MAKALAH Liquid Phase Sintering [PDF]

Citation preview

MAKALAH METALURGI SERBUK LIQUID PHASE SINTERING



Disusun Oleh: Dwiki Hardianto



: 03051181722016



Fariz Yusran



: 03051181722004



Dosen Pembimbing



: Amir Arifin, ST.,M,Eng.,PhD



JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SRIWIJAYA 2019 1



KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena dengan karuniaNya kami dapat menyelesaikan makalah Liquid Phase Sintering ini dengan penuh kemudahan, tanpa pertolongan-Mu mungkin makalah ini tidak dapat kami selesaikan. Tujuan makalah ini adalah untuk menambah pengetahuan serta agar pembaca lebih memahami apa itu Liquid Phase Sintering sehingga diharapkan dapat menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari. Kami menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun selalu kami harapkan demi kesempurnaan makalah kami. Kami juga mengucapkan terimakasih kepada dosen pembimbing mata kuliah Metalurgi Serbuk, bapak Amir Arifin, ST.,M,Eng.,PhD yang telah membimbing kami dalam belajar dan juga pembuatan makalah ini. Akhir kata, semoga Makalah Liquid Phase Sintering ini bermanfaat bagi para pembaca. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu meridhoi segala usaha kami.



Indralaya, 21 April 2019



2



DAFTAR ISI



KATA PENGANTAR.........................................................................................................2 DAFTAR ISI...................................................................................................................... 3 BAB 1 PENDAHULUAN..................................................................................................3 1.1 Latar Belakang..........................................................................................................3 1.2 Tujuan Penulisan.......................................................................................................4 BAB 2 PEMBAHASAN....................................................................................................5 2.1 Pengertian Sintering..................................................................................................5 2.2 Pengertian Liquid Phase Sintering dan Jenis Material yang digunakan...................7 2.3 Mekanisme Liquid Phase Sintering..........................................................................8 2.4 Karakteristik sifat fisik dan mekanik.......................................................................9 2.5 Kelebihan dan Kekurangan ....................................................................................10 BAB 3 PENUTUP............................................................................................................11 3.1 Kesimpulan.............................................................................................................11 3.2 Saran.......................................................................................................................11 DAFTAR PUSTAKA.......................................................................................................12



3



BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Metalurgi serbuk merupakan proses pembentukan benda kerja komersial dari logam dimana logam dihancurkan dahulu berupa serbuk, kemudian serbuk tersebut ditekan didalam cetakan (mold) dan dipanaskan di bawah temperatur leleh serbuk sehingga terbentuk benda kerja. Pada matealurgi serbuk terdapat beberapa tahapan seperti pembuatan serbuk, mixing (pencampuran), kompaksi, sintering dan finishing. Proses sintering pada metalurgi serbuk adalah proses pemanasan kompak mentah dibawah titik lebur sehingga partikel-partikelnya saling berikatan. Ada beberapa jenis sintering pada umumnya yaitu solid state sintering dan liquid phase sintering. Pada makalah ini akan lebih fokus membahas mengenai proses liquid phase sintering.



1.2 Tujuan Penulisan 1. Dengan penulisan makalah ini, kami selaku penulis berharap bahwa makalah ini 2.



dapat memenuhi tugas mata kuliah Metalurgi Serbuk. Memahami proses Liquid Phase Sintering.



4



BAB 2 PEMBAHASAN



2.1 Pengertian Sintering



Gambar 2.1 Skema diagram dari Sintering



Proses sintering merupakan proses pemadatan material serbuk dengan cara membentuk ikatan batas butir antar serbuk penyusunnya. Ikatan antar butir terjadi akibat pemanasan dengan atau tanpa penekanan dan temperatur sintering diatur dibawah temperatur leleh dari partikel penyusunnya. Proses pemanasan biasanya dilakukan selama 8 hingga 24 jam (Fayed dan Otten, 1997).



Gambar 2.2 Proses Sintering 5



Pada proses sinter, benda padat terjadi karena terbentuk ikatan-ikatan antar partikel. Panas menyebabkan bersatunya partikel dan efektivitas reaksi tegangan



permukaan



meningkatdengan



perkataan



lain,



proses



sinter



menyebabkan bersatunya partikel sedemikian rupa sehingga kepadatan bertambah. Selama proses ini terbentuklah batas-batas butir, yang merupakan tahap permulaan rekristalisasi. Di samping itu, gas yang ada menguap dantemperatur sinter umumnya berada di bawah titik cair unsur serbuk utama selama proses sinter terjadi perubahan dimensi, baik berupa pengembangan maupun penyusutan tergantung pada bentuk dan distribusi ukuran partikel serbuk, komposisi serbuk, prosedur sinter dan tekanan pemampatan(German, 1994). Berdasarkan



mekanisme



ikatannya,



proses



sinter



dikategorikan



menjadi : vapor phasesintering (VPS), solid state sintering (SSS), liquid phase sintering (LPS).



Gambar 2.5 (a). Solid State Sintering (b). Liquid Phase Sintering 6



2.2 Pengertian Liquid Phase Sintering dan Jenis Material yang digunakan.



Liquid phase sintering merupakan proses sinter yang dilakukan pada temperatur tertentu dengan melibatkan fasa cair. Energi gerak LPS berupa perbedaan tegangan permukaan antar partikel. Dalam sistem sinter ini, fase cair berguna sebagai media transport dan proses sinter cepat (rapid sintering) terjadi ketika beberapa kriteria ditemukan seperti: fase cair berupa lapisan film di sekitar fasa padat, pada kondisi ini derajat kebasahan merupakan faktor utama dan fase cairan harus memiliki kelarutan padat (Lenel, 1980). Huppmann menyatakan bahwa sinter cepat terjadi bila transport difusi atomatom padat larut dalam fase cair cukup tinggi (Huppmann,1975). Dalam LPS, laju densifikasi jauh lebih cepat dibandingkan dalam SSS (German, 1996). Gradien penyusutan pada serbuk tersinter padat secara khusus berhubungan dengan gradien densitas green part, sedangkan reduksi penyusutan selama sinter di bawah padatan dihubungkan dengan gesekan antara padatan dan material substrat (Gurland, 1962). Densifikasi dan distorsi bentuk selama LPS tergantung pada gaya pendorong dan hambatan deformasi kekentalan (German, 1996). Liu dkk (1999) menyatakan bawah gaya kapilaritas digunakan sebagai gaya pendorong dalam pemadatan dan tegangan permukaan, sedangkan gravitasi digunakan sebagai gaya pendorong distorsi bentuk. Jenis material yang biasa dugunakan yaitu material yang sulit untuk disinter (pemanasan). Bahan yang umumnya digunakan contohnya seperti Si3N4, WC, SiC, dan banyak lagi. Syarat material logam yang dapat dilakukan proses liquid phase sintering adalah cairan logam harus dapat membentuk lapisan di sekeliling fasa padatan dan cairan logam harus memiliki kelarutan terhadap fasa padat, contohnya ialah Fe-Cu, Cu-Sn, W-Cu, dan lain-lain.



7



2.3



Mekanisme Liquid Phase Sintering Mekanisme liquid phase sintering ini hampir sama dengan solid phase sintering. Pada saat fasa cair terbentuk proses yang terjadi adalah pengaturan kembali fasa cair (rearrangement),pembasahan (wetting), aliran fasa cair (liquid flow), dan kombinasi dari penataan ulang. Pembasahan dan aliran fasa cair akan mempengaruhi perubahan volume dari bakalan. Setelah itu dengan bertambahnya waktu sinter proses pelarutan dan pengendapan ulang (solutionreprecipitation) terjadi, sehingga terjadi perpindahan massa. Proses ini tidak mengubah jumlah fasa padat maupun cair, tapi proses ini akan mempengaruhi proses densifikasi dan juga pengkasaran partikel, namun umumnya pengkasaran butir dihindari karena akan menurunkan sifat mekanis.



Gambar 2.6 Skema proses densifikasi pada liquid phase sintering



Kemudian mekanismenya dilanjutkan pada proses densifikasi akhir (final densification) dimana seluruh pori terisi oleh fasa cair dengan jumlah fasa cair setidaknya 35 % volume cairan, lalu besarnya densifikasi akhir dipengaruhi dari kecepatan pemanasan dan juga ukuran partikel awal. 8



2.4 Karakteristik sifat fisik dan mekanik. Proses sintering bertujuan agar partikel saling berikatan. Meningkatnya ikatan setelah proses sintering ini disebabkan timbulnya liquid bridge (necking) sehingga porositas berkurang dan bahan menjadi lebih kompak. Serta akan meningkatkan sifak mekanik dari bahan yang disinter seperti kekuatan, kekerasan, ketangguhan, keuletan, kekuatan impak, dan konduktivitas listrik.



Proses perpindahan massa dipengaruhi oleh temperatur sinter. Dengan meningkatnya temperatur sinter maka sifat mekanis bakalan yang telah dipanasi



(sinter)



akan



meningkat



pula



seperti



kekuatan,



kekerasan,



ketangguhan, keuletan, umur fatik, kekuatan impak, dan konduktivitas listrik. Namun,



peningkatan



temperatur



juga



menimbulkan



kerugian



seperti



penyusutan ukuran partikel (shrinkage) keakuratan dimensi berkurang, terjadinya pertumbuhan butir. Biaya energi proses dan desain dapur lebih mahal[8]. Untuk memperoleh hasil sintering yang baik, maka temperatur sinter yang digunakan harus sesuai karena akan mempengaruhi kinetika dan proses homogenisasi, yang pada akhirnya akan menentukan perubahan dimensi yang terjadi selama sintering.



9



2.5



Kelebihan dan Kekurangan LPS. Kelebihan : Kelebihan dari metode ini adalah suhu sintering rendah, densifikasi cepat, densitas akhir tinggi dan mikrostruktur yang dihasilkan sering memberikan sifat material mekanis atau fisik lebih unggul daripada material sintering keadaan padat. Kekurangan: Penyimpangan bentuk (shape distortion) ketika terlalu banyak cairan terbentuk selama proses sintering. Serta dan sulit mengontrol parameter sintering dari fasa cair (temperatur mempengaruhi dissolution dan kristalisasi).



2.6



Aplikasi dari Liquid Phase Sintering. Banyak varian dari liquid phase sintering yang diaplikasikan pada berbagai jenis material teknik. Contoh pengaplikasian dari proses ini ditemukan pada connecting rod mobil serta cutting dan machining tool dan lain sebagainya. Berikut merupakan table dari pengaplikasian dari LPS:



10



11



BAB 3 PENUTUP



3.1 Kesimpulan Adapun kesimpulan dari proses Liquid Phase Sintering adalah sebagai berikut: 1) Proses LPS merupakan proses pemanasan (sinter) yang melibatkan fasa padat dan fasa cair. Jika dua partikel dari jenis logam yang berbeda dipanaskan bersamasama, maka partikel yang memiliki titik lebur lebih rendah akan mencair lebih dahulu, dan mengikat partikel yang tidak melebur, sehingga peristiwa ini disebut liquid-phase transport. 2) Syarat material logam yang dapat dilakukan proses liquid phase sintering adalah cairan logam harus dapat membentuk lapisan di sekeliling fasa padatan dan cairan logam harus memiliki kelarutan terhadap fasa padat. 3) Laju densifikasi jauh lebih tinggi dan waktu yang singkat serta mikrostruktur yang dihasilkan sering memberikan sifat material mekanis atau fisik lebih unggul daripada material dengan metode Solid State Sintering.



3.2 Saran



1) Pada proses liquid phase sintering jumlah fasa cair yang terlalu banyak juga dihindari, hal ini dikarenakan kurang tegarnya bakalan selama sintering, sehinga tidak ada kontrol bentuk dan ukuran dari bakalan. 2) Pemilihan waktu sintering sangat berpengaruh terhadap karakteristik suatu material yang disinter,maka perlu di perhitungkan agar mendapatkan hasil yang diinginkan. 3) Untuk memperoleh hasil sintering yang baik, maka temperatur sinter yang digunakan harus sesuai karena akan mempengaruhi kinetika dan proses homogenisasi, yang pada akhirnya akan menentukan perubahan dimensi yang terjadi selama sintering.



12



DAFTAR PUSTAKA Effendy, Ahmad. 2008. Pembuatan Aluminium Busa melalui Proses Sinter dan Pelarutan. Depok: Universitas Indonesia. Rif’at, Mumammad. 2017. Analisa Pengaruh Variasi Waktu Sintering Terhadap Kekerasan dan Mikrostruktur pada Intermetallic Bonding Aluminium (Al) Titanium (Ti) Hasil Metalurgi Serbuk. Malang: Universitas Muhammadiyah Malang. Sinurat, Novlin. 2017. Proses Metalurgi Serbuk. Lampung: Universitas Lampung. Sonowijoyo, Rahman. 2015. Metalurgi Serbuk dan Jenis-Jenis Perkakas. Medan: Universitas Sumatera Utara.



13