,74

2,55

2,63

2,72

2,78

Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit

Gambar Densitas material komposit Al/SiC_p terhadap gaya kompaksi tanpa terlapisi dan terlapisi ZnO

Korelasi Gaya Kompaksi terhadap Densitas Komposit

Dari hasil pengujian densitas antara komposit tanpa terlapisi

dan terlapisi ZnO diperoleh peningkatan nilai densitas pada

setiap kenaikan gaya kompaksi. Pada material komposit

terlapisi ZnO terjadi peningkatan densitas yang lebih besar

dibandingkan dengan tanpa terlapisi. Peningkatan nilai

densitas ini disebabkan oleh adanya pelapisan permukaan SiC

dengan ZnO yang berfungsi sebagai material pengikat antara

matrik dan penguat yang menyebabkan kualitas ikatan

semakin meningkat. Meningkatnya kualitas ikatan komposit

tersebut menyebabkan jarak antara matrik dan penguat

semakin rapat sehingga densitasnya meningkat dibandingkan

dengan tanpa terlapisi ZnO.

Porositas Material Komposit

Sampel (kN)

Porositas (%)

Tanpa terlapisi ZnO

Terlapisi ZnO

5

10

15

20

12,7

9,2

5,2

2,1

8,8

5,9

2,7

0,6

Porositas Material Komposit

Gambar Korelasi porositas terhadap gaya kompaksi pada

komposit Al/SiC

_p

tanpa terlapisi dan terlapisi ZnO

Porositas Material Komposit

Pada Grafik tersebut, untuk tekanan paling rendah

menunjukkan banyaknya porus pada bahan komposit

jika dibandingkan dengan tekanan lain yang cenderung

mempunyai kemampatan yang tinggi. Berdasarkan

analisis porositas, kemampatan yang terjadi untuk

material komposit pada terlapisi ZnO untuk tekanan

5kN sampai dengan 20kN terjadi kemampatan sebesar

93,18% sedangkan pada tanpa terlapisi menunjukkan

kemampatan sebesar 83,46%

Porositas Material Komposit

Gambar Porositas Komposit Al/SiC

_p

pada tekanan 20kN (a) tanpa

terlapisi (b) terlapisi ZnO

KORELASI POROSITAS TERHADAP MODULUS

ELASTISITAS KOMPOSIT Al/SiC

_p

Porositas (%) Modulus Elastisitas (GPa)

Tanpa terlapisi ZnO Terlapisi ZnO Tanpa terlapisi ZnO Terlapisi ZnO 12,7 9,2 5,2 2,1 8,8 5,9 2,7 0,6 33,638 38,413 55,196 159,676 37,099 59,375 80,388 181,546

Tabel Nilai Modulus Elastisitas Komposit Al/SiC_p Berdasarkan Porositas Terukur (GPa)

E

_eks

=

_{σ / ԑ}

E = Modulus Elastisitas Eksperimen (GPa)

σ = Tegangan (N)

ԑ = Regangan (mm)

P = 1 –

_ρ

_s

_{/ ρ}

_t

P = Porositas (%)

ρ

_s

= Densitas Sintering (gr/cm

3

₎

E = E

₀

e

-bP

E = Modulus Elastisitas (GPa)

E

₀

= Modulus Elastisitas Eksperimen pada fraksi

volume penguat tetap 20% (GPa)

b = Konstanta = 3,959

P = Fraksi Porositas (%)

1 kg/ms2 _{= 1 atm = 1,013 Pa}

10 kN = 10 kgm/s2

maka Tekanan yang diberikan adalah : P = (10 kg m/s2_{) / 3,14 x 14 x 14 mm}2

= (10 / 615 x 10-6_{) kg/m s}2 _{= 0,01625 x 10}6 _kg/ms2

0,01625 x 106 _kg/ms2 _{= 1,013 / 0.01625 x 10}6 _Pa

= 62,339 x106 _Pa

= 62,339 Mpa

BATASAN MASALAH

Pada penelitian ini digunakan serbuk aluminium Al sebagai matrik dan SiC sebagai penguat. Proses pencampuran SiC terhadap Al dlakukan dengan metode basah (wet mixing) menggunakan alkohol dengan fraksi volume penguat 2o%. Proses pembentukan green density komposit Al/SiC_p dilakukan melalui proses kompaksi pada temperatur kamar dengan variabel gaya kompaksi 5, 10, 15 dan 20kN, kemudian dilakukan presintering pada temperatur 300o_{C selama 30 menit dan sintering pada 600}o_{C selama 2 jam}

pada masing-masing gaya kompaksi. Hasil komposit Al/SiC yang diperoleh dianalisa densitas, porositas, dengan metode Archimedes, mikrostruktur dan interpretasi fase dianalisa dengan X-RD dan analisa sifat mekanik diuji dengan uji kompressi. Dari data hasil pengujian dianalisa korelasi antara pengamatan mikrostruktur terhadap sifat mekanik yang terjadi pada material komposit Al/SiC yang mengalami pelapisan oksida pada permukaan partikel SiC dengan variabel gaya kompaksi.

Porositas Material Komposit

Gambar 4.8 Pengamatan porositas vs variabel kompaksi menggunakan SEM pada komposit Al/SiC_p tanpa terlapisi ZnO (a) 5kN (b) 10kN (c)15kN dan (d) 20 kN

Porositas Material Komposit

Gambar 4.9 Pengamatan porositas vs variabel kompaksi dengan SEM pada komposit Al/SiC_p terlapisi ZnO (a) 5kN (b) 10kN (c)15kN dan (d) 20 kN