sintesa lapisan komposit alnicrcu-(moo -sio ) pada …digilib.unila.ac.id/60511/6/skripsi tanpa bab...
TRANSCRIPT
SINTESA LAPISAN KOMPOSIT AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada PELAT
BAJA KARBON RENDAH
(Skripsi)
Oleh
HARIYATI
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
i
ABSTRAK
SINTESA LAPISAN KOMPOSIT AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada PELAT
BAJA KARBON RENDAH
Oleh
HARIYATI
Material serbuk yang digunakan sebagai coating pada pelat baja karbon rendah
adalah AlNiCrCu-(MoO3-SiO2). Material serbuk tersebut dicampur dan dimiling
untuk menjadi lebih halus dengan menggunakan teknik paduan mechanical
alloying (MA). Setelah serbuk dimiling akan menempel pada substrat baja karbon
rendah. Dilakukan Uji oksidasi siklik pada temperatur 800°C selama 10x
pengulangan dengan waktu penahan 200 jam dimana 1x pengulangan diperlukan
waktu selama 20 jam. Hasil penampang lintang dapat memperlihatkan bahwa
coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) terdeposisi dengan baik pada substrat baja
karbon rendah dengan menggunakan metode mekanik mechanical alloying dan
memiliki nilai rata-rata ketebalan coating sebesar 38,162-52,662µm. Hasil analisis
surface morfologi permukaan coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan
penambahan konsentrasi (MoO3-SiO2) sebesar 42% memperlihatkan bahwa
semakin besar konsentrasi (MoO3-SiO2) yang digunakan maka pori yang terlihat
pada permukaan semakin sedikit. Hasil uji oksidasi siklik pada suhu 800°C
selama 10x pengulangan dengan waktu penahan 200 jam dimana 1x pengulangan
diperlukan waktu selama 20 jam memperlihatkan bahwa semakin bertambahnya
konsentrasi (MoO3-SiO2) yang digunakan maka pertambahan massa akan
meningkat hal ini dikarenakan oksigen yang berdifusi masuk ke permukaan
semakin cepat.
Kata kunci. Baja karbon rendah, Mechanical Alloying (MA), Pelapis AlNiCrCu-
(MoO3-SiO2) dan Oksidasi Siklik
ii
ABSTRACT
SYNTHESA OF ALNiCrCu-(MoO3-SiO2) COMPOSITE LAYER ON
PLATE LOW CARBON STEEL
By
HARIYATI
The powder material used as a coating on low carbon steel plates is AlNiCrCu-
(MoO3-SiO2). The powder material is mixed and milled to be smoother by using a
mechanical alloying (MA) alloy technique. After the powder is ground it will stick
to the low carbon steel substrate. Cyclic oxidation test was carried out at 800°C
for 10x repetition with 200 hours holding time where 1x repetition was needed for
20 hours. The cross section results can show that the AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)
coating are well deposited on low carbon steel substrates using mechanical
alloying mechanical methods and has an average coating thickness value of
38,162 µm-52,662 µm. The results of surface morphology analysis of AlNiCrCu-
(MoO3-SiO2) with 42% concentration (MoO3-SiO2) added showed that the greater
the concentration (MoO3-SiO2) used, the less visible pores on the surface. The
results of the cyclic oxidation test at a temperature of 800°C for 10x repetition
with a holding time for 200 where the repetition 1x repulsively humiliated for 20
hours shows that the increasing concentration (MoO3-SiO2) is used, the increase
because of diffuse oxygen.
Key words. Low carbon steel, Mechanical Alloying (MA), AlNiCrCu-(MoO3-
SiO2) coating and Cyclic Oxidation
iii
SINTESA LAPISAN KOMPOSIT AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada PELAT
BAJA KARBON RENDAH
Oleh
HARIYATI
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar
SARJANA SAINS
Pada
Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS LAMPUNG
BANDAR LAMPUNG
2019
7
RIWAYAT HIDUP
Martapura diselesaikan pada tahun 2009, Sekolah
Menengah Pertama (SMP) di SMP Negeri 1 Martapura diselesaikan pada tahun
2012, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 2 Martapura
diselesaikan pada tahun 2015.
Selanjutnya pada tahun 2015 penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur Seleksi Nasional
Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis
aktif di kegiatan kampus yaitu Himpunan Mahasiswa Fisika sebagai Anggota
Saintek. Pada tahun 2016 penulis pernah menjadi peserta KWI (Karya Wisata
Ilmiah).
Penulis melakukan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Balai Riset dan Standarisasi
Industri Bandar Lampung dengan judul “Pengaruh Warna Pada Bahan Plasticizer
Terhadap Kelenturan Bioplastik dari Silika Sekam Padi”. Pada tahun 2019 penulis
Penulis dilahirkan di Martapura, Kecamatan Martapura
Kabupaten Oku Timur, pada tanggal 15 November
1996. Penulis merupakan putri sulung dari pasangan
Bapak Edi dan Ibu Misitun. Jenjang pendidikan
dimulai dari Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 11
Martapura diselesaikan pada tahun 2009,
vii
melaksanakan KKN (Kuliah Kerja Nyata) di desa Gunung Terang, Kecamatan
Gunung Terang, Kabupaten Tulang Bawang Barat selama 32 hari. Kemudian
penulis melaksanakan penelitian dengan judul “Sintesa Lapisan Komposit
AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada Pelat Baja Karbon Rendah’’sebagai tugas akhir di
Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas
Lampung.
ix
MOTTO
“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.
Maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan,
kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang
lain dan hanya kepada Tuhanlah hendaknya kamu
berharap (Q.S. Al-Insyiroh: 6-8)”
Terasa sulit ketika aku merasa harus melakukan
sesuatu. Tetapi, menjadi mudah ketika aku
menginginkannya
‘’Jangan menuntut Tuhanmu karena tertundanya keinginanmu Tetapi tuntutlah dirimu karena menunda perintah Tuhanmu’’
(Hariyati)
x
PERSEMBAHAN
Dengan mengucapkan syukur Alhamdu lillahi rabbil’ alamin kepada ALLAH SWT. Kupersembahkan karyaku ini
kepada:
Kedua Orang tuaku yang selalu memberikan do’a, kasih sayang, dan
menjadi penyemangatku di setiap langkah, serta keluarga besar yang
selalu memberikan bantuan, dukungan dan semangat.
xi
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan
kesehatan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang
berjudul “Sintesa Lapisan Komposit AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada Pelat Baja
Karbon Rendah”. Tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu
persyaratan untuk mendapatkan gelar S1 dan melatih mahasiswa untuk berpikir
cerdas dan kreatif dalam menulis karya ilmiah. Penulis menyadari masih banyak
kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan
saran yang membangun. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi
semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 16 Desember 2019
Penulis,
Hariyati
xii
SANWACANA
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kuasa-Nya
penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada
pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini,
terutama kepada:
1. Bapak Drs. Pulung Karo Karo, M.Si., selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan dan arahan yang mendukung dari awal sampai akhir
penulisan.
2. Bapak Didik Aryanto, S.Si., M.Sc., selaku Dosen Pembimbing II yang
senantiasa sabar dalam mengoreksi skripsi dan memberikan masukan-
masukan serta nasehat untuk menyelesaikan skripsi ini dari awal sampai akhir
penulisan.
3. Bapak Drs. Syafriadi, M.Si., selaku Dosen Pembahas yang telah mengoreksi
kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.
4. Kedua orang tuaku Bapak Edi Trianto dan Ibu Misitun yang luar biasa selalu
menyemangatiku. Terimakasih untuk kehadirannya dalam hidupku yang
senantiasa memberikan dukungan, do’a dan semangat yang luar biasa, serta
kebersamaan sampai penulis menyelesaikan skripsi. Serta Keluargaku terima
kasih telah memberikan dukungan, do’a, dan nasihat sehingga penulis dapat
menyelesaikan penulisan skripsi.
xiii
5. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Akademik,
terimakasih atas segala nasehat dan motivasi serta semangat yang diberikan
kepada penulis.
6. Bapak Arif Surtono, M.Si., M.Eng., selaku Ketua Jurusan dan para dosen
serta karyawan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan
Alam, Universitas Lampung.
7. Bapak Drs. Suratman, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Lampung.
8. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung, terima
kasih atas segala pelajaran, ilmu, pengalaman, dan motivasi yang telah
diberikan selama di kampus.
9. Sahabat-sahabatku “Himiclub”Ani Setiawati, Mahdaleni, Mutia Utari,
Nuzullia Fitri, dan Hasni Handayani. Terimakasih karena kalian aku mampu
bertahan, kalian selalu ada saat suka maupun duka, saling berbagi dan
menasehati dalam hal apapun.
10. Teruntuk temanku Ade Setiawan, Rara, Ketut, Azizah, Diah dan Bela
Wicaksana terimakasih selalu ada saat suka maupun duka, selalu dengerin
keluh kesahku, selalu nyemangatin dan memberi nasehat dan semangat.
11. Dan Untuk Teman-temanku Semuanya Tugas Akhir di LIPI Tanggerang
Selatan terimakasih banyak untuk semua bantuannya selama penelitian.
12. Teman-teman fisika angkatan 2015, kakak-kakak tingkat serta adik-adik
tingkat yang selama ini memberikan semangat.
13. Almamater tercinta Universitas Lampung
xiv
14. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Terimakasih atas
segala ketulusan, bantuan, dukungan, dan do’a.
Semoga Allah SWT memberikan nikmat sehat kepada kita semua. Aamiin.
Bandar Lampung, 16 Desember 2019
Penulis
Hariyati
xv
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ...................................................................................................... i
ABSTRACT .................................................................................................... ii
HALAMAN JUDUL ...................................................................................... iii
HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ v
PERNYATAAN .............................................................................................. vi
RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vii
MOTTO .......................................................................................................... ix
PERSEMBAHAN ........................................................................................... x
KATA PENGANTAR .................................................................................... xi
SANWACANA ............................................................................................... xii
DAFTAR ISI ................................................................................................... xv
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xvii
DAFTAR TABEL .......................................................................................... xix
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang ................................................................................... 1
B. Rumusan Masalah .............................................................................. 4
C. Batasan Masalah ................................................................................ 4
D. Tujuan Penelitian ............................................................................... 5
E. Manfaat Penelitian ............................................................................. 5
xvi
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Baja .......................................................................................................... 6
B. Baja Karbon ............................................................................................. 6
1. Pengertian Baja Karbon ....................................................................... 6
2. Klasifikasi Baja Karbon ...................................................................... 7
C. Baja St 41 ................................................................................................. 8
D. Logam ..................................................................................................... 9
1. Aluminium (Al) .................................................................................. 9
2. Nikel (Ni) ............................................................................................. 10
3. Kromium (Cr) ...................................................................................... 11
4. Tembaga (Cu) ...................................................................................... 12
E. Keramik .................................................................................................... 13
1. Molibdenum trioksida (MoO3) ............................................................ 13
2. Silikon dioksida (SiO2) ........................................................................ 14
F. Mechanical alloying (MA) ....................................................................... 15
G. Pengertian Oksidasi .................................................................................. 17
H. Optical Microscopy (OM) ........................................................................ 17
G. X-ray Diffraction (XRD) .......................................................................... 19
III. METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 21
B. Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................ 21
1. Alat Penelitian ..................................................................................... 21
2. Bahan Penelitian .................................................................................. 21
C. Prosedur Penelitian ................................................................................... 22
1. Preparasi Substrat ................................................................................ 22
2. Preparasi Serbuk .................................................................................. 22
3. Uji Oksidasi Siklik .............................................................................. 23
D. Diagram Alir ............................................................................................ 24
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan Penampang Lintang
(Cross-section) ......................................................................................... 28
B. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan OM ....................................... 30
C. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan Kekasaran (Rougness) .......... 32
D. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan XRD ..................................... 33
E. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan Oksidasi siklik ...................... 35
F. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan OM setelah Oksidasi ............ 38
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. Kesimpulan ............................................................................................... 41
B. Saran ......................................................................................................... 42
DAFTAR PUSTAKA
xvii
LAMPIRAN 1
LAMPIRAN 2
LAMPIRAN 3
xvii
DAFRTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Mekanisme terjadinya tumbukan .................................................................. 16
3.1 Diagram alir preparasi substrat ...................................................................... 25
3.2 Diagram alir preparasi serbuk ....................................................................... 26
3.3 Diagram alir uji oksidasi siklik ...................................................................... 27
4.1 Hasil analisis penampang lintang (cross-section) .......................................... 28
4.2 Hasil analisis OM sebelum oksidasi .............................................................. 30
4.3 Hasil analisis XRD ......................................................................................... 33
4.4 Hasil analisis oksidasi siklik ......................................................................... 36.
4.5 Hasil analisis OM setelah oksidasi ................................................................ 38
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
2.1 Komposisi kimia baja St 41 ........................................................................... 8
2.2 Sifat-sifat kromium (Cr) ............................................................................... 11
2.3 Sifat-sifat silikon dioksida (SiO2) .................................................................. 15
4.1 Hasil nilai kekasaran (rougness) .................................................................... 32
1
I. PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Baja karbon rendah memiliki peran penting dalam aplikasi struktural karena
harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan paduan logam lainnya
dan memiliki sifat mekanik yang baik serta mudah diproduksi dan dibentuk
(Canakci et al., 2013). Namun, ketahanan oksidasi pada suhu tinggi menjadi
kelemahan material baja karbon rendah sehingga diperlukan teknik khusus untuk
memperbaiki ketahanan oksidasi tersebut. Ketahanan yang rendah terhadap
oksidasi pada suhu tinggi juga menjadi salah satu faktor yang membatasi
penggunaan baja karbon rendah pada aplikasi yang lebih luas (Aryanto et al.,
2018). Banyak penelitian telah dilakukan untuk meningkatan ketahanan korosi
dan oksidasi pada baja karbon rendah, khususnya penerapan lapisan logam pada
permukaan baja karbon rendah atau biasa disebut dengan pelapisan (coating).
Dalam teknologi coating telah dikembangkan yaitu untuk melindungi struktur
baja karbon rendah dari ketahanan oksidasi. Keuntungan utama dari pelapisan
adalah dapat mempertahankan sifat mekanik baja karbon rendah. Oleh karena itu,
metode ini sering digunakan untuk meningkatkan oksidasi dan ketahanan korosi
baja karbon rendah (Lihong et al., 2011).
2
Pada penelitian sudiro dkk (2018) telah melakukan penelitian tentang ketahanan
oksidasi siklik suhu tinggi pada lapisan 50Cr-50Al paduan mekanik terhadap baja
karbon rendah. Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk melapisi baja
karbon rendah adalah Aluminium (Al) karena material yang memiliki sifat
mekanik yang baik, densitas rendah dan dapat memberikan ketahanan terhadap
oksidasi pada temperatur tinggi dengan membentuk lapisan oksida Al2O3 serta
harganya murah (Ahnia et al., 2013). Pada material lainnya yaitu kromium (Cr)
juga memiliki ketahanan oksidasi korosi yang baik dengan membentuk oksida
protektif yaitu Cr2O3.
Bahan lain yang memiliki potensi sebagai bahan pelapis adalah Si. Unsur tersebut
dapat bereaksi dengan oksigen pada suhu tinggi membentuk SiO2 yang bersifat
protektif. Karena SiO2 merupakan bahan yang relatif murah dan tidak beracun,
mempunyai suhu leleh tinggi dan ketahanan oksidasi yang baik pada temperatur
tinggi (Lee et al., 2011). Diharapkan dengan adanya lapisan pelindung dapat
meningkatkan ketahanan korosi dan oksidasi terhadap degradasi lingkungan. Pada
penelitian lain, penambahan unsur Molibdenum (Mo) dapat bereaksi dengan
oksigen pada suhu tinggi dengan membentuk MoO3. Seperti pada penelitian yang
telah dilakukan oleh Prosek dkk (2008) ketahanan oksidasi terus meningkat
dengan bertambahnya kandungan Mo dalam paduan. Beberapa teknik telah
digunakan dalam teknologi coating yaitu dengan menggunakan teknik paduan
mechanical alloying (MA).
Teknik paduan mechanical alloying (MA) telah dikembangkan untuk
meningkatkan sifat permukaan dari material. Metode ini dapat diaplikasikan
3
secara luas untuk sintesis serbuk komposit yang berbeda. Dalam beberapa tahun
terakhir, teknik paduan MA digunakan untuk melapisi permukaan baja karbon
rendah yaitu tumbukan antara bola-serbuk dan substrat yang menyebabkan
terbentuk lapisan pada permukaan substrat. Proses paduan MA dapat membuat
struktur multikomponen tebal dengan kemampuan ikat yang tinggi pada substrat.
Paduan MA adalah pencampuran dan penghalusan serbuk-serbuk dengan bola-
bola berenergi tinggi untuk mendapatkan serbuk yang homogen. Menurut
(Romankov et al., 2014) menyatakan bahwa teknik paduan MA dapat digunakan
untuk mencampur coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada baja karbon rendah. Pada
paduan mekanik MA ini prosesnya mudah, biaya rendah dan efesiensi waktu
menjadi keunggulan metode ini dibandingkan metode lainnya.
Secara umum propertis suatu material dipengaruhi oleh banyak faktor seperti
komposisi, parameter proses, perlakuan panas, suhu dan lingkungan oksidasi jika
digunakan untuk aplikasi pada suhu tinggi. Pada penelitian ini, dikembangkan
lapisan Al-Ni-Cr-Cu pada baja karbon rendah dengan memvariasikan konsentrasi
SiO2 dan MoO3 pada permukaan baja karbon rendah dengan menggunakan teknik
pemaduan mekanik. Pada penelitian ini dilakukan untuk mengamati sintesa
lapisan komposit AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada pelat baja karbon rendah.
Dikarakterisasi dengan menggunakan penampang lintang (cross-section), optical
microscopy (OM) sebelum oksidasi, kekasaran (rougness), X-ray Diffraction
(XRD), uji oksidasi siklik pada temperatur 800°C selama 10 siklus dalam waktu
200 jam dan OM setelah oksidasi.
4
B. Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini adalah:
1. Bagaimana penampang lintang (cross-section) coating AlNiCrCu-(MoO3-
SiO2) terdeposisi pada substrat baja karbon rendah dengan metode paduan
mechanical alloying (MA) ?
2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi (MoO3-SiO2) pada coating AlNiCrCu
terhadap morfologi permukaan baja karbon rendah dengan metode paduan
mechanical alloying (MA) ?
3. Bagaimana perilaku oksidasi siklik pada coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)
dengan paduan mechanical alloying (MA) ?
C. Batasan Masalah
Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Substrat yang digunakan adalah baja karbon rendah St 41 berdimensi dengan
panjang 10 mm, lebar 8 mm dan tinggi 3 mm.
2. Metode yang digunakan adalah teknik coating dan mechanical alloying.
3. Material coating yang digunakan adalah AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan
variasi konsentrasi (MoO3-SiO2) adalah 0%, 15%, 29%, 42% dan substrat tidak
terlapisi.
4. Larutan yang digunakan adalah larutan hexan, bensin dan etanol.
5. Uji yang digunakan adalah uji oksidasi siklik dilakukan pada temperatur 800°C
selama 10 pengulangan selama 200 jam setiap 1 kali pengulangan dengan
waktu penahan adalah 20 jam, penampang lintang dan kekasaran.
6. Karakterisasi yang digunakan adalah OM dan XRD.
5
D. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian yang dilaksanakan ini adalah:
Berdasarkan latar belakang tersebut, tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Mengetahui penampang lintang coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) terdeposisi
pada substrat baja karbon rendah denga metode paduan mechanical alloying.
2. Mengetahui pengaruh variasi konsentrasi (MoO3-SiO2) pada coating AlNiCrCu
terhadap morfologi permukaan baja karbon rendah dengan metode paduan
mechanical alloying.
3. Mengetahui perilaku oksidasi siklik pada coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)
dengan metode paduan mechanical alloying.
E. Manfaat Penelitian
Manfaat dari hasil penelitian ini yaitu:
1. Menghasilkan data penelitian tentang sintesa lapisan komposit AlNiCrCu-
(MoO3-SiO2) pada pelat baja karbon rendah dengan variasi konsentrasi (MoO3-
SiO2) adalah 0%, 15%, 29%, 42% dan substrat yang optimum sehingga
dijadikan acuan untuk optimalisasi selanjutnya.
2. Menambah wawasan mengenai cara pengembangan coating dengan metode
mechanical alloying.
3. Dapat menjadi tambahan referensi penelitian di Lembaga Ilmu Penelitian
Indonesia (LIPI) terutama pada bidang material terutama fisika.
6
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. Baja
Baja adalah material logam yang terbentuk dari paduan logam besi (Fe) dan
karbon (C). Besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya.
Sifat mekanis pada baja tergantung pada kandungan karbon. Kandungan karbon
dalam baja berkisar antara 1,0% hingga 1,7% sesuai dengan tingkatannya. Selain
unsur besi (Fe) dan karbon (C), baja juga mengandung unsur paduan lainnya
seperti mangan (Mn), silikon (Si), tembaga (Cu), fosfor (P) dan sulfur (S).
B. Baja Karbon
1. Pengertian Baja Karbon
Menurut Sumarji (2012) baja karbon merupakan logam dengan kombinasi dari
besi dan karbon serta unsur paduan lain dalam jumlah yang tidak banyak. Pada
umumnya baja karbon mengandung karbon tidak lebih dari 1,7% serta sejumlah
kecil unsur paduan seperti mangan dengan kadar maksimal 1,65%, silikon dengan
kadar maksimal 0,6%, tembaga dengan kadar maksimal 0,6%, fosfor dengan
kadang kurang dari 0,6%, dan sulfur dengan kadar kurang dari 0,6%. Berdasarkan
kadar karbonnya baja karbon digolongkan menjadi tiga jenis yaitu baja karbon
rendah, baja karbon sedang, dan baja karbon tinggi.
7
Fungsi karbon pada baja adalah sebagai unsur pengeras pada logam paduan
dengan mencegah dan menghalangi dislokasi bergeser pada kisi kristal. Karbon
merupakan suatu elemen yang menstabilkan austenit dan meningkatkan rentang
pembentukan austenit pada baja (Wulandari, 2011). Kandungan karbon dari unsur
paduan lainnya akan mempengaruhi sifat-sifat baja yang didapatkan. Kandungan
baja karbon rendah tanpa paduan berkisar sekitar 0,3-1,7% namun biasanya tidak
melebihi 1,5% (Darmanto, 2006). Penambahan kandungan kadar karbon pada
baja untuk dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya
(tensile strength). Namun, disisi lain baja akan menjadi getas dan sulit untuk dilas.
Penambahan karbon juga menghasilkan beberapa perubahan penting terhadap
fasa.
2. Klasifikasi baja karbon
Baja karbon menurut komposisi kimianya dibedakan sebagai berikut:
a. Baja karbon rendah dengan kadar karbon 0,05-0,3% (low carbon steel).
Sifatnya mudah ditempa dan dibentuk. Kandungan baja karbon rendah bersifat
lunak dan kekuatannya lemah. Namun, baja karbon rendah memiliki
ketangguhan dan keuletan yang baik. Disamping itu baja karbon rendah mudah
diproses pemesinan. Biasanya digunakan untuk bodi mobil, bus, konstruksi
kapal, plat, pipa dan lain-lain.
b. Baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,3-0,6% (medium carbon steel).
Kekuatannya lebih tinggi daripada baja karbon rendah. Sifatnya sulit
dibengkokkan, dilas dan dipotong. Penggunaannya untuk konstruksi bangunan,
bahan pada komponen mesin, pisau dan lain-lain.
8
c. Baja karbon tinggi dengan kadar karbon 0,5-1,5% (High carbon steel). Sifatnya
sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Penggunaannya seperti pada baja
kawat, kabel tarik, kikir dan pahat.
C. Baja St 41
Baja St41 merupakan bahan yang sangat kuat dengan struktur butir yang halus.
Baja St41 inimemiliki kadar karbon 0,16%. Karena kadar karbon kurang dari
0,3% maka baja ini termasuk golongan baja karbon rendah. St adalah singkatan
dari baja (steel). Angka baja ini menunjukan bahwa minimum dalam ketangguhan
adalah 41 kg/mm3 (Mustofa, 2009). Baja St 41 adalah jenis baja karbon rendah
yang akan memiliki sifat kuat dan kekerasan yang cukup.
Tabel 2.1. Komposisi kimia baja St41
No Unsur Komposisi (%)
1 Karbon (C) 0,10
2 Mangan (Mn) 0,6
3 Silikon (Si) 0,25
4 Fosfor (P) 0,03
5 Belerang (S) 0,035
6 Besi (Fe) 98,985
Sumber : LIPI Laboratory, 2016
D. Logam
Logam adalah material yang biasanya keras tak tembus cahaya, berkilau, memiliki
konduktivitas listrik dan termal yang baik. Logam umumnya yaitu dapat di bentuk
atau ditekan permanen hingga berubah bentuk atau retak. Sekitar dari 91 hingga
118 unsur dalam tabel periodik logam, sisanyaa adalah non logam atau metal.
Logam adalah material logam seperti besi dan baja yang banyak dimanfaatkan
sebagai industri. Sebagian besar material logam tersebut diaplikasikan pada
9
lingkungan yang bersuhu tinggi. Hal tersebut menyebabkan pembentukan lapisan
oksida pada permukaan material tersebut. Ketahanan logam terhadap oksidasi
dapat ditingkatkan, namun sering berdampak pada penurunan sifat mekanik.
Modifikasi permukaan logam telah menjanjikan untuk meningkatkan ketahanan
oksidasi dengan tetap menjaga sifat mekanik logam. Pemilihan jenis material
pelapis merupakan faktor yang sangat penting. Karena material pelapis yang akan
melindungi substrat dari degradasi lingkungan. Ada beberapa syarat umum yang
harus dimiliki oleh material pelapis seperti material pelapis harus dapat tahan
terhadap lingkungan dan perubahan temperatur. Selain itu, material pelapis secara
mekanik harus terikat pada substrat (Wang, 2015). Material pelapis logam
memiliki macam jenis diantaranya adalah sebagai berikut :
1. Aluminium (Al)
Aluminium adalah elemen ketiga yang paling melimpah di bumi dan merupakan
elemen logam yang paling melimpah. Selama 50 tahun terakhir aluminium sudah
menjadi elemen yang paling banyak digunakan pada dunia industri setelah besi.
Aluminium pertama kali ditemukan oleh Sir Humphry Davy pada tahun 1808
dalam keadaan tidak murni (Methers, 2002).
Aluminium mempunyai 3 sifat utama dalam aplikasinya yaitu kerapatan yang
rendah, kekuatan mekanik yang tinggi yang diperoleh dengan paduan yang cocok
dan perlakuan panas yang sesuai dan ketahanan korosi yang tinggi. Aluminium
juga bersifat sebagai konduktor listrik dan panas yang baik, mempunyai elastisitas
tinggi, murah dan tidak beracun. Sifat tersebut menjadi landasan dalam banyak
aplikasi aluminium dengan dipadukan dengan elemen lain seperti pembuatan foil
10
untuk membuat material berkekuatan rendah dan ringan untuk bangunan, material
kemasan, kaleng minuman dalam industri kemasan, membuat konduktor listrik,
berkekuatan tinggi untuk membuat pesawat dan kendaraan lapis baja.
2. Nikel (Ni)
Nikel (Ni) merupakan jenis logam yang memiliki peran penting dalam kehidupan
dan memiliki banyak aplikasi dalam dunia industri. Nikel juga digunakan sebagai
komponen paduan baja tahan karat dan khusus pada baja terutama dalam bentuk
logam nikel murni atau sebagai paduan feronikel karena dapat meningkatkan
ketahanan korosi dan panas serta ketangguhan (Cunat, 2004).
Logam nikel banyak dimanfaatkan untuk pembuatan baja tahan karat (stainless
steel). Nikel merupakan logam berwarna kelabu perak yang memiliki sifat fisik
yaitu kekuatan dan kekerasan nikel menyerupai kekuatan dan kekerasan besi
mempunyai sifat daya tahan terhadap karat dan korosi pada udara terbuka memilki
sifat yang lebih stabil daripada besi (Guilbert, 1986).
Nikel memiliki beberapa kegunaan antara lain:
1. Bahan baku pembuatan stainless steel, sering disebut baja putih.
2. Pembuatan logam campuran (alloy) untuk mendapatkan sifat tertentu.
3. Untuk pelapisan logam lain (nickel Plating).
4. Bahan untuk industri kimia (sebagai katalis).
5. Bahan untuk industri rumah tangga, karena sifatnya yang fleksibel dan
mempunyai karakteristik yang unik (Sari, 2013).
Nikel diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu nikel sulfida dan laterit. Sekitar
70%
11
70% cadangan nikel dunia adalah laterit dan 30% adalah sulfida sedangkan
produksi nikel dunia sebesar 60% berasal dari sulfida dan sisanya berasal dari
laterit. Indonesia merupakan negara yang memiliki kandungan nikel laterit
terbesar ke-3 di dunia yaitu sebesar 1576 juta ton (Dalvi dkk., 2004). Nikel
mempunyai pengaruh yaitu memperbaiki kekuatan tarik dan menaikkan sifat ulet,
tahan panas, jika pada baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 25% maka baja
dapat tahan terhadap korosi. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan karat
(korosi) disebabkan nikel bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi
permukaan baja.
3. Kromium (Cr)
Kromium (Cr) merupakan elemen ke-21 paling melimpah di bumi. Kromium
banyak terdapat pada tanah, bebatuan, dan air yang terikat dengan senyawa lain.
Kromium pertama kali ditemukan oleh Nicholas-Lous Vauquelin pada tahun 1797
di timbal merah Siberia yaitu pada mineral crocoites, PbCrO. Kata kromium
berasal dari bahasa Yunani yaitu chroma yang berarti warna karena merupakan
senyawa yang mempunyai banyak warna. Sifat-sifat kromium dapat dilihat pada
Tabel 2.2.
Tabel 2.2. Sifat-sifat kromium (Rolinson, 1973).
No Sifat Nilai
1 Warna Abu-abu
2 Nomor Atom (Z) 24
3 Berat Atom 51,996
4 Densitas 7,14 g/cm3
(20°C)
5 Volume Atom 7,29 cm3/mole
6 Titih Leleh 1903±10°C
7 Titih Didih 2642°C
8 Modulus Elastisitas 253,700 kg/cm2
9 Koefisien suatu resistivitas listrik 0,003/°C (0°C)
12
Kromium digunakan dalam pembuatan besi tahan karat, berbagai paduan, sebagai
pelapis, pigmen, katalis, batu bata tahan api dan lainnya. Pada awal 1900-an
kromium banyak digunakan dalam pembuatan produk metalurgi dan tahan api.
khususnya pada besi tahan karat dan dasar bata tahan api. Batu bata tahan api
yang terbentuk dari kromium sangat berguna karena titik lelehnya tinggi.
(Guertin, 2005).
4. Tembaga (Cu)
Tembaga (Cu) adalah logam dengan omor atom 29, massa atom 63,546, titik lebur
1083°C, titik didih 2310°C dan jari-jari atom 1,173Å. Tembaga adalah logam
transisi (golongan IB) mudah regang dan mudah ditempa. Tembaga bersifat racun
bagi makhluk hidup. Tembaga dapat masuk kedalam semua strata lingkungan,
Tembaga yang masuk kedalam lingkungan dapat datang dari bermacam-macam
sumber. Tetapi sumber-sumber masukan tembaga kedalam strata lingkungan yang
umum dan diduga paling banyak adalah dari kegiatan-kegiatan perindustrian.
Tembaga termasuk logam berat essensial, jadi meskipun beracun tetapi sangat
dibutuhkan manusia dalam jumlah yang kecil. Li et al (2014) menyatakan bahwa
Tembaga merupakan logam essensial yang jika berada dalam konsentrasi rendah
dapat merangsang pertumbuhan organisme sedangkan dalam konsentrasi yang
tinggi dapat menjadi penghambat. Kelebihan tembaga dalam perairan sebagai
tempat hidupnya. Konsentrasi tembaga terlarut yang mencapai 0,01 ppm. Dalam
tenggang waktu 96 jam biota yang tergolong dalam mollusca akan mengalami
kematian bila tembaga yang terlarut dalam badan air berada pada kisaran 0,16
sampai 0,5 ppm (Zhao et al., 2014).
13
E. Keramik
Keramik terbaru mencangkup semua bahan bukan logam dan anorganik yang
berbentuk padat. Keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam
atau logam seperti Al2O3, ZrO2, MgO, SiO2, MoO3 dan sebagainya. Sifat keramik
oksida adalah tahan terhadap suhu tinggi sampai dengan suhu 2000°C. Kekuatan
tekan tinggi merupakan sifat yang membuat penelitian tentang keramik terus
berkembang. Bahan keramik lainnya yang digunakan untuk pelapis pada suhu
tinggi adalah silikon dioksida atau silika dan molibdenum tri oksida.
1. Molibdenum trioksida (MoO3)
Molibdenum trioksida adalah senyawa kimia dengan rumus MoO3. Senyawa ini
diproduksi pada skala terbesar dari setiap senyawa molibdenum. Molibdenum
diidentifikasi sebagai element yang mempunyai ciri tersendiri pada tahun 1778
oleh Scheele, yang merupakan pekerja kasar sampai akhir tahun 1880-an ketika
perusahaan logam di Perancis memproduksi baja yang dilapisi dengan baja yang
mengandung molibdenum. Molibdenum juga ditemukan untuk digunakan sebagai
aditif untuk alat baja dan pewarna kimia. Aplikasi industri pertama yang
signifikan dari molibdenum adalah ketika perang dunia I yaitu ketika dibuat alat
baja, dan baja berkekuatan tinggi untuk mesin pesawat terbang. Seiring dengan
banyak penggunaan metalurgi dari logam, senyawa molibdenum banyak
digunakan dalam aplikasi kimia seperti katalisis, perlindungan korosi, dan
pelumas (Jaffee, 2000).
Molibdenum termasuk dalam kelompok VI B dalam tabel periodik, dengan berat
14
atom 95,94, jari-jari atom 145 pm, densitas 10,23 g/cm3 (25ºC/1200ºC), titik leleh
2622ºC, dan titik didih 4840ºC. Molibdenum memiliki banyak kegunaan penting
dalam baja tahan karat, besi cor dan paduan. Molibdenum dapat meningkatkan
ketahanan korosi baja tahan karat dan resistansi fraktur rapuh untuk baja dan besi
cor (Gasik, 2013).
2. Silikon dioksida (SiO2)
Silikon dioksida atau silika adalah senyawa kimia yang terbentuk dari atom silikon
dan oksida (SiO2) dan salah satu senyawa kimia yang paling umum. SiO2 murni
terdapat dalam dua bentuk yaitu kuarsa dan kristobalit. SiO2 selalu terikat secara
empat atom oksigen, namun ikatan-ikatannya mempunyai sifat yang cukup ionik.
Pada tahun 1824, SiO2 diproduksi oleh kimiawan Swedia Jons Jacob Berzelius.
Bahan ini mempunyai sifat yang lebih mendekati boron dan karbon dari pada
magnesium dan kalsium oleh karena itu, kimiawan Skotlandia Thomas Tomson
memberi nama “SiO2”. Dalam literatur kedua nama tersebut masih umum
digunakan di beberapa Negara. Dalam bentuk cair. SiO2 memiliki sifat logam
yang berkaitan dengan termal, dan konduktivitas listrik, namun dalam keadaan
padat SiO2 merupakan semikonduktor. SiO2 dan ferrosilicon bisa digunakan
dalam berbagai aplikasi seperti dalam pembuatan baja, sebagai elemen paduan
untuk meningkatkan sifat mekanik, pemanfaatan SiO2 di industri kimia dapat
berupa minyak cair, gemuk, karet dan resin padat. SiO2 digunakan untuk aplikasi
medis, insulator listrik, pelindung pelapis, cairan hidrolik dan pelumas. Aplikasi
yang terpenting adalah SiO2 dapat digunakan sebagai semikonduktor, bahan baku
dalam industri elektronik (Sudiro, 2013).
15
Bentuk-bentuk SiO2 merupakan beberapa struktur kristal yang penting bukan saja
karena SiO2 merupakan zat yang melimpah dan berguna, tetapi karena strukturnya
dan unit yang mendasar dalam kebanyakan mineral. Kadar SiO2 memiliki dua ciri
utama yaitu :
1. Setiap atom SiO2 berada pada pusat suatu tetrahedron yang terdiri dari dua
atom oksigen.
2. Setiap atom oksigen berada ditengah-tengah antara dua atom SiO2.
Tabel 2.3 Sifat-sifat SiO2
No Sifat Nilai
1 Nama IUPAC Silikon Dioksida
2 Nama lain Kuarsa, silika, silikat dioksida
Silicon (IV) oksida
3 Rumus Molekul SiO2
4 Massa Molar 60,08 g mol-1
5 Penampilan Kristal transparan
6 Titih Lebur 1600-1725°C
7 Titik didih 2230°C
Sumber : LIPI Laboratory, 2016
F. Mechanical Alloying (MA)
Mechanical Alloying (MA) adalah proses pengolahan serbuk logam padatan dan
meliputi penyatuan dan penghancuran ulang partikel serbuk dan proses solid state
serbuk dengan teknik menyertakan pengulangan, penggabungan, penghancuran
dan penggabungan kembali (rewelding) dengan menggunakan high shaker mill
(Suhandi, 2017). MA dapat digunakan untuk sintesis larutan padatan,
nanopartikel, paduan amorf, intermetalik dan komposisi kimia, biasanya
dilakukan di bawah atmosfer Inert dalam ball mill.
Teknik paduan MA telah dikembangkan untuk meningkatkan sifat permukaan dari
16
material. Metode ini dapat diaplikasikan secara luas untuk sintesis serbuk
komposit yang berbeda. Dalam beberapa tahun terakhir teknik paduan MA
digunakan untuk melapisi permukaan baja karbon rendah yaitu tumbukan antara
bola-serbuk dan substrat yang menyebabkan terbentuk lapisan pada permukaan
substrat. Proses paduan MA dapat membuat struktur multikomponen tebal dengan
kemampuan ikat yang tinggi pada substrat. Paduan MA adalah pencampuran dan
penghalusan serbuk-serbuk dengan bola-bola berenergi tinggi untuk mendapatkan
serbuk yang homogen. Mekanisme terjadinya tumbukan ditunjukaan pada
Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Mekanisme terjadinya tumbukan
Selama proses MA partikel campuran serbuk akan mengalami proses pengelasan
dingin dan penghancuran berulang ulang. Ketika bola saling bertumbukan
sejumlah serbuk akan terjebak di antara kedua bola tersebut. Beban impact yang
di berikan oleh bola tersebut akan membuat serbuk terdeformasi dan akhirnya
hancur. Permukaan partikel serbuk campuran yang baru terbentuk memungkinkan
terjadinya proses pengelasan dingin kembali antara sesama partikel sehingga
membentuk pertikel baru yang ukurannya lebih besar dari ukuran semula.
Kemudian partikel tersebut akan kembali mengalami tumbukan dan akhirnya
kembali hancur, begitu seterusnya hingga mencapai ukuran yang nano
(Simanjuntak, 2012).
17
G. Pengertian Oksidasi
Dari sejarahnya istilah oksidasi merupakan sebuah proses dimana suatu oksigen
diambil oleh suatu zat. Dilepasnya elektron oleh suatu unsur selama oksidasi
ditandai dengan meningkatnya bilangan oksidasi unsur tersebut, reaksi oksidasi
adalah reaksi pelepasan elektron. Zat yang mengalami oksidasi atau proses
melepasakan elektron disebut reduktor. Pengertian dari proses oksidasi merupakan
interaksi kontak langsung diantara molekul oksigen dan semua zat yang berbeda
dari benda mati hingga jaringan hidup seperti tumbuhan. Oksidasi akan terjadi
ketika kontak antara unsur radikal bebas dan udara seperti oksigen dan air
(Virtajaya, 2016).
Oksidasi juga bermanfaat untuk pembentukan aluminium yang tahan lama.
Namun, disisi lain oksidasi juga dapat merusak misalnya karat dari sebuah mobil,
dan rusaknya buah segar seperti buah apel yang dipotong akan berubah warnanya
menjadi coklat. Tidak semua bahan yang berinteraksi dengan molekul oksigen
hancur menjadi karat. Proses oksidasi tergantung pada jumlah oksigen yang ada
pada udara dan sifat bahan yang disentuhnya. Ada beberapa jenis oksidasi, tapi
pada penelitian ini yang akan digunakan adalah oksidasi siklik. Oksidasi siklik
merupakan proses oksidasi yang dilakukan secara bersiklus (Saber, 2017).
H. Optical Microscopy (OM)
Microscopy berasal dari kata mikro yang berarti sangat kecil dan alat untuk
melihat objek. Segala ssuatu yang terlalu kecil terlihat oleh mata disebut dengan
mikroskop. Mikroskop membantu kita melihat benda-benda lebih kecil menjadi
18
keliatan lebih besar beberapa kali. Mikroskop merupakan alat yang penting dalam
dunia sains karena mikroskop bias digunakan untuk mengamati mikroorganisme
dan bagian-bagian organisme dan struktur yang tidak nampak oleh mata (diameter
kurang dari 0,1 mm). Dengan sebuah lensa seperti lup, perbesaran bayangan
maksimum hanya 20 kali. Perbesaran ini, dapat melihat organisme seperti bakteri
atau virus. Untuk lebih meningkatkan perbesaran dapat digunakan dua lensa. Cara
inilah yang digunakan pada mikroskop pertama yang dibuat disekitar tahun 1590
oleh ahli pembuat alat-alat laboratorium (Bendersky, 2001).
Antonie van leeuwenhoek (1623-1723) adalah orang yang mempelopori untuk
membuat mikroskop yang digunakan untuk mengamati mikroorganisme.
Mikroskop yang dibuat masih sangat sederhana karena hanya memiliki satu lensa
bikonveks. Telah membuat gambar-gambar yang dilihatnya dibawah mikroskop.
Pada tahun 1680 Robert Hooke menggunakan mikroskop majemuk (gabungan
beberapa lensa) untuk melacak gambar sel dan hewan kecil secara rinci.
Mikroskop alat yang sering digunakan peneliti untuk melihat benda yang
berukuran kecil atau struktur dari material. Cara kerja dari mikroskop optik adalah
cahaya lampu yang dibiaskan oleh lensa kondenser, setelah melewati lensa
kondenser sinar mengenai spesimen dan diteruskan oleh lensa objektif. Lensa
objektif ini merupakan bagian yang paling penting dari mikroskop karena dari
lensa ini dapat diketahui perbesaran yang dilakukan mikroskop. Sinar yang
diteruskan oleh lensa objektif ditangkap oleh lensa okuler dan diteruskan pada
mata atau kamera. Pada microskop ini mempunyai batasan perbesaran yaitu dari
400 kali sampai 1400 kali (Sibilia, 1988).
19
I. X-Ray Diffraction (XRD)
Difraksi sinar-X adalah proses hambatan sinar-X oleh kristal. Sinar-X adalah
gelombang elektromagnetik transversal. Panjang gelombang sinar-X yang
digunakan dalam difraksi sekitar 0,5-2,5Å (Cullity, 1978). Dengan daya tembus
yang cukup besar dan panjang gelombang yang sesuai dengan kisi kristal, sinar-X
dapat digunakan untuk menganalisis struktur Kristal suatu bahan melalui pristiwa
difraksi. XRD merupakan metode karakterisasi yang memberikan informasi
tentang susunan atom, molekul atau ion dalam bentuk padat atau kristal. Analisa
berdasarkan pada pengukuran transmisi dan difraksi dari sinar-X yang dilewatkan
pada sampel padat.
Prinsip kerja XRD secara umum terdiri dari tiga bagian utama yaitu tabung sinar-
X, tempat objek yang teliti dan detektor sinar-X. Mula-mula sinar-X dihasilkan di
tabung sinar-X yang berisi katode untuk memanaskan filamen, sehingga
menghasilkan elektron. Perbedaan tegangan menyebabkan percepatan elektron
akan menembaki objek. Ketika elektron mempunyai tingkat energi yang tinggi
dan menabrak elektron dalam objek dihasilkan pancaran sinar-X. Objek dan
detektor berputar untuk menangkap dan merekam intensitas refleksi sinar-X.
Bila seberkas sinar-X dengan panjang gelombang diarahkan permukaan kristal
dengan sudut datang θ, maka sinar tersebut akan dihamburkan oleh bidang atom
Kristal dan menghasilkan puncak-puncak difraksi yang dapat diamati dengan
peralatan difraksi sinar-X. Syarat yang diperlukan agar berkas yang sejajar ketika
dihamburkan atom-atom kristal atau berinterferensi konstruktif adalah memiliki
beda jarak lintasan tepat n , dimana selisih jarak antara 2 berkas sejajar adalah 2d
20
Sin θ dan memenuhi persamaan Bragg, yang ditunjukkan oleh persamaan 1.
(1)
Dengan n adalah bilangan bulat dan merupakan tingkatan difraksi sinar-X,
adalah panjang gelombang yang dihasilkan oleh katode yang digunakan (Å), d
adalah jarak antar bidang (Å ) dan θ adalah sudut difraksi sinar-X terhadap
permukaan Kristal (°) (Cullity, 1978).
21
III. METODE PENELITIAN
A. Tempat dan Waktu Penelitian
Tempat penelitian ini dilakukan di Pusat Lembaga Penelitian Fisika Ilmu
Pengetahuan Indonesia (LIPI) Serpong Tangerang yang dilaksanakan pada bulan
Januari-April 2019.
B. Alat dan Bahan Penelitian
1. Alat Penelitian
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : mesin milling, pinset, gelas
ukur, kertas amplas, jangka sorong, timbangan digital, plastik sampel, cawan,
spatula besi, jar, sarung tangan, alas bata, saringan, botol, plastik sampel, label,
tisu, furnace, Optical Mikroscopy (OM), X-Ray Diffraction (XRD).
2. Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini substrat baja karbon rendah
berdimensi dengan panjang 10 mm3, lebar 8 mm
3 dan tinggi 3 mm
3, serbuk
Aluminium (Al), Nikel (Ni), Kromium (Cr), Tembaga (Cu), Molibdenum trioksida
(MoO3), Silikon dioksida (SiO2), larutan etanol, bensin dan larutan hexan.
22
C. Prosedur Percobaan
Adapun prosedur penelitian ini adalah :
1. Preparasi Sampel
Langkah-langkah preparasi sampel adalah :
1. Menyiapkan bahan yaitu baja karbon rendah berdimensi panjang 10 mm3, lebar
8 mm3 dan tinggi 3 mm
3.
2. bahan baja karbon rendah diamplas dengan menggunakan kertas SiC No. 800-
1200 grid.
3. bahan dibersihkan dengan menggunakan bensin sebanyak 3 kali pengulangan
4. Kemudian bahan dibilas dengan menggunakan larutan etanol yang bertujuan
untuk menghilangkan kotoran yang ada dipermukaan substrat baja karbon
rendah.
5. Substrat baja karbon rendah dikeringkan dengan semprotan udara.
2. Preparasi Serbuk
Langkah-langkah preparasi serbuk adalah :
1. Menyiapkan serbuk Aluminium (Al), Nikel (Ni), Kromium (Cr), Tembaga
(Cu), Molibdenum trioksida (MoO3) dan Silikon dioksida (SiO2).
2. Menimbang serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) sebanyak 10 gram.
3. Mencampur serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan larutan hexan.
4. Kemudian di masukkan kedalam jar dengan kedalaman 125 mL dengan
perbandingan antara bola dan serbuk adalah 10:1.
5. Serbuk akan dimilling dengan menggunakan mesin shaker mill selama 11 jam.
23
6. Setelah semua tercampur ditambah dengan substrat kemudian akan dimilling
kembali selama 3 jam.
Rumus komposisi serbuk :
Massa = mol x Ar
Wt (%) =
x100%
3. Pengujian oksidasi siklik
Langkah-langkah pengujian oksidasi siklik adalah :
1. Mengukur dimensi yaitu panjang, lebar dan tinggi pada masing-masing bahan
baja karbon rendah dengan menggunakan jangka sorong.
2. Menimbang massa pada masing-masing sampel dengan menggunakan
timbangan digital.
3. Sampel yang sudah diukur dimensi yaitu panjang, lebar, tinggi dan massanya
diletakkan ke dalam ceramic crusible.
4. Kemudian ceramic crusible yang berisikan sampel dimasukkan ke dalam
tunggku furnace.
5. Pengujian oksidasi siklik dilakukan pada temperatur 800°C selama 10x
pengulangan dengan waktu penahan 200 jam, dimana 1 kali pengulangan
berlangsung selama 20 jam.
6. Setelah itu sampel dikeluarkan dari dalam tungku furnace dan pendinginan.
7. Sampel ditimbang kembali untuk mengetahui pertambahan massa yang terjadi
pada masing-masing sampel.
D. Karakterisasi
Karakterisasi yang digunakan pada penelitian ini adalah :
24
1. Optical Microscopy (OM)
Analisis OM dilakukan untuk mengetahui surface morfologi permukaan coating
AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada permukaan baja karbon rendah.
2. Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)
Langkah-langkah karakterisasi sampel coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan
XRD adalah :
1. Menyiapkan sampel coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)
2. Meletakkan sampel pada tempat sampel (sample holder) kemudian diratakan
menggunakan kaca.
3. Memasukkan sampel ke dalam difraktometer untuk kemudian dilakukan
penembakkan dengan sinar-X.
4. Memulai pengujian difraksi (menekan tombol “start” pada menu di komputer)
di mana sinar-X akan meradiasi sampel yang terpancar dari target Cu dengan
panjang gelombang 1,5406 Å.
5. Setelah pengukuran selesai maka akan diperoleh data hasil difraksi dalam
bentuk soft data yang dapat disimpan dalam bentuk xrdml.
6. Selanjutnya data yang diperoleh akan diolah menggunakan software High
Score Plus v.3.0.5 untuk mengetahui fasa yang terbentuk dari sampel.
25
E. Diagram Alir Penelitian
Diagram alir preparasi substrat ditunjukkan pada Gambar 3.1
- Menyiapkan bahan yaitu baja karbon rendah
berdimensi dengan panjang 10 mm3, lebar 8
mm3 dan tinggi 3 mm
3.
- Bahan diamplas dengan menggunakan kertas
SiC No. 800-1200 grid.
- Bahan dibersihkan menggunakan bensin dan
dibilas menggunakan larutan etanol
- Bahan dikeringkan dengan semprotan udara.
Gambar 3.1 Skema preparasi bahan
Penyiapan bahan
Pengamplasan
Pembilasan
Pengeringan
Substrat
26
Diagram alir preparasi serbuk ditunjukan pada Gambar 3.2
- Menyiapkan serbuk sesuai dengan persen
konsentrasi berat.
- Menyiapkan bola-bola kecil dan besar sebanyak
100 gram.
- Memasukan serbuk dan bola ke dalam jar
berukuran 125 mL.
- Memasukan larutan hexan sedikit demi sedikit
secara perlahan-lahan hingga semua terendam.
- Serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dimilling dengan
menggunakan shaker mill selama 11 jam.
- Serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dan bahan baja
karbon rendah mencampur kemudian dimilling
kembali menggunakan shaker mill selama 3 jam.
- Karakterisasi menggunakan penampang lintang
(cross-section), kekasaran (rougness), OM dan
XRD.
Gambar 3.2 Skema proses preparasi serbuk
Pencampuran
Karakterisasi
Analisis data
Penyiapan serbuk AlNiCrCu-
(MoO3-SiO2)
Milling
27
Diagram alir pengujian oksidasi siklik ditunjukan pada Gambar 3.3.
- Mengukur sampel dengan menggunakan jangka
sorong.
- Menimbang sampel menggunakan timbangan
digital
- Meletakkan sampel ke dalam ceramic crusible
dan memasukkan kedalam tungku furnace
- Pengujian oksidasi siklik dilakukan pada
temperatur 800°C selama 10x pengulangan
dengan waktu penahan 200 jam, dimana 1x
pengulangan selama 20 jam
- Menimbang pertambahan massa setiap sampel.
- Karakterisasi menggunakan OM
Gambar 3.3 Skema karakteristik oksidasi siklik
Mengukur sampel
menimbang sampel
Pemanasan
Karakterisasi
Analisa data
Kesimpulan
Selesai
A. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan adalah sebagai
berikut :
1. Hasil penampang lintang dapat memperlihatkan bahwa coating AlNiCrCu-
(MoO3-SiO2) terdeposisi dengan baik pada substrat baja karbon rendah dengan
menggunakan metode mekanik mechanical alloying (MA) dan memiliki nilai
rata-rata ketebalan coating sebesar 38,162 µm-52,662 µm.
2. Hasil analisis surface morfologi permukaan coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)
dengan penambahan konsentrasi (MoO3-SiO2) sebesar 42% memperlihatkan
bahwa semakin besar konsentrasi (MoO3-SiO2) yang digunakan maka pori
yang terlihat pada permukaan semakin sedikit.
3. Hasil uji oksidasi siklik pada suhu 800°C selama 10x pengulangaan selama
200 jam dimana 1x pengulangan memerlukan waktu selama 20 jam dapat
memperlihatkan bahwa semakin bertambahnya konsentrasi (MoO3-SiO2) yang
digunakan maka pertambahan massa akan meningkat hal ini dikarenakan
oksigen yang berdifusi masuk ke permukaan semakin cepat.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
42
B. Saran
Pada penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan pengujian penampang
lintang (cross-section) setelah oksidasi dan pengujian X-ray Diffraction (XRD)
setelah oksidasi.
DAFTAR PUSTAKA
Ahnia F., and Demri, B. 2013. Evaluation of Aluminium coatings in Simulated
marine Environment. Surafce and coatings Technology. Vol. 220. pp. 232-
236.
Aryanto, D., Sudiro, T. 2018. Preparation of Ferrosilicon-Aluminium coating
using a Mechanical Alloying Technique Study of Thermal Anealing on
Their Structural Characteristics. Journal surface and coatings technology.
Vol. 337. Pp. 35-43.
Bandersky. 2001. Optical Microscopy High-Entropy Alloy: A critical Review.
Materials Research Letters. Vol. 2 No. 3. pp 107-123.
Birks, N., Meler, G.H., Fetit, F. S. 2006. Introduction on The High Temperature
Oxidation of Metal Cambridge. Vol. 4 No. 2 pp. 256-265.
Buvet, J., Sumner, J and Simms, N.J.2018. Impacts of Temperature and Surface
Finishupon Steam Oxidation of Austenitic Steel TP347HFG. Journal
material at High Temperatures. Vol. 35 No. 3.
Cabet and Purpey. 2010. Improvement of the Iso Thermal Oxidation Resistance of
CoNiCrAl Coating Sprayed by High Velocity Oxygen Func. Journal
Surface and Coatings Technology. Pp 3723-3728.
Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2013. Formation of Fe-Al
Intermetalic Coating on Low Carbon Steel by Anovel Mechanical alloying.
Vol 247. pp. 24-29.
Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2014. Effects of a New Pre-
milling Coating Procces on The Formation abd Properties of AlNiMnCu
Intermetalic Coating. Journal Powder Technology. pp. 110-117.
Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2014. Effect of Process
Parameters on The Formation of Fe-Al Intermettalic Coating Fabricated by
Mechanical Alloying. Journal of Enginering and materials Sciences. Vol.
21. pp. 595-600.
44
Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2013. Formation of Fe-Al
Intermetallic Coating on Low-Carbon Steel by a Novel Mechanical
Alloying Technique. Journal Powder Technology. pp. 24-29.
Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2014. Microstructure and
Properties of Fe-Al Intermetallic Coatings on The Low Carbon Steel
Synthesized by Mechanical Alloying. pp. 849-858.
Chen, A., Zhang, J., Duan, C., Feng, X., and Shen, Y. 2016. Investigation og Cr-
Al Composite Fabricated on Pure Ti Substrate Mechanical Alloying Method
effects of Cr-Al Ratio and Milling Time on Coating and Oxidation Behavior
Coating. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 660. pp. 208-219.
Cullity, B.D. 1978. Elements of X-ray Diffraction Second Edition. Adison Wesley
Publishing Company Inc. United State of America.
Cunat, L., D’onofrio, I., and Gonzalez. 2009. Nanophase Infermetallic Nikel
Obtained by Sintering After Mechanical Alloying. Journal Compound. Vol.
483. pp 154-158.
Darmanto. 2006. Pengaruh Holding Time Terhadap Sifat Kekasaran pada Proses
Carburizing Material Baja Karbon Rendah. Vol. 4 No. 2. pp. 84-92.
Dalvi, A., Bacon, W.G., Osborne, R.C., 2004. The past and The Future of Nickel
Laterites in coatings. Journal Surface and Coatings Thechnology. pp. 1-27.
Eni, Y. 2013. High Temperature Oxidation Resistance Behavior of a FeCrAlSi
Coating. University of Jinan. China.
Fargas G., Roa, J.J., Sefer, B., Pederson, R.M., Anti, and Mateo, A. 2018.
Influence of Cyclic Thermal Treatment on The Oxidation Behavior of Ti-
6Al-2Sn-4Zr-2Mo Alloys. Journal Materials Characterization. pp. 218-224.
Gasik, M. 2013. Handbook of Molibdenum Oksida high Entropy Alloys. USA :
Elsevier. ISBN. 978-08-0977539.
Guertin, J., Jacobs., J. 2015. Chromium (IV) Handbook. New York.
Guilbert, J.M. 1986. Preparation of coatings nikel oxidation cycle. New york. Vol.
4. pp. 110-117.
Husain, H., Rizal, M., Sujion.2014. Struktur Kristal dan Konduktivitas Paduan
Oksida yang disintesis dengan Paduan Mekanik. Jurnal Sains. pp. 2086-
6755.
Ilana, Andrea, Mato and Sonia.2017. Substrate Finishing and Niobium Content
Effects on The High Temperature Corrosion Resistance in Steam
45
Atmosphere of AlCr/AlNi Superlattice Coatings Deposited. Journal Surface
Materials. pp. 455-467.
Jafee, R., I. 2000. Molibdenum Oxidation Alloys. Journal Sains. Vol. 9. pp. 191-
199.
Kurniawan, Y., Syarief, I., dan Amiadji, 2015. Analisis Laju Korosi Pada Pelat
Baja Karbon dengan Variasi Ketebalan Coating, Institut Teknologi sepuluh
november (ITS), Surabaya. Jurnal teknik ITS. Vol. 4, No. 1 ISSN 2337-
3539.
Lee, G.G., Jung, S., Kim, D. J. 2016. Mikrostrutural Investigation of Alloy 617
Corroded in High Temperature Hellium Environment. Journal Nuclear
Engineeving and design. Vol. 271. pp. 301-308.
Lihong, L., Dejiu, S., Jingwu, Z., Jian, S., and Liang, L. 2011. Evalution of Micro-
arc Oxidation Behaviours of the Hot-Dipping Alumunium Coatings on Q235
Steel Substrate. Applied Surface Science, Vol. 257. pp 4144-4150.
Limam, A. 2017. Struktur Kekasaran dan Ketahanan Oksidasi Lapisan Fe-Mo-Al
yang dideposisi pada Baja Karbon Rendah dengan Teknik Paduan Mekanik.
Skripsi. Universitas Muhamadiyah. Yogjakarta.
Li, Y., Chen, C., Deng, R., Keng, X., and Shen, Y.2014. Mikcrostructure
Evolution of Coatings on Cu Substrate Prepared by Mechanical Alloying
Method. Powder Tecnology, Vol. 268. pp. 165-172.
Lipi Laboratory. 2016. Report of Analysis UPT. Balai Pengolahan Mineral
Lampung. Lampung.
Liu, S., and Zhang, W., 2004. Research on Microstructrue of in Situ Synthesizied
TiB2/Ni Metal-Ceramics Composites Coating. Journal of alloy and
compounds Vol.391. pp 146-150.
Mathers, G. 2002. The Coating Of Aluminium and Its Alloys. New York. pp. 1-5.
Maulana, Y., 2016. Analisa Kekuatan Tarik Baja St 41. Jurnal Acta and materials.
Vol. 2. No. 1 pp. 1-8.
Meng, Y., Shen, Y., Chen, C., Li, Y., Feng, X. 2013. Effects Of Cu Content and
Mechanical Alloying Parameters on The Preparation of Deposited
Composite Coatings on Cropper Substrate. Journal Alloys Compounds. pp.
585-592.
Muhammadnezhad, Shamanian, M., Enayati, M.H., and Sabhi. 2013. Influence of
Annealing Temperature on The Structure and Properties of the NiAl
Intermetalic Coatings Producted by Using Mechanical Alloying. Journal
Surface and Coatings Technology. Vol. 217. pp. 64-69.
46
Mustofa, Y. 2009. Analisis Kekuatan Tarik Baja Karbon Rendah St 41. Journal
Teknik Mesin Unika. Vol. 2. No. 1. Pp. 1-8.
Perez, H., Haworth, C. W., Argent, B. 2001. The Formation of Diffusion Coatings
on Some Low-Alloy Steels and High Temperature Oxidation Behaviour.
Part 2. Journal Oxidation Compound. Vol 2. Pp. 667-689.
Prosek, D., Nisa, K., Aryanto, D., Sudiro, T., Sebayang, P., Mahardika, P. 2016.
Karakterisasi Struktur Coating Mo-25Al yang difabrikasi dengan Metode
Paduan Mekanik. Journal Metalurgi. pp. 95-102.
Raphel, A., Kumaran, S., Vanghese, L. 2016. Oxidation and corrosion resitanceof
AlCoCrFeTi High Entropy Alloy. Journal International confere of
materials processing and characterization. pp 195-201.
Rolinson, C. 1973. The Chemistery of Chromium, Aluminium Coatings. Vol. 180.
pp. 275-270.
Romanowska, J. 2014. Aluminium Diffusion in Aluminide Coatings Deposited by
mechanical alloying. Vol. 44. pp. 114-118.
Romankov, S., Mamaeva, A., Kaloskin, S. 2017. Puished Plasma Treatmen of
Coating Produced by Mechanical Alloying Method Materials Letters. Vol.
61. Pp. 5288-5291.
Rosita, N., Sudiro, T., Aryanto, D., and Aji, M. P. 2015. Studi X-ray
Diffractometry pada Struktur Coating Aluminium yang dipreparasi dengan
Metode Mechanical Alloying. Jurnal Sains Material Indonesia. Vo. 17. Hal.
15-21.
Saber, D., Emam, I.S., Karim, R. A. 2017. High Temperature Cyclic Oxidation of
Ni Based Superalloys at Different Temperature in air. Journal of Alloys and
Coumpands. Vol. 719. pp. 131-141.
Saputra, H., Syarief A., Maulana Y., dan Akmad. 2014. Analisis Pengaruh Media
Pendingin Terhadap Kekuatan. Journal Ilmiah Teknik Mesin Unlam. Vol 3.
No. 2. Pp 91-98.
Sari, Y. 2013. Penetuan Kadar Nikel dalam Mineral Laterit. Skripsi. Universitas
Negeri Semarang.Hal. 126.
Schaefer, N.V., Handler,R.,Scherrer,M. 2017. Fe(II) Reduction Of Pyrolusite (𝛽-
MnO2) and Secondary Mineral Evolution.pp.2-11.
Sibilia. 1998. Prinsip Kerja Mikroskop Optik. Jurnal Teknik Ui. Vol 2 No. 2. pp
1-5.
47
Simanjuntak, B.A., Purwaningsih, H. 2012. Pengaruh Kecepatan Milling
Terhadap Struktur Mikro Komposit. Jurnal Teknik ITS. Vol. 1 No.1. ISSN :
2301-9271.
Sudiro, T., Sebayang, P., Aryanto, D., Hia, A. I., and Sebayang, K. 2015.
Structure and Hardness Characteristics of 50Cr-50Al coating Prepare by
Mechanical Alloying Technique : Effects of Heat Treatment Temperature.
Technology Indonesia. Vol. 38. pp. 156-162.
Suhadi, A., Anggraini, L. 2017. Analisa Struktur Mikro dan Sifat Mekanik pada
Lapisan Melalui Paduan Mekanik. Vol. 2 No. 2. ISSN. 2527-6212. pp. 88-
99.
Sumarji. 2011. Evaluasi Baja Karbon Rendah pada Lingkungan di Kab. Jember.
Journal Rotor. Vol. 5. No. 1. Pp. 44-51.
Suryanarayana, C. 2011. Mechanical Alloying and Milling. Journal Progres in
Materials sains. pp. 1-180.
Tahta, A., Malik, A., Darminto, B. 2012. Sintesis dan karakterisasi XRD coating.
Jurnal sains. Vol 1. No. 1. ISSN : 2301-9280.
Tawancy, A., M. 2018. Influence Of Manufacturing Rute On The Oxidation
Resistance of Platinum-Modified Aluminiade Band Coatings and Their
Performace in Thermal Barrier Coatings Peposited on a Ni-Based
Superalloy. pp. 1-21.
Tian, Y., Shen, Y., Lu, C., Feng, X. 2018. Microstructure and Oxidation Behavior
of AlMnCrCu-CoMo Composite Coatings on Ti-6Al-4v Alloy substrate
High-energy Mechanical Alloying Method. Journal of Alloys and
Compounds. Vol. 779. pp. 456-465.
Virtajaya, Angga Roby. 2017. Perilaku Oksidasi Uap Air Baja Cr-Mo-Ni Melalui
Pelapisan Al.Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Lampung. Bandar Lampung.
Wang, C.J., Badaruddin, M. 2010. The Depence of High Temperature Resistance
of Aluminized Stell Exposed to Water-Vapour Oxidation. Journal Surface
and Coatings Technology. Vol. 205. pp. 1200-1205.
Wulandari, A.2011. Studi ketahanan Baja Karbon Rendah. Skripsi. Universitas
Indonesia. Jawa Barat.
Yu, C., Zhang, J and David.2016. Sulfur Effect On Corrosion Behavior of Fe-Cr-
(Mn-Si) and Fe-20Ni-20Cr-(Mn-Si) in Co2-H2O at 650°C. Journal of The
Electrochemical Society. pp.C105-C115.
48
Zang, Z.G., Gesmundo, F., Hou, P. Y., Niu, Y.2006. Criteria For The Formation
of Protective Al2O3 Scales on Fe-Al and Fe-Cr-Al-Alloys. Journal
Corrossion Science. pp. 741-765.
Zhao, Q., Shao, Z., and Jiang. 2014. Preparation of Cu-Cr Alloy Power by
Mechanical Alloying. Journal of Alloys and Compounds. pp. 118-124.