Carbon nanotubes (CNTs) yang ditemukan pada 1991 oleh Ijima memiliki sifat mekanik yang luar biasa dan sifat elektronik yang unik. Oleh karena itu, aplikasi CNTs sangat luas, seperti peralatan nanoelektronik, komposit, sensor kimia, biosensor, dll. CNTs umumnya berupa rangkaian heksagonal atom-atom karbon yang tergulung panjang seperti pipa. Single-walled nanotubes (SWNTs) terdiri atas selapis silinder dengan diameter 1—3 nm dan panjang beberapa ?m. Sedangkan Multi-walled nanotubes (MWNTs) terdiri atas susunan koaksial konsentris single wall nanotubes dengan jarak satu sama lain 0,34 nm dan diameter 2—20 nm. Pembuatan SWNTs dan MWNTs menggunakan teknik arc discharge, laser ablation, dan chemical vapour decomposition (CVD).

Sintesis CVD dilakukan dengan menguapkan karbon yang dibantu katalis pada substrat. Sumber energi akan mendekomposisi molekul gas menjadi atom karbon reaktif lalu terdifusi menuju substrat yang dilapisi katalis (logam transisi: Co, Ni, Fe) yang menukleasi nanotuben yang ukurannya sama dengan partikel katalis. Sebagai sumber karbon digunakan CH₄, CO₂, acetylene, ethylene, dan benzene. Temperatur sintesis CVD yaitu 650—1000°C. Teknik sintesis CNTs dengan CVD yang telah dikembangkan seperti plasma enhanced CVD, thermo chemical CVD, alcohol catalytic CVD, vapour phase growth, aero gel-supported CVD, dan laser assisted CVD. Proses CVD melibatkan beberapa parameter utama yaitu gas umpan, katalis, temperatur, dan waktu reaksi.

SWNT dengan kualitas tinggi dapat diperoleh pada proses sintesis CVD dengan menggunakan CH₄ sebagai sumber karbon dengan pemberian temperatur 850—1000°C, dan katalis serta kondisi aliran yang cocok. MWNTs telah dikembangkan menggunakan substrat yang dilapisi partikel nano Ni dengan metode PECVD. Partikel nano Ni mengendap pada permukaan silikon dengan cara percikan atau penguapan termal. Ukuran CNTs memiliki hubungan linear dengan ketebalan lapisan Ni pada substrat. Pembuatan CVD dengan katalis Ni biasanya menggunakan campuran CH₄/H₂ atau C₂H₂/H₂(N₂).

Katalis logam berupa serbuk digunakan pada produksi massal CNTs dengan fluidized bed reactor. Sisa partikel katalis dihilangkan dengan reaksi kimia, sedangkan carbonaceous impurities dihilangkan proses oksidasi. Produksi sensor berbasis CNT memerlukan fungsionalisasi dan surface immobilization. Penggunaan CNTs sebagai amperometric biosensor dikarenakan oleh kemampuanya untuk mem-promote transfer elektron serta rasio permukaan-volume yang tinggi. Wang melaporkan penggunaan CNTs sebagai electrochemical biosensors telah digunakan sebagai elektroda pada oksidasi protein dan nucleic acids serta untuk deteksi dan studi transfer elektron pada glukosa.

EKSPERIMEN

Proses Sintesis

Katalis yang digunakan adalah Ni yang dibantu SiO₂/Al₂0₃ Aldrich (Ni 65 wt.%, luas permukaan 190 m²g^-1, volume pori 0,32 mLg^-1). Diameter partikel < 20 ?m (90%), 20—45 ?m (2%). Gas CH₄ (99,95%), H₂ (99,99%), dan Ar (99,99%). Sintesis CNTs dilakukan di quartz tube reactor (diameter internal 24 mm, panjang 402 mm), horizontal furnace HOBERSAL, ST-11. Pada tiap sintesis, serbuk katalis disebar di ceramic boat (8 x 1 cm²). Laju gas umpan diatur pada 150 cm³min^-1. Proses sintesis CNTs berupa siklus temperatur di mana Ar dialirkan ke temperatur operasi, pencampuran H₂/CH₄ dengan aliran 150 cm³min^-1 selama reaksi, dan Ar dialirkan ke temperatur ruang (gambar 1).

Proses Pemurnian

Reagen yang digunakan adalah HCl 37%, HNO₃ 65%, dan HF 40%. Proses pemurnian terdiri atas:

1. Sonikasi pada HF selama 30 menit dan disaring dengan polycarbonate (pori 0,2 ?m).
2. Mencelupkan bucky paper pada HCl dan HNO₃, lalu disonikasi dan disaring berulang kali hingga larutan pada filtrat tidak berwarna.
3. CNTs dicuci dengan air distilasi.
4. Sampel dimasukkan ke furnace (600°C, 2 jam) untuk menghilangkan karbon amorf.

Proses Fungsionalisasi

Agar fungsionalisasi baik diperlukan high oxidative treatment, yaitu HNO₃ 65% ditambahkan ke sampel diletakkan di reflux selama 3 jam, lalu disaring dengan polycarbonate (pori 0,2 ?m) dan dicuci dengan air distilasi.

Karakterisasi

Produk dan efisiensi proses pemurnian dievaluasi dengan Thermogravimetric Analysis (TGA) dan Inductively Coupled Plasma Atomic Spectroscopy (ICP-AES). Atomic Force Microscopy (AFM) dan Raman Scattering digunakan untuk mengkarakterisasi struktur CNTs.

HASIL DAN DISKUSI

Proses Sintesis

Pengaruh variabel proses (temperatur, massa katalis, komposisi gas umpan, dan waktu reaksi) dianalisis untuk mengevaluasi jumlah produksi CNTs. Nilai setiap parameter ditunjukkan pada tabel 1.

Konversi CH4 menjadi C dihitung dengan mass difference relatif terhadap total karbon pada reaktor. Jumlah produk akhir CNTs dapat ditentukan dengan TGA yang dilakukan pada atmosfer Ar. Rasio udara/Ar merupakan parameter kritis karena keberadaan Ni yang dapat mengkatalis reaksi oksidasi karbon. Sementara itu, sampel kosong denagn katalis Ni/SiO₂-Al₂O₃ dilakukan pada atmosfer Ar. Weight loss pada katalis karena sublimasi pada 850°C, 925°C, dan 1000°C adalah 8,3%, 8,3%, dan 8,5%. Dari spektrum TGA, setiap bentuk karbon dapat dibedakan karena perbedaan reaktivitas terhadap oksidasi udara. Gambar 2 menunjukkan tiga range temperatur di mana tampak jelas terjadinya weight loss, yaitu range I (470—660°C) pada karbon amorf, range II (660–990°C) pada CNTs, dan range III (990–1200°C) pada karbon grafit. Temperatur pembakaran tersebut merupakan karakteristik MWNTs.

Tabel 2 memperlihatkan weight loss pada eksperimen. Penyebab fluktuasi pada tabel adalah jumlah katalis pada tiap endapan karbon sehingga laju pembakaran yang tinggi sulit dihindari.

Analisis eksperimen menghasilkan hubungan antara kondisi proses dengan endapan karbon. Persamaan matematika dari software Statgraphics 5 plus dengan koefisien 95,2%:

Tabel 3 menunjukkan kondisi terbaik untuk memperoleh nilai konversi tertinggi, yaitu baik pada temperatur tinggi (1000°C) dengan rasio tinggi H₂/CH₄ maupun pada temperatur rendah (850°C) dengan rasio H₂/CH₄ (0,5). Pada kondisi lain, faktor penentu adalah massa katalis.

Persamaan di atas merupakan hubungan antara variabel proses dengan jumlah CNTs pada endapan karbon, di mana koefisiennya adalah 97,97%. Waktu reaksi, temperatur, dan massa katalis menunjukkan hubungan linear. Persamaan matematika tersebut memperlihatkan kesulitan dalam menentukan kondisi reaksi optimal karena beberapa parameter bertentangan. Kondisi operasi terbaik untuk memperoleh persentase CNTs optimal ditunjukkan pada tabel 4.

Temperatur tinggi, massa katalis, rasio H2/CH4 dan waktu reaksi yang rendah dipilih sebagai kondisi optimal untuk sintesis CNTs dengan CVD (tabel 5). Variabel lain yang perlu dipertimbangkan adalah area kontak antara precursor gas dengan katalis atau arah aliran, tekanan, jenis katalis, serta sumber hidrokarbon agar diperhatikan selama eksperimen berlangsung.

CNTs didispersikan di n-methyl-pirrolidone (NMP) dan diendapkan pada penahan khusus dengan metode drop-drying. Diameter rata-rata CNTs adalah 16 nm dan panjang sekitar 1—10 ?m. Gambar 3 menunjukkan gambar CNTs dengan tampilan linear. MWNTs sering membentuk long helices yang mengindikasikan adanya cacat pada struktur grafit.

Struktur MWNTs ditunjukkan oleh Raman spectroscopy di mana spektrum Raman  raw sample dilakukan dengan RENISHAW IN VIA RAMAN MICROSCOPE serta menggunakan laser ion Ar⁺ (514 nm) dengan kekuatan 20 mW.  Pada gambar 4, pita G diperoleh dari mode aktif in-plane Raman pada grafit, pita disorder-induced D, dan second-order harmonic, pita G’.

Proses Pemurnian

Metode pemurnian CNTs telah dikembangkan di INASMET yang berbasis oksidasi fasa gas dan oksidasi fasa cair. SiO₂/Al₂0₃ dipisahkan dari produk karbon dengan HF lalu diaduk, disaring, dan dicuci. Partikel Ni dihilangkan dengan HNO₃ dan HF lalu disonifikasi, disaring, dan dicuci. Oksidasi karbon amorf dilakukan pada 600°C. Komposisi kimia dianalisis menggunakan ICP-AES dan hasilnya pada tabel 6.

TGA pada sampel setelah partikel katalis dihilangkan menentukan kondisi pembakaran karbon amorf dilakukan pada 10°Cmin^-1 dan persentase udara yang lebih tinggi daripada TGA sebelumnya. Hanya dua pita pembakaran yang sesuai dengan CNTs (790°C) dan grafit (1074°C) pada gambar 5.

Daerah di bawah plot adalah jumlah dua komponen pada sampel. Sementara itu, weight loss pada 1200°C adalah 95,7%. Oleh karena itu, produk yang tidak terbakar (jumlah katalis pada sampel yang dimurnikan) adalah 4,3%. Hasil ini sesuai dengan yang diperoleh dengan ICP-AES.

Proses Fungsionalisasi

Electrochemical biosensor diperoleh melalui pemurnian dan fungsionalisasi CNTs dengan cara mengoksidasinya di dalam konsentrat HF untuk menghasilkan gugus karboksil (karbonil dan hidroksil) pada permukaan. Karakterisasi kualitatif menggunakan Fourier Transform Infrared Spectroscopy, sedangkan secara kuantitatif dengan metode titrasi.

Infrared Spectra (gambar 6) menunjukkan pita karakteristik asam karboksilat, yaitu v (C=O) pada 1719 cm^-1, v (CO) pada 1182 cm^-1, dan v (COH) pada 1115 cm^-1. Spektra FTIR memperlihatkan puncak pada 1586 dan 1627 cm^-1 yang merupakan v (C=C). Pada 1370 cm^-1 terdapat pita karakteristik fenol yang merupakan delokalisasi elektron ? yang sifatnya mirip senyawa aromatik.

Metode titrasi asam-basa digunakan untuk menentukan konsentrasi asam pada permukaan MWNTs. Hasil titrasi berdasarkan metode perhitungan Hu adalah 14,81 x 10^-3 COOH molg^-1 total sampel, lebih tinggi daripada yang diperoleh Zhao yaitu 2,5 x 10^-3 COOH molg^-1 CNTs. Raman spectroscopy digunakan untuk menentukan derajat ketidakteraturan struktur CNTs setelah pemurnian dan fungsionalisasi. Pita D memberi informasi tentang kristalinitas sampel. Pita disorder-induced D hanya aktif di dalam Raman spectrum pada karbon sp² karena terdapat hetero-atoms, vacancies, batas butir, atau cacat lainnya yang mengurangi kesimetrian kisi kristal. Rasio intensitas D/G meningkat dari 57,8% pada raw sample menjadi 77,6% pada functionalized sample (gambar 7). Dengan demikian, proses fungsionalisasi meningkatkan derajat cacat struktural nanotubes.

KESIMPULAN

Pada jurnal ini dipelajari pengaruh parameter massa katalis, waktu reaksi, temperatur, dan rasio H₂/CH₄ pada pembuatan CNTs dengan CVD. Massa katalis menjadi faktor penentu pada proses ini di mana konversi CH₄?C sebanding dengan kuadrat dari massa katalis. Waktu reaksi tidak mempengaruhi proses. Temperatur tinggi (1000°C) dan rasio H₂/CH₄ (1) menghasilkan persentase konversi yang sama dengan temperatur rendah (850°C) dan rasio H₂/CH₄ (0,5). Hasil terbaik didapat pada kondisi temperatur 1000°C dan rasio H₂/CH_4­ = 1. Kondisi lain yang perlu diperhatikan adalah tekanan, jenis katalis, sumber hidrokarbon, area kontak gas-katalis, dan arah aliran.

Pengukuran dengan AFM didapatkan diameter rata-rata dan panjang CNTs adalah 16 nm dan 100 nm. Proses pemurnian untuk menghilangkan sisa katalis dan karbon amorf menghasilkan kandungan logam pada CNTs kurang dari 5%. Kemampuan CNTs mem-promote transfer elektron menghasilkan pendekatan baru untuk komunikasi langsung elektrik dengan biomolekul redoks aktif.

========================

Kontributor : Agus Somantri

Referensi : Izaskun Bustero, dkk. Control of The Properties of Carbon Nanotubes Synthezes by CVD for Application in Electrochemical Biosensors. 2005.

No related posts.

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Gambar 1. Diagarm Fasa Fe-Fe3C

Dari diagram Fe-Fe3C di atas dapat diketahui bahwa peningkatan temperatur dapat menyebabkan terjadinya perubahan fasa dari ferrite atau pearlite menjadi austenite, yaitu fasa di mana semua karbon bebas (C) larut dalam logam. Jika baja didinginkan secara lambat, karbon bebas (C) akan berdifusi keluar sehingga austenite akan menjadi ferrite dan pearlite. Tetapi jika dari fasa austenite kemudian dilakukan pendinginan yang cepat, austenite akan menjadi fasa yang sangat keras yang disebut martensite.

Martensite terbentuk jika austenite (struktur FCC) melalui proses pendinginan yang sangat cepat (rapid cooling) ke temperatur ruang. Sedangkan jika dilakukan pendinginan secara normal (slow cooling) akan terjadi perubahan fasa dari austenite menjadi ferrite (struktur BCC). Dengan kata lain seiring dengan terjadinya pendinginan dari austenie menjadi ferrite, terjadi juga perubahan struktur baja dari FCC menjadi BCC.

Struktur BCC memiliki kelarutan karbon (C) yang lebih rendah daripada struktur FCC sehingga karbon bebas yang larut di dalam austenite harus berdifusi keluar dari kisi kristal FCC dan membentuk senyawa karbida saat terjadi transformasi kristal. Proses difusi ini berlangsung lama. Apabila pendinginan dilakukan dengan cepat maka karbon bebas yang terlarut di dalam austenite tidak sempat berdifusi keluar kisi kristal sehingga tidak terjadi transformasi FCC menjadi BCC melainkan terjadi transformasi geser pada kisi kristal menjadi bentuk struktur BCT yang mengandung karbon sangat jenuh sehingga material tersebut memiliki tegangan. Oleh karena itu fasa martensite menjadi fasa yang sangat keras.

Gambar 2. Ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan martensit

Untuk mendapatkan nilai kekerasan baja yang optimal perlu diperhatikan temperatur dan waktu tahan proses astenisasi. Apablia temperatur dan waktu tahan austenisasi telalu kecil, tidak akan diperoleh pengerasan pada logam. Sedangkan jika temperatur dan waktu tahan austenisasi telalu lama, akan terjadi pertumbuhan butir sehingga ketangguhan baja menjadi rapuh. Oleh karena itu diperlukan temperatur dan waktu tahan austenisasi yang tepat agar diperoleh pengerasan yang optimal sebagaimana diilustrasikan pada gambar berikut ini:

Gambar 3. Skema pengaruh temperatur dan waktu tahan proses tempering terhadap kekerasan logam

Related posts:

1. Heat Treatment pada Baja Hardening (proses pengerasan) merupakan proses yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan...
2. Korosi Intergranular pada Pengelasan Dissimilar antara Baja Karbon dengan Baja Tahan Karat Pengertian Korosi Intergranular (Intergranular corrosion) merupakan korosi yang terjadi di...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Walaupun jenisnya bermacam-macam, pada prinsipnya proses hardening dilakukan dengan cara membentuk struktur yang keras pada material sehingga nilai kekerasan material tersebut akan meningkat. Sayangnya peningkatan kekerasan tersebut akan dikompensasikan dengan menurunnya ketangguhan material. Untuk meningkatkan kembali ketangguhan material tersebut, perlu dilakukan proses tempering. Prinsip proses ini ialah dengan memanaskan material pada temperatur dan waktu tertentu, sehingga dapat terbentuk suatu struktur yang stabil. Contohnya pada suatu baja karbon, proses ini akan menyebabkan segregasi mikrostruktur sehingga struktur-struktur yang tidak stabil seperti martensit akan berkurang dan berubah menjadi suatu struktur lain yang lebih stabil, misalnya pearlit.

Yang perlu diperhatikan disini ialah selama kedua proses ini berlangsung, ada berbagai faktor dan variabel yang berpengaruh terhadap kekerasan material yang dihasilkan, antara lain temperatur austenisasi, waktu tahan austenisasi, kecepatan pendinginan, temperatur temper, waktu  tahan temper dan sebagainya.

Perlakuan panas (heat treatment) ialah suatu perlakuan pada material yang melibatkan pemanasan dan pendinginan dalam suatu siklus tertentu. Tujuan umum perlakuan panas ini ialah untuk meningkatkan kinerja material dengan cara memodifikasi struktur mikro dan sifat mekanis dari material tersebut, sehingga diharapkan dengan adanya perlakuan panas ini, material menjadi lebih berdaya guna dan dapat memenuhi tuntutan aplikasinya.

Proses perlakuan panas untuk mendapatkan atau memperbaiki sifat-sifat mekanis seperti kekerasan dan ketangguhan umumnya dilakukan dengan cara menaikkan temperatur logam diatas temperatur kritis (garis A1 pada diagram Fe-Fe3C) yaitu temperatur dimana mulai terjadinya transformasi struktur dari ferit menjadi austenit. Selanjutnya logam ditahan pada temperatur tersebut untuk waktu tertentu dan dilanjutkan dengan pendinginan dengan kecepatan dan media tertentu pula.

Hardening (proses pengerasan) merupakan proses yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan material. Mekanisme peningkatan kekerasan ini bermacam-macam. Namun dalam ilmu perlakuan panas, hardening pada prinsipnya dilakukan dengan membentuk suatu baru struktur yang keras pada material. Mekanisme yang biasa dilakukan ialah dengan penambahan suatu unsur atau sekedar membuat suatu struktur yang keras dengan komposisi yang telah ada pada material. Salah satu struktur keras yang dimaksud pada mekanisme kedua ialah martensit (>500 BHN). Struktur martensit bersifat keras dan rapuh sehingga pada prakteknya tidak dapat langsung digunakan, karena pembentukan martensit diiringi distorsi matriks yang cukup besar.

Pembentukan struktur martensit terjadi melalui proses pendinginan cepat (quench) dari fasa austenit (struktur FCC – Face Centered Cubic) hingga temperatur ruang, yang berakibat pada terperangkapnya atom karbon (tidak sempat berdifusi) sehingga terjadi peregangan kisi dari struktur BCC (Body Centered Cubic) yang seharusnya terbentuk (ferrite) menjadi martensit yang berstruktur BCT (Body Centered Tetragonal). Gambar dibawah ini menunjukan ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan maternsit.

Gambar 1. Ilustrasi perubahan struktur FCC menjadi struktur BCT pada mekanisme pembentukan martensit

Kekerasan martensit akan bertambah seiring dengan naiknya kadar karbon. Selain itu, kekerasan martensit ini juga dipengaruhi oleh temperatur austenisasi, waktu tahan, dan kecepatan pendinginan. Namun, seperti yang telah disebutkan sebelumnya, peningkatan kekerasan ini tetap akan berakibat menurunnya ketangguhan material. Karena itulah proses tempering perlu dilakukan untuk meningkatkan ketangguhan material, terlebih lagi material yang telah mengalami proses hardening (untuk mengurangi brittleness).

Baja yang mengandung martensit akibat mekanisme quench akan mempunyai sifat yang sangat getas. Hal ini karena proses pembentukan martensit tersebut akan meningkatkan tegangan sisa di dalam baja. Proses temper untuk menghilangkan tegangan sisa sekaligus meningkatkan ketangguhan pada baja dilakukan dengan pemanasan baja pada suatu temperatur di bawah garis A1 atau lower critical temperature (723⁰C). Peningkatan ketangguhan dan keuletan baja ini biasanya dilakukan dengan mengorbankan sedikit kekerasan.

Gambar 2. Diagarm Fasa Fe-Fe3C

Related posts:

1. Korosi Intergranular pada Pengelasan Dissimilar antara Baja Karbon dengan Baja Tahan Karat Pengertian Korosi Intergranular (Intergranular corrosion) merupakan korosi yang terjadi di...
2. Mekanisme Pembentukan Martensite Gambar 1. Diagarm Fasa Fe-Fe3C Dari diagram Fe-Fe3C di...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Korosi Intergranular (Intergranular corrosion) merupakan korosi yang terjadi di sepanjang daerah batas butir. Korosi tipe ini sangat sering terjadi di beberapa jenis baja tahan karat (stainless steel), paduan-paduan nikel (nickel alloy) dan pada beberapa jenis paduan aluminium (aluminium alloy) namun korosi intergranular pada aluminum biasanya disebut pengelupasan (exfoliation). Korosi intergranular sering juga disebut “intercrystalline corrosion” atau “interdendritic corrosion”. Untuk mengidentifikasi korosi tipe ini biasanya diperlukan pengujian mikrostruktur dengan menggunakan mikroskop meskipun kadang-kadang korosi tipe ini juga dapat dilihat dengan mata telanjang misalnya pada kasus weld decay.

Mekanisme

Pada pemanasan paduan hingga temperatur antara 425-815⁰C dalam waktu yang relatif lama, maka akan terbentuk endapan kromium karbida (Cr₂₃C₆) melalui reaksi antara kromium dengan karbon pada baja. Endapan-endapan ini bersegregasi ke sepanjang batas butir  kemudian terbentuklah daerah yang kekosongan kromium (crhomium-depleted-zone) di sekitar batas butir (terjadi sensitasi). Profil kromium pada batas butir setelah sensitasi diilustrasikan pada gambar 1. Oleh karena kehilangan unsur penahan korosi yaitu kromium, maka bagian chromium-depleted-zone ini rentan terhadap terjadinya korosi. Ilustrasi terjadinya korosi intergranular terdapat pada gambar 2.

Gambar 1. Profil kromium pada batas butir setelah terjadi sensitasi

Gambar 2. Representasi skematis terjadinya korosi intergranular akibat presipitasi karbida pada batas butir. (a) presipitasi karbida pada batas butir. (b) daerah yang kekurangan krom pada batas butir. (c) korosi intergranular.

Jenis Material : Carbon Steel S4000 dan Stainless Steel S340

Contoh Aplikasi :

• Sambungan antara rangka (CS) dengan atap gerbong (SS) kereta api
• Sambungan antara pintu atas (Cs) dengan pintu bagian bawah (SS) kereta api

Contoh Permasalahan

Penurunan ketahanan korosi pada sambungan lasan antara dua material yang berbeda yaitu antara baja karbon S4000 dengan baja tahan karat S340 yang menyebabkan penurunan sifat mekanis sehingga material lasan ini mudah mengalami kegagalan katastropik. Permasalahan tersebut sulit diatasi karena adanya perbedaan sifat fisik, sifat mekanis dan sifat metalurgi dua logam yang dilas. Baja S340 merupakan baja tahan karat austenitik namun mengalami penurunan ketahanan korosi akibat terbentuknya presipitat kromium karbida yang mengendap di batas butir austenit. Presipitat ini terjadi karena krom dari material S340 bermigrasi ke daerah HAZ akibat pengelasan yang dilanjutkan dengan pendinginan lambat dari 900⁰C ke 450⁰C sehingga material S340 rentan mengalami korosi intergranular. Mikrostruktur baja S340 dapat dilihat pada gambar 3.

Gambar 3.  Mikrostruktur baja S304. Gambar sebelah kiri adalah mikrostruktur baja yang sudah dinormalisasi, gambar yang sebelah kanan adalah struktur yang mengalami sensitasi.

Cara untuk Mencegah atau Memperbaiki

1. Saat pengelasan atau perlakuan panas berlangsung, kromium cenderung memilih karbon untuk bersenyawa dan membentuk kromium karbida yang memicu timbulnya intergranular corrosion. Salah satu cara mengatasinya adalah dengan memberikan Low carbon filler metal seperti 308L,316L. Untuk mencegah agar pada aplikasi yang kita gunakan tidak mengalami korosi intergranular yaitu dengan memilih base metal yang juga low carbon base material atau dengan menggunakan material yang sudah distabilisasi dengan penambahan Ti atau Nb karena material-material tersebut memiliki ketahanan terhadap korosi intergranular yang baik.
2. Pencegahan terjadinya korosi intergranular pada material juga bisa dengan memberikan perlakuan solution annealing pada paduan untuk menghilangkan fasa di daerah batas butir yang mana fasa tersebut dapat mengurangi ketahanan korosi.

REFERENSI

Callister, William D. 2003. Materials Science and Engineering an Introduction. USA: Von Hoffman Press.

Jones, Denny A. 1996. Principles and Prevention of Corrosion – 2nd ed. USA: Prentice Hall.

www.corrosionsource.com

www.doctor-corrosion.com

www.lppm.uns.ac.id

Related posts:

1. Heat Treatment pada Baja Hardening (proses pengerasan) merupakan proses yang bertujuan untuk meningkatkan kekerasan...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Sepenggal kisah :

Di sebuah keluarga, ada seorang anak kecil sedang asyik bermain di lantai. Ibunya sedang menyulam kain di atas kursi. Anak itu terheran-heran kepada ibunya, lalu dia bertanya, “Bu, ibu sedang apa? Kok jahitnya berantakan? Kan jelek.” Dengan lembut ibunya menjawab, “Kamu teruskan saja bermainnya dulu, nanti kalo sudah selesai akan ibu beritahu.”

Setelah selesai merajut, sang ibu memanggil anaknya dan memperlihatkan hasil sulamnya. “Ini dia yang tadi ibu jahit nak.” Kata sang ibu sambil menyodorkan hasil rajutannya bermotif bunga dan lebah. “Wah, bagus sekali Bu! Tapi kok tadi aku lihat benang-benang yang Ibu jahit kusut berantakan?” Tanya sang anak. “O, tadi kamu melihatnya dari bawah nak, jadi tampaknya kusut. Jika kamu melihatnya dari atas, akan tampak indah seperti ini”, jawab ibunya.

Sahabat sekalian, seringkali kita berada dalam kondisi seperti anak pada kisah di atas. Kita melihat benang-benang kehidupan kita tampak sangat kusut dan berantakan. Barangkali beberapa di antara kita ada yang protes  “Ya Allah kenapa hidup saya seperti ini? Kenapa masalah saya sangat berat? Kenapa hal ini terjadi pada saya?” dan keluhan-keluhan lain yang sejenisnya.

Pada saat kita mengeluh, kita seperti anak pada kisah di atas. Melihat rajutan benang-benang hidup kita dari bawah, tampaknya memang kusut dan berantakan. Sampai-sampai kita berpikir, sebenarnya hidup saya ini mau dibuat seperti apa oleh Tuhan? Silih bergantinya pengalaman sediha, kecewa, pahit dan manis membuat kita semakin khawatir, seperti apakah takdir saya 5 atau 10 tahun yang akan datang?

Sahabat, yakinlah bahwa sesungguhnya Allah SWT telah membuat rajutan yang mahaindah untuk hidup kita. Maka kelak kita akan dipanggil dan diperlihatkan oleh-Nya hasil rajutan yang telah dibuat dari benang-benang kehidupan kita. Kelak kita akan melihat bahwa pengalaman yang kita rasakan sangat pahit ternyata turut memberikan warna bagi rajutan hidup kita dan kita akan sangat berterima kasih kepada Allah.

Sahabat, teruslah bergerak karena dengan bergerak akan menandakan bahwa kita masih hidup. Putus asa dalam menghadapi problematika hidup bukanlah solusi yang baik. Carilah takdirmu, karena semuanya telah disiapkan untukmu oleh Allah SWT dan Dia tidak akan mengubah nasibmu kecuali kamu yang bergerak untuk mengubahnya.

Sahabat, yakinlah bahwa Allah SWT tidak akan menyia-nyiakan kamu. Berusahalah, karena setiap manusia kelak tidak akan diberikan sesuatu melainkan atas apa yang telah diusahakannya.

No related posts.

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Teman-teman, tolong bantu saya untuk menjadi delegasi Indonesia pada konferensi One Young World yah. Kamu hanya cukup dengan mem-vote saya sebagai kandidat kegiatan ini di :

http://apps.facebook.com/oywcandidates/entry/1605/#

Nah, di sebelah kiri ada link “vote for candidate“, tinggal diklik aja dch. Kolom pledge-nya dikosongin aja. Tapi kalau ada yang mau mensponsori saya, silakan diisi dan saya sangat berterima kasih tentunya.

Kegiatan One Young World Summit 2010 akan diadakan di London, Inggris, dan akan ada 2 delegasi dari masing masing negara. Delegasi dipilih berdasarkan latar belakang kandidat dan jumlah Voters dalam aplikasi One Young World di Facebook.

Forum ini akan dihadiri oleh 1500 remaja di seluruh dunia dan para pemangku kebijakan, serta potential partners. Apa yang saya harapkan? Di sana para peserta akan bertemu dengan delegasi negara lain, juga diskusi bersama Kofi Annan, Bob Geldof dan pemimpin dunia lainnya untuk membicarakan  solusi atas masalah dunia.

Mau tahu profil saya, klik di sini.

Terima Kasih,

VOTE 4 Wandi yach.

Related posts:

1. Vote Wandi for OYW Now I am registering for One Young World (OYW) Program....

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Now I am registering for One Young World (OYW) Program. One Young World invites 1,500 young pioneers from every country in the world and a range of backgrounds to come together to attend the Inaugural Summit in London in February 2010 and help create a global resource of leadership and ideas. Delegates to the Inaugural Summit will discuss the biggest challenges the world faces and propose new ways forward.

Please VOTE ME AS DELEGATION FOR THAT CONFERENCE, click link below to vote:

http://apps.facebook.com/oywcandidates/entry/1605/#

I have personal web blog at http://wandiwahyudi.web.id/. My personal web blog is consists of materials about both my study in Metallurgy and Material Science and my own essays about motivation that valuable to build our spirit in facing our daily problem. Many questions come to my web blog, they want to ask my recommendation about their problem in the field of metallurgy. Some times people from some companies contact me by phone or email to discuss about their problems about casting process and other topic related to metallurgy too. But beside I give them my recommendation or opinion, I told them sorry because now I still study in undergraduate program.

When I was in junior high school, I had been involved in some local organization. When I was in senior high school, I involved my self in the bigger organization then I occupied important position. I found Pelita Hati when I was in the senior high school. Pelita Hati is and organization I found that run in community development, we teach many street children every Saturday and Sunday. Now with my friends I also found Cendikia Muda Mandiri in the other area. It support many poor children to continue their study until senior high school. Hopefully, they can create better future.

I have involved my self to many organization and activities, so I think that I am very potential in leadership and social personality. Now I want to develop my network over the world so that I can contribute more thing to others.

I want to be useful person to other in my life, I have contributed my self so that other can reach their better future. Now, I want every one in the world support me to develop education for every children. Nelson Mandela told, “Education is the most useful weapon that you can use to change the world.” I am very interested to the sentence, it is simple but meaningful.

Related posts:

1. Vote for Wandi as One Young World Delegation Teman-teman, tolong bantu saya untuk menjadi delegasi Indonesia pada konferensi...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Gambar struktur Aluminium foam

Alumunium foam adalah material hasil rekayasa yang menjanjikan karena di samping ringan (¹/₅ kali berat aluminium padat), memiliki kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) yang tinggi, karakteristik khusus dari material ini adalah mempunyai kemampuan menyerap energi (dump energy) yang tinggi dari berbagai arah pembebanan[2]. Secara umum, karakteristik aluminium foam adalah sebagai berikut :

• Memiliki kombinasi antara nilai density yang rendah dengan kestabilan proses yang tinggi. Densitas aluminium foam didefinisikan sebagai fraksi berat dari aluminium foam terhadap aluminium pejal ketika mengisi volume yang sama.[3] Densitas aluminium foam sekitar ¹/₅ dari aluminium padat.
• Kekakuan yang tinggi pada berat jenis yang rendah (high strength 10 MPa, stiffness 1 GPa)
• Penyerapan energi impak yang tinggi, tanpa menghiraukan arah datangnya impak
• Insulasi panas yang baik
• Efisiensi yang tinggi dalam menyerap suara
• Ketahanan terhadap panas dan tidak mudah terbakar
• Dapat didaur ulang sepenuhnya

[1] Schrems, K. K., dkk, Statistical Analysis of the Mechanical Properties of Thin-walled Ductile Iron Casting. SAE Technical Paper, 2003.

[2] http://www.msm.cam.ac.uk/

[3] Srikanth Arisetty, Ajay K. Prasad, Suresh F. Advani (2006), Metal foam as flow field and gas diffusion layer in direct methanol fuel cells. University of Delaware, New York.

Related posts:

1. Aluminium Foam Sandwich pada Badan Mobil Kombinasi dari sifat yang utama seperti kekakuan, ringan dan penyerapan...
2. Aluminium foam sandwich Aluminium foam sandwich adalah lembaran yang terdiri atas aluminium yang...
3. Fabrikasi Aluminium Foam Sandwich Terdapat 2 dasar utama cara pembuatan Aluminum foam sandwich, yaitu...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Blowing agent yang biasa digunakan untuk membentuk aluminum foam sandwich adalah TiH₂. Senyawa ini stabil pada kondisi kamar, sedangkan pada kondisi Tm foam core, Ti akan berfungsi sebagai presipitat dan H₂ akan terbebas yang kemudian menjadi gelembung udara pengisi rongga di antara padatan Al, seperti telah diketahui bahwa gas inert tak bereaksi terhadap lelehan logam. TiH₂ akan mulai terdekomposisi pada temperatur 400^oC dan akan terus berlanjut hingga Tm Titanium. Jumlah terbesar dari Hidrogen terlarut dalam lelehan logam aluminum adalah pada temperatur 550-660^oC dengan kondisi tekanan atmosfer normal. Penguraian TiH₂ terjadi berdasarkan pada reaksi berikut ini:

TiH₂ (s) ? Ti(s) + H₂ (g)

Pengomposisian powder metal Al dengan blowing agent TiH₂ sangat mempengaruhi sifat mekanis aluminum foam. Peningkatan komposisi TiH₂ akan meningkatkan jumlah pori (foam) yang terbentuk sehingga nilai densitas dari aluminium foam akan semakin menurun. Namun peningkatan pori secara tak terkontrol dapat menurunkan sifat mekanis dari aluminium foam. Untuk itu diperlukan pengomposisian yang tepat.

Gambar 1 di bawah ini menunjukkan metode-metode yang biasa digunakan untuk membuat metal foam. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa secara umum metal foam dapat dibuat dari logam yang berbentuk lelehan (melt) dan serbuk (powder).

Gambar 1.Skema beberapa metode pembuatan metal foam.[1]

Pada umumnya gelembung gas yang terbentuk di dalam lelehan logam akan cenderung naik ke atas permukaan lelehan logam karena adanya gaya tekan ke atas oleh zat cair. Namun gaya tekan terhadap gelembung udara ini dapat dikurangi dengan cara meningkatkan kekentalan lelehan logam, penambahan serbuk keramik atau penambahan unsur pemadu yang akan menjadi partikel-partikel penstabil. Adapun metode-metode yang umum digunakan untuk membuat metal foam adalah :

1. Foaming of Melt by Gas Injection (Hydro/Alcan)

2. Foaming of Melt with Blowing Agents (Alporas)

3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar)

4. Foaming of Powder Compacts (Foaminal/Alulight)

5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip/Foamcast)

1. Foaming of Melt by Gas Injection (Hydro/Alcan)

Pertama kali metode ini digunakan untuk membuat aluminium foam oleh perusahaan Hydro Aluminium di Norwegia dan Cymat Aluminium Corporation di Kanada.[2]^,[3]. Skema yang dilakukan pada metode ini seperti ditunjukkan pada gambar 2 di bawah. Untuk mempertinggi kekentalan lelehan aluminium biasanya digunakan partikel penguat seperti silicon-carbide, aluminium-oxide atau magnesium-oxide sehingga kecenderungan naiknya gelembung gas ke permukaan lelehan logam dapat dihambat. Pada metode ini, pertama kali disiapkan lelehan logam aluminium yang mengandung salah satu partikel penguat tersebut di atas sehingga campuran ini juga bisa disebut sebagai metal matrix composite. Namun dengan cara ini, untuk memperoleh distribusi partikel yang merata di dalam lelehan aluminium sangat sulit sehingga biasanya digunakan aluminium yang sudah dipadukan. Fraksi volum dari partikel penguat adalah 10-20% dengan ukuran partikel rata-rata 5µm - 20µm. Apabila ukuran partikel terlalu kecil atau terlalu besar maka akan muncul masalah pada kemampuan pencampuran (difficult to mix), kekentalan lelehan logam dan kestabilan metal foam yang terbentuk. Oleh karena itu ukuran dan fraksi volum partikel penguat harus berada pada rentang yang diperbolehkan sebagaimana pada gambar 3.

Langkah kedua yaitu penyuntikan gas (udara, nitrogen atau argon) dengan menggunakan rotating impeller atau vibrating nozzle yang akan membantu pemerataan gelembung gas di dalam lelehan aluminium. Campuran lelehan aluminum dan gelembung gas akan mengapung di bagian atas aluminium cair kemudian akan mengalami pembekuan.

Densitas aluminium foam yang dihasilkan 0.069 gr/cm³ - 0,54 gr/cm³, ukuran pori-pori yang dihasilkan antara 3mm sampai 25mm dan ketebalan aluminium foam yang bisa dihasilkan mulai dari 50µm.[4] Parameter yang mempengaruhi proses ini adalah kecepatan aliran gas, kecepatan impeller dan frekuensi getaran nozzle. Adanya gaya gravitasi berpengaruh selama proses pengeringan sehingga akan mempengaruhi produk akhir metal foam (gambar 4).[5] Produk ini cenderung memiliki gardien pada densitas, ukuran pori-pori dan pemanjangan pori-pori (pores elongation).

Gambar 4. Contoh aluminium foam yang dihasilkan dari Hydro-Aluminium.

2. Foaming of Melt with Blowing Agents (Alporas)

Di pasaran, metode ini disebut Alporas. Pada metode ini digunakan blowing agent sebagai pengganti dari udara yang disuntikkan pada metode pertama. Blowing agent akan terurai dan menghasilkan gas akibat proses pemanasan. Skema metode pembuatan metal foam dengan metode ini ditunjukkan pada gambar 5 berikut ini :

Gambar 5. Direct foaming of melts dengan penambahan gas-releasing powders[6]

Pada metode ini, langkah pertama yang dilakukan yaitu penambahan 15%wt kalsium (Ca) ke dalam lelehan aluminium 680^oC kemudian diaduk selama beberapa menit. Selama proses pengadukan, kekentalan lelehan aluminium akan meningkat sampai 5 kali karena pembentukan calcium-oxide (CaO), calcium-aluminium-oxide (CaAl₂O₄) atau pun Al₄Ca intermetalic. Gambar 6 di bawah ini menunjukkan pengaruh pengadukan terhadap kekentalan lelehan aluminum dengan beberapa variasi penambahan kalsium. Setelah diperoleh kekentalan lelehan aluminium sesuai dengan yang diinginkan, dilakukan penambahan blowing agent TiH₂ 1.6% wt yang berguna untuk menghasilkan gas hydrogen. Setelah itu lelehan akan mengembang dan memenuhi cetakan, kemudian dilakukan proses pendinginan sehingga solid aluminium foam dapat dikeluarkan dari cetakan. Densitas produk akhir dari metode ini adalah 0.18 gr/cm3 sampai dengan 0.24 gr/cm3, ukuran pori-pori antara 2mm sampai dengan 10mm.

Gambar 6. Viscosity vs. stirring time[7]

3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar)

Metode ini dikembangkan sejak beberapa dekade lalu dengan berdasar pada teori bahwa beberapa jenis logam cair memiliki sistem eutectic bersama dengan gas hidrogen. Apabila salah satu logam ini dilelehkan pada lingkungan mengandung hidrogen dan tekanan tinggi (sampai 50 atm) akan diperoleh lelehan logam dan hidrogen yang homogen. Apabila  temperatur diturunkan, lelehan logam akan mengalam transisi eutectic menjadi lelehan yang memiliki fasa heterogen terdiri dari padatan dan gas (solid+gas). Apabila komposis sisem ini mendekati komposis pada titik eutectic, maka proses segregasi akan terjadi pada satu temperatur. Pada saati lelehan logam membeku, gas-gas akan berusaha keluar dari lelehan namun terperangkap di dalam lelehan sehingga diperoleh logam padat yang mengandung pori-pori berisi gas hidrogen. Metode ini menghasilkan produk dengan pori-pori antara 10µm sampai 10mm dengan panjang pori-pori antara 100µm sampai 300µm dan derajat porositas 5% sampai 75%.

4. Foaming of Powder Compacts (Foaminal/Alulight)

Aluminium foam juga bisa diperoleh dari serbuk aluminium.[8]^,[9]blowing agent kemudian dikompaksi menjadi semi-finish product (precursor) sebagaimana ditunjukkan pada gambar 7. Metode kompaksi yang bisa dilakukan dengan pembebanan uni-axial atau isostatic compression, misalnya rod extruder atau powder rolling. Metode ini diawali dengan pencampuran serbuk aluminium (aluminium murni, aluminium paduan atau serbuk campuran aluminium dengan logam lain) dengan

Gambar 7. Prinsip metode powder-compact foaming[10]

Langkah selanjutnya adalah pemanasan precursor pada temperatur lebur aluminium sehingga blowing agent akan terurai dan menghasilkan gas hidrogen. Lelehan precursor akan mengembang dan menghasilkan struktur yang memiliki banyak pori. Waktu yang diperlukan untuk mencapai ekspansi maksimum dari lelehan logam tergantung pada temperatur dan ukuran precursor.

5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip/Foamcast)

Metode ini dikembangkan dengan menggunakan bahan dasar ingot aluminium agar tidak perlu menggunakan serbuk logam dalam pembuatan aluminium foam. TiH₂ ditambahkan ke dalam aluminium cair kemudian didinginkan dengan cepat agar tidak terjadi evolusi hidrogen secara prematur atau blowing agent (TiH²) dibuat menjadi pasif agar blowing agent tersebut tidak terurai dan melepaskan gas hidrogen sebelum pembekuan aluminium terjadi. Produk setengah jadi ini kemudian akan dipanaskan kembali untuk memperoleh aluminium foam sebagaimana cara yang digunakan sebelumnya.

[1] J. Banhart, Prog. Mater. Sci., 47 (1) (2001), in press.

[2] P. Åsholt, Metal Foams and Porous Metal Structures, ed. J. Banhart, M.F. Ashby, and N.A Fleck (Bremen, Germany: MIT-Verlag, 1999), p. 133.

[3] J. Wood, Metal Foams, ed. J. Banhart and H. Eifert (Bremen, Germany: MIT-Verlag, 1997), p. 31.

[4] L.D. Kenny, Mater. Sci. Forum, 217-222 (1996), p. 1883.

[5] A.E. Simone and L.J. Gibson, Acta Mater., 46 (1998), p. 3109.

[6] T. Miyoshi, in Ref. 2, p. 125.

[7] L. Ma, Z. Song, Scripta Mater., 39 (1998), p. 1523.

[8] F. Baumgärtner, I. Duarte, and J. Banhart, Adv. Eng. Mater., 2 (2000), p. 168.

[9] I. Duarte and J. Banhart, Acta Mater., 48 (2000), p. 2349.

[10] F. Baumgärtner, I. Duarte, and J. Banhart, Adv. Eng. Mater., 2 (2000), p. 168.

Related posts:

1. Fabrikasi Aluminium Foam Sandwich Terdapat 2 dasar utama cara pembuatan Aluminum foam sandwich, yaitu...
2. Aluminium foam sandwich Aluminium foam sandwich adalah lembaran yang terdiri atas aluminium yang...
3. Aluminium Foam Isu global mengenai penghematan energi turut mendorong manusia untuk berusaha...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.

Gambar 8. Contoh komponen yang terbuat dari struktur Al foam sandwich

Gambar 9. Steel/aluminum foam sandwich pada mobil, Fraunhofer, Bremen.

Related posts:

1. Fabrikasi Aluminium Foam Sandwich Terdapat 2 dasar utama cara pembuatan Aluminum foam sandwich, yaitu...
2. Aluminium Foam Sandwich pada Badan Mobil Kombinasi dari sifat yang utama seperti kekakuan, ringan dan penyerapan...
3. Metode Pembuatan Aluminium Foam Untuk menghasilkan aluminium busa (Aluminium foam), serbuk aluminium perlu dicampur...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.