Paduan Non Ferrous

PADUAN NON FERROUS PADUAN NON FERROUS

Paduan

Paduan non ferrousnon ferrous adalah paduan adalah paduan yang komponen utamanya bukan besi.yang komponen utamanya bukan besi. Paduan non logam banyak digunakan pada aplikasi yang lebih Paduan non logam banyak digunakan pada aplikasi yang lebih mempertimbangkan berat material. Keunggulan paduan

mempertimbangkan berat material. Keunggulan paduan non ferrousnon ferrous dibandingkandibandingkan dengan paduan

dengan paduan ferrous ferrous antara lain:antara lain: a.

a. MMemilliki daya tahan terhadaemilliki daya tahan terhadap korosi yang tinggip korosi yang tinggi  b.

 b. Bersifat non magneticBersifat non magnetic c.

c. MMemiliki ketahanan kimia yang lebih baik emiliki ketahanan kimia yang lebih baik  d.

d. MMemiliki titik leleh yang emiliki titik leleh yang lebih tinggilebih tinggi e.

e. Lebih ringanLebih ringan

Salah satu paduan non

Salah satu paduan non  ferrous ferrous yang paling banyak digunakan adalahyang paling banyak digunakan adalah   paduan yang komponen utamanya adalah alumunium. Alumunium merupakan   paduan yang komponen utamanya adalah alumunium. Alumunium merupakan logam yang paling banyak ditemukan di kerak bumi, dengan kandungan sebanyak  logam yang paling banyak ditemukan di kerak bumi, dengan kandungan sebanyak  8,07%-8,23% dari total massa padat kerak bumi.. Alumunium merupakan unsur  8,07%-8,23% dari total massa padat kerak bumi.. Alumunium merupakan unsur  ketiga terbanyak di bumi setelah oksigen dan silikon. Alumunium biasanya ketiga terbanyak di bumi setelah oksigen dan silikon. Alumunium biasanya ditemukan dalam bentuk bauksit bersama dengan bebatuan yang lain sepperti ditemukan dalam bentuk bauksit bersama dengan bebatuan yang lain sepperti corrundum, gibbisite, boehmite, diaspore

corrundum, gibbisite, boehmite, diaspore dan lain-lain. Tidaak mudah untuk dan lain-lain. Tidaak mudah untuk  menemukan alumunium murni di alam, karena sifatnya yang mudah bereaksi menemukan alumunium murni di alam, karena sifatnya yang mudah bereaksi dengan lingkungannya.

dengan lingkungannya.

Dalam daftar periodik unsur, alumunium disimbolkan dengan Al. Dalam daftar periodik unsur, alumunium disimbolkan dengan Al. M

Memiliki nomor atom 13. Bahan baku alumunium adalah bauksit. Kandunganemiliki nomor atom 13. Bahan baku alumunium adalah bauksit. Kandungan alumunium dalam bauksit bervariasi, namun pada umumnya berkisar di atas 40%. alumunium dalam bauksit bervariasi, namun pada umumnya berkisar di atas 40%. Senyawa alumunium yang dapat ditemukan dalam bauksit antara lain Al Senyawa alumunium yang dapat ditemukan dalam bauksit antara lain Al22OO33,, Al(OH)

Al(OH)33, -AlO(OH), dan -AlO(OH). Isotop alumunium yang ada di alam, -AlO(OH), dan -AlO(OH). Isotop alumunium yang ada di alam adalah isotop

adalah isotop 2727Al, dengan presentase 99,9%. Hingga saat ini isotop alumuniumAl, dengan presentase 99,9%. Hingga saat ini isotop alumunium yang telah ditemukan di alam adalah alumunium dengan berat atom relatif antara yang telah ditemukan di alam adalah alumunium dengan berat atom relatif antara 23 hingga 30. Walaupun demikian,

23 hingga 30. Walaupun demikian, 2727Al adalah isotop alumunium yang palingAl adalah isotop alumunium yang paling stabil.

Berikut ini adalah bentuk struktur mikro Al

Gb1. Struktur mikro alumina, bahan baku a lumunium

Gb.2 Struktur mikro dari alumunium murni

Alumunium memiliki banyak karakteristik yang membuatnya sangat cocok untuk  dibuat berbagai komponen mesin industri. Karakteristik alumunium antara lain:

a. Low density: berat jenis dari alumunium hanya sepertiga dari berat jenis  baja

 b. Tahan korosi: alumunium dan paduannya secara umum tahan pada korosi, lapisan Alumunium oksida (Al2O3) dapat menjadi pelapis yang tahan terhadap udara, cairan dan bahan-bahan kimia.

c. Penghantar yang baik bagi listrik 

d. Tidak mudah terbakar/meledak dan bersifat non-magnetic e. Tidak beracun

f. Mudah dibentuk.

Alumunium murni masih bersifat lunak dan kekuatannya masih rendah. Alumunium murni memiliki kekuatan tensil minimum sekitar 90 M  pa. Tapi dengan dibuat paduan bersama tembaga Cu), magnesium Mg), Silicon (Si), mangan Ma), dan bahan lainnya, paduan alumunium akan menjadi paduan yang memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih baik (kekuatan tensil berkisar 200-600M pa).

Proses pemurnian (ekstraksi) alumunium

Pada awalnya alumunium merupakan logam yang sangat mahal dan hanya digunakan secara eksklusif oleh para bangsawan atau keluarga kerajaan. Bahkan, karena sangat mahal harga alumunium menyamai harga perak. Pembuatan ornamen berbentuk piramida pada bagian atas monumen Washington, Washington DC, yang hanya memiliki berat enam pon alumunium mengabiskan dana yang sama besar bila dibuat dengan perak. Ketika pada tahun 1886, dua tahun setelah pembuatan ornamen itu, Hall (US) dan Heroult (Perancis) berhasil menemukan metode yang dapat memurnikan alumunium dengan rangsangan elektris. Proses Hall-Heroult ini membuat alumunium makin dikembangkan secara industri karena keuntungannya yang besar.

A.Proses Bayer 

Proses Bayer adalah proses dimana dilakukan ekstraksi alumina dari bijih   bauksit. Proses ini menggunakan prinsip hidrometalurgi. Ada dua tahapan, yaitu

mengekstraksi dari Al(OH)3 dan proses produksi alumina.

Tahap pertama, campuran yang berisi bauksit halus dan larutan NaOH akan dipanaskan pada suhu 100-360oC di autoklaf. Selanjutnya, Al(OH)3 akan mengendap di larutan NaOH yang menjadi Natrium Alumina. Campuran ini nantinya akan ditambahkan dengan besi dan titanium oksida sehingga menghasilkan larutan silika dalam bentuk natrium alumunium silikat, atau yang lebih dikenal sebagai red mug (lumpur merah). Red mug ini nantinya akan disaring dan dibuang sebagai limbah. Kemudian dilakukan proses pendinginan. Hasil proses pendinginan ini berupa endapan Al(OH)3. Kemudian dengan menggunakan vacuum filters, endapan Al(OH)3 akan dipisahkan. Endapan ini sebagian besar akan digunakan kembali sebagai umpan untuk proses sebelumnya agar endapan Al(OH)3 lebih cepat terbentuk. Sedangkan sisanya akan dibersihkan dengan menggunakan air dan kemudian dikalsinasi. Dari sini dihasilkan larutan OH,yang akan digunakan kembali untuk proses. berikut reaksi kimia yang terjadi:

Al (OH)3 + OH-  AlO2-+ 2H2O (+ red mud)

Tahap kedua, Al(OH)3 yang telah dihasilkan pada tahap pertama akan dicuci, selanjutnya difluidisasi dengan tekanan tertentu di dalam tanur fluidisasi. Dengan pemanasan pada suhu 1000-1300oC dan kalsinasi akan dihasilkan Al2O3 hampir murni.

B. Proses Hall-Heroult

Charles Martin Hall (USA) dan Paul Heroult (Perancis), pada tahun 1886 secara terpisah berhasil menemukan proses pengolahan alumunium yang sama dengan menggunakan elektrolit cryolite. Proses ini nantinya disebut proses Hall-Heroult.

Keterangan:

A : Anoda C : Lapisan luar  furnace B :Masuk arus listrik D : Elektrolit Cryolit 

Pertama-tama, alumina akan diuraikan dalam cryolite. Pada katoda maupun anoda masing-masing terjadi suatu reaksi. Pada katoda alumina direduksi menjadi lelehan Al. Reaksi yang terjadi:

Sedangkan pada anoda terjadi reaksi: 6 O + 3 C  3 CO2

Dari kedua reaksi tersebut, diharapkan terjadi reaksi akhir, yaitu 2 Al2O3+ 3 C  4 Al + 3 CO2 ¨ G (1273K) = 686 Kj

Dari reaksi akhir tersebut akan didapatkan Al murni. Al murni ini akan mengendap di katoda(pada permukaan cryolite). Selanjutnya Al murni ini akan dikeluarkan melalui celah yang berada di bagian bawah furnace. Pada proses ini membutuhkan panas sekitar 950-1000oC.

Pada makalah ini akan dibahas paduan yang menggunakan silicon(Si) sebagai  bahan paduan dengan alumunium.

Proses ekstraksi silikon (Si)

Silicon terdapat banyak di alam. Walaupun demikian, pemisahan silikon murni dari mineralnya terbilang cukup sulit. Oleh karena itu metode yang digunakan adalah dengan metode reduksi. Berikut tahap-tahapnya:

1. Senyawa SiO2akan dipanaskan dengan menggunakan kokas(karbon) pada suhu ±3000oC. Proses pembakaran ini dilakukan di dalam tungku  pembakaran maupun tungku listrik. Reaksi yang terjadi adalah:

SiO2(s) + C(s) --> Si(l) + 2CO(g)

2. Selanjutnya, Si dalam bentuk cair tersebut akan dikeluarkan dari bawah tungku. Dibiarkan sejenak, akan terbentuk padatan. Si padatan ini sudah cukup bagus untuk bahan paduan, karena sudah cukup murni. Namun bila ingin lebih murni lagi, maka perlu melakukan taha p selanjutnya.

3. Silikon selanjutnya dipanaskan dengan gas clorida. Maka reaksi yang terjadi adalah:

Si(s) + 2Cl2(g) --> SiCl4(l)

4. Selanjutnya, SiCl4 cair akan dimurnikan dengan proses distilasi

5. SiCl4(l) akan direduksi menjadi Si melalui pemanasan dengan H2 atau Mg. Reaksi yang didapat adalah:

SiCl4+ 2H2--> Si + 4HCl SiCl4+ 2Mg --> Si + 2MgCl2

6. Selanjutnya produk reaksi akan dicuci menggunakan air panas. Diperoleh Si

7. Si selanjutnya dimurnikan menggunakan alat zone refining. Si batangan akan dimasukkan secara perlahan. Di dalam alat tersebut Si akan meleleh. Zat-zat pengotor yang ikut bersama Si batangan lebih mudah dan cepat larut dibanding dengan batangan Si. Zat-zat pengotor tersebut akan  bergerak sepanjang batangan tersebut, hingga mencapai ujung. Kemudian ujung tersebut dibiarkan membentuk batangan (mengeras), sebelum akhirnya nanti akan dipotong.

Paduan Alumunium-Silicon(Al-Si)

Tipe Paduan Alumunium Unsur Paduan

1xxx

Alumunium murni dengan kandungan minimal 99%

2xxx Tembaga (Cu)

3xxx Mangan (Mn)

4xxx Silicon (Si)

5xxx Magnesium (Mg)

6xxx Magnesium (Mg) dan Silikon (Si)

7xxx Seng (Zn)

8xxx Unsur lain

9xxx Unused Series

Tipe Paduan Alumunium Sifat

1xxx

tahan Korosi, High Electrical and thermal conductivity, mudah dibentuk

2xxx Kekuatan tinggi, tahan korosi kecil, heat-treatable 3xxx Non-heat-treatable, kekuatan cukup tinggi

4xxx Ringan, baik untuk pendingin

Paduan Al-Si seperti terlihat pada tabel memiliki kode 4xxx. Dari tabel dapat dilihat bahwa keuntungan paduan Al-Si (Silumin) memiliki keunggulan yaitu bobootnya yang ringan dan baik untuk pendingin. Karena bahan paduannya silikon, paduan ini lebih mudah meleleh, sehingga melting temperaturenya turun,   bisa untuk mengurangi adanya gesekan dengan benda padata lainnya dan sangat

murah.

Paduan alumunium yang memiliki kandungan silikon hingga 15% dapat memiliki kekerasan dan ketahanan yang cukup besar. Bahkan mencapai 525 M pa.   Namun bila kandungan silikon cukup banyak (>15%) maka tingkat kerapuhan   paduan akan meningkat secara drastis. Sebagai akibat, akan muncul kristal

granula silika.

Berikut ini beberapa sifat yang dimiliki oleh paduan Al-Si:

Paduan ini dapat dibentuk dengan menggunakan media pasir atau die casting (high fluidity)

Memiliki melting point yang lebih rendah dari Al

Tidak memiliki bentuk padat pada fasa di bawah eutectic Memiliki ketahanan korosi yang sangat baik 

mampu bentuk 

Struktur mikronya dapat diperkuat dengan cepat dengan perlakuan dingin untuk meningkatkan kekuatan dan ketahana nnya.

Al Si

Di g l i

Paduan hi ut ti AlSimengandung Si<12,6% Paduan eutek tik AlSi mengandung Sisek itar 12,6% Paduan hi er eutek tik AlSimengandung Si>12,6%

Aplikasi paduan Al-Si

Velg mobil, terbuat dari paduan Al-Si

Piston pada motor bakar terbuat dari paduan Al-Si

Paduan Al-Si juga digunakan pada motor AC 3 fasa untuk memungkinkan

terjadinya pengaturan kecepatan. Selain itu juga digunakan sebagai alat pembidik  senapan sniper tunggangan dan ka mera tunggangan.

REFERENSI:

Blackford, Jane., Non-Ferrous Alloys

 Nikanorov, dkk., 2004, Structural and mechanical Properties of Al-Si Alloys by Fast Cooling of a levitated Melt, Elsevier 

Mackenzie, S.D., Totten, G.E., 2003, Handbook of Alumunium, Marcel Dekker  Inc.

Budiono, A.W., 2009, Analisis Sifat Fisis dan Mekanis Alumunium Paduan Al, Si, Cu dengan Cetakan Pasir, UMS

Sudjana, Hadi, 2008, Teknik Pengecoran Jilid 1 Untuk SMK, Depdiknas www.metalcoasting.com data diambil tanggal 3 Juni 2011