Alhamdulillah saya diberikan kesempatan untuk membuat tulisan ini, semoga tulisan ini pun sampai kepadanya.

Kuucapkan selamat atas prestasi yang kamu raih. Meskipun kamu tidak menjadi yang terbaik di kelasmu namun kamu telah melakukan sebuah prestasi yang membanggakan atas proses perjuangan yang telah kau pilih, berusaha meraih prestasi dengan kemampuan sendiri. Semoga Allah SWT senantiasa menjagamu untuk tidak merampas hak-hak orang yang pantas mendapatkan nilai yang lebih baik darimu karena kegigihan perjuangan mereka.

Kiranya kau pahami, bahwa bersyukur tidak hanya sekadar merasa puas atas apa yang kamu peroleh, tapi juga berusaha memperoleh yang lebih baik lagi karena karunia Allah SWT jauh lebih besar dari apa yang telah kamu dapatkan. Seandainya lautan di bumi menjadi tinta, ditambahkan kepadanya tujuh laut lagi sesudah keringnya, niscaya tidak akan habis-habisnya kamu menuliskan karunia-Nya.

Pada saat menemukan lampu pijar, Thomas Alfa Edison mengalami kegagalan sebanyak 9.998 kali. Baru pada percobaannya yang ke-9.999 dia berhasil membuat lampu pijar yang benar-benar menyala terang. Kalau seandainya Thomas Alfa Edison sudah merasa puas dengan apa yang diperolehnya pada percobaan ke-9.998, maka akan ada orang lain yang berhasil meraih sukses membuat lampu pijar sehingga nama Thomas Alfa Edison tidak akan muncul sebagai orang ternama di masa ini.

Teruslah berusaha untuk mendapatkan peringkat yang terbaik di kelasmu, IPA 2 dan IPA 3 bukanlah kelasmu melainkan kamu berada di IPA 1. Kalau seandainya kamu sudah puas dengan apa yang kamu dapat maka tidak akan ada lagi semangat untuk terus meraih prestasi yang jauh lebih baik kecuali hanya sekadar untuk memenuhi persyaratan standar. Prestasi satu semester lalu telah mendeklarasikanmu berada di posisi terbaik dengan kelas (kualitas) terbaik, namun kamu lupa untuk mengoreksi sejauh mana yang kamu lakukan dibandingkan dengan teman-temanmu di beberapa bulan terakhir. Jangan pernah memberikan excuse (maklum) kemalasan sebelum kamu mendapatkan keberhasilan. Jika kamu masih menemui kegagalan, jangan mencari alasan untuk berlindung di balik situasi karena kamu tidak akan mendapatkan dirimu yang sebenarnya.

Bicara soal kelas (kualitas), kelas bukanlah suatu pengelompokkan yang terjadi secara kebetulan melainkan kamu terpilih untuk masuk ke golongan/kelompok tertentu karena kamu memiliki kriteria karakteristik/prestasi tertentu, misalnya pengelompokkan kelas manusia dalam hidup yaitu atas dasar wawasan keilmuan yang dimiliki; keterampilan memimpin dan dipimpin; kelas orang yang berpikir ke depan dan yang tidak punya rencana masa depan; dan sebagainya. Contoh yang sederhana yaitu siswa SMP dan SMA merupakan orang-orang yang mempunyai kelas (kualitas) berbeda. Siswa SMP wawasan ilmunya lebih rendah daripada siswa SMA. Orang yang senang mengumpulkan prestasi tentu berbeda dengan orang yang merasa cukup dengan prestasi yang sudah diraih.

Sekarang, ada dua hal yang kupesankan. Pertama, lihatlah di kelas (kualitas) mana kamu berada kemudian perhatikan apakah kamu sudah berada di atas standar kriteria orang-orang yang berada di kelas tersebut atau masih berada di bawah standar? Berusahalah untuk selalu berada di atas kualitas rata-rata dan ketahuilah bahwa itu adalah hal mudah. Kedua, berusahalah untuk meningkatkan kelas (kualitasmu). Jika kamu belum pantas, maka buatlah menjadi pantas. Jika kamu ingin berada di kelas orang-orang pandai, maka lakukanlah pekerjaan-pekerjaan yang biasa dilakukan oleh orang-orang pandai sehingga kamu menjadi pantas disebut sebagai orang pandai. Jika kamu ingin berada di kelas (kualitas) orang-orang yang berpendidikan, maka lakukanlah hal-hal yang seharusnya dilakukan oleh orang-orang berpendidikan baik maka niscaya kamu akan menjadi orang yang berpendidikan. Jika kamu ingin menjadi seorang guru, maka lakukanlah hal-hal yang biasa dikerjakan oleh guru sehingga kelak kamu menjadi guru yang pantas. Kamu berada di kelasmu saat ini karena dulu kamu melakukan hal-hal yang membuatmu berada di sini. Nikmatilah hal-hal yang kamu kerjakan untuk meningkatkan kelasmu, karena hal-hal itulah yang akan senantiasa kamu lakukan ketika kamu telah menjadi orang yang pandai, orang yang berpendidikan, ketika kamu menjadi guru dan sebagainya.

”Memperbaiki diri dengan kesadaran sendiri jauh lebih menyenangkan daripada melakukannya karena disuruh oleh orang lain.”

Have a nice day

Mari berbagi semangat

Energy Technology Strategy to Future

Future energy demand and supply are subjected to numerous uncertainties, most of which are difficult to predict since there are many factors influencing such as energy prices, particularly oil prices, global economic growth rate, demographic changes, technological advances, government policies and consumer behavior. Meanwhile, two other concerns have re-emerged. The monetary crisis of 2008/2009 which some analysts link with volatile oil prices, reinforced the concern than high energy prices can cripple economic growth. Headline announcing gas supply cuts to the Ukraine, oil tanker hijackings along the coast of Somalia, pipeline bombings in Nigeria and hurricanes destroying oil rigs in the Gulf of Mexico showed that threat to energy security arise in many forms and unexpected places. In such a complex market, energy projection are primarily based on historical information then the primary objective of any energy-scenario analysis must be to analyze the main driving forces that would shape our energy future and the options ahead of us, rather than making accurate quantitative projections.

Equally important, we highlight early signs that such an energy technology revolution is under way. Investment in renewable energy and advanced energy technology are increasing substantially. A number of countries are considering implementing fuel cell.

After nuclear power plant disaster in Japan on March 11^st 2011, scientists are considering to build alternatives power generation systems. The official death toll stood at 413, while 784 people were missing and 1,128 injured. In addition, police said between 200 and 300 bodies were found along the coast in Sendai, the biggest city in the area near the quake’s epicenter. Local media reports said at least 1,300 people may have been killed.

Fuel cells are environmentally friendly devices for energy conversion and power generation, and are one of the most promising candidates as a zero-emission power source. The specter of climate change is becoming so ominous that it is the substantial reduction of greenhouse gas emissions that is driving research and development into cleaner, more efficient energy technology and alternative energy source and carriers. In addition to the health and environmental concerns, a steady depletion of the world’s limited fossil fuel reserves calls for new energy technology for energy conversion and power generation, which is more energy efficient than the conventional heat engine with minimal or no pollutant emissions and also compatible with renewable energy sources or carries for sustainable development. Fuel cell have been identified as one of the most promising and potential energy technologies which meet all of these requirements for energy security, economic growth and environmental sustainability.

Pernah ada anak lelaki dengan watak buruk. Ayahnya memberi dia sekantung penuh paku, dan menyuruh memaku satu batang paku di pagar pekarangan setiapkali dia kehilangan kesabarannya atau berselisih paham dengan orang lain.

Hari pertama dia memaku 37 batang di pagar. Pada minggu-minggu berikutnya dia belajar untuk menahan diri, dan jumlah paku yang dipakainya berkurang dari hari ke hari. Dia mendapatkan bahwa lebih gampang menahan diri daripada memaku di pagar.

Akhirnya tiba hari ketika dia tidak perlu lagi memaku sebatang paku pun dan dengan gembira disampaikannya hal itu kepada ayahnya.

Ayahnya kemudian menyuruhnya mencabut sebatang paku dari pagar setiap hari bila dia berhasil menahan diri/bersabar. Hari-hari berlalu dan akhirnya tiba harinya dia bisa menyampaikan kepada ayahnya bahwa semua paku sudah tercabut dari pagar.

Sang ayah membawa anaknya ke pagar dan berkata: ”Anakku, kamu sudah berlaku baik, tetapi coba lihat betapa banyak lubang yang ada di pagar.”

Pagar ini tidak akan kembali seperti semula. Kalau kamu berselisih paham atau bertengkar dengan orang lain, hal itu selalu meninggalkan luka seperti pada pagar.

Kau bisa menusukkan pisau di punggung orang dan mencabutnya kembali, tetapi akan meninggalkan luka. Tak peduli berapa kali kau meminta maaf/menyesal, lukanya tinggal. Luka melalui ucapan sama perihnya seperti luka fisik. Kawan-kawan adalah perhiasan yang langka. Mereka membuatmu tertawa dan memberimu semangat. Mereka bersedia mendengarkan jika itu kau perlukan, mereka menunjang dan membuka hatimu. Tunjukkanlah kepada teman-temanmu betapa kau menyukai mereka.

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.

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

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

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

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.

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.