Sukanto and Prof. Dr. Ir.Rudy Soenoko, M.Eng. Sc. and Prof. Dr. Ir. Suprapto, M.T. Met. and Dr. Eng. Surya Irawan, S.T., M.Eng. (2022) Mekanisme Penguatan Komposit Matrik Aluminium Paduan (Al-ZnSiFeCuMg) dengan Pasir Silika Tailing Menggunakan Metode Metallurgi Serbuk. Doktor thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Salah satu keunggulan aluminium dibandingkan logam lain adalah energi daur ulangnya rendah yaitu 3000 Kkal/Kg, atau hanya 4,8% dari energi pembuatan aluminium primer, senilai 61,500 Kkal/Kg. Aluminium paduan juga bersifat ringan, berat jenisnya antara 2,7 – 3 g/cm3, hanya sepertiga dari berat jenis baja atau tembaga, namun memiliki kekuatan tarik (90 – 450 MPa) setara dengan baja dan memiliki konduksitas listriknya mendekati tembaga (3,5 x 107 Siemen). Meskipun demikian, dalam aplikasinya, aluminium hasil daur ulang juga memerlukan perbaikan sifat fisik dan mekanik, sehingga diperlukan proses penambahan senyawa lain dan perlakuan panas dalam penguatannya. Pada dasarnya penelitian ini menerapkan proses pembuatan aluminium matrik komposit diperkuat pasir silika tailing menggunakan teknologi metalurgi serbuk, dengan tujuan untuk menghasilkan material komposit yang memiliki sifat porositas, kekerasan dan ketahanan aus setara dengan sifat rem gesek kendaraan. Penelitian diawali dengan kegiatan penyediaan serbuk, berupa proses penggilingan serbuk pasir silika tailing dengan ball mill. Metode penelitian yang diterapkan terdiri dari dua tahapan. Tahap pertama, meneliti pengaruh perbedaan ukuran serbuk dan prosentase berat penguat terhadap sifat densitas, kekerasan dan ketahanan aus Aluminium Matrix Composite yang dihasilkan (AMCs-1), dimana metode pencampuran serbuknya menggunakan Helixal Axial Mixer pada mesin bor dengan rotasi 200 rpm. Material sebagai matrik digunakan logam aluminium paduan Al-ZnSiFeCuMg, hasil daur ulang limbah aluminium berkomposisi kimia meliputi: 83,15%Al-6,16%Zn-4,35%Si-2,20%Fe-1,3%Cu-1,13%Mg-balance. Sedangkan material penguat pasir silika tailing memiliki komposisi kimia 81 %.SiO2 pada serbuk ukuran 31 μm dan 83%.SiO2 untuk serbuk ukuran 164 μm. Dua variasi ukuran serbuk yang digunakan adalah 31 μm dan 164 μm, sedangkan tujuh variasi prosentase berat penguat wt% yang diterapkan meliputi: 0/5/10/15/20/25/30 wt.%.SiO2. Kompaksi panas penekanan dua-arah dilakukan pada tekanan 100 MPa dan suhu 300 C, dilanjutkan sintering suhu 550 C. Selanjutnya, tahap kedua penelitian disertasi ini, menyelidiki pengaruh perbedaan waktu pencampuran serbuk dengan metode mechanical alloying (MA) dan pengaruh perbedaan suhu sintering terhadap sifat densitas, kekerasan dan ketahanan aus Aluminium Matrix Composite yang dihasilkan (AMCs-2). Lima variasi waktu MA yang diterapakan adalah: 6/24/48/96 jam, pada kecepatan putar ball mill 98 rpm dengan Ball to Powder weight Rasio (BPR) 15:1. Parameter kompaksi panas untuk AMCs-2 adalah sama dengan AMCs-1. Sedangkan tiga variasi suhu sinteringnya adalah 550 C, 600 C dan 650 C. Dalam penelitian ini, penyediaan material dan hasil-hasil pengujian PSA serbuk, densitas, kekerasan dan ketahanan aus komposit dilakukan karakterisasi menggunakan, SEM-Image, SEM-EDS dan XRD sebagai verifikasi. Hasil penelitian tahap pertama, spesimen AMCs-1 mengindikasikan bahwa penggunaan serbuk berukuran lebih kecil (31 μm) dengan metode pencampuran serbuk menggunakan Helixal Axial Mixer adalah kurang tepat, karena hasil campuran serbuk padatannya terjadi penggumpalan dan segregasi, akibatnya komposit yang dihasilkan memiliki ikatan interlocking rendah dan porositasnya tinggi, sehingga sifat kekerasannya rendah. Kekerasan tertinggi terjadi pada spesimen komposit berukuran penguat 164 μm pada 20.wt.% senilai 78 HRB, sedangkan untuk komposit ukuran 31 μm pada 20.wt.% kekerasannya 73 HRB. Hasil SEM-image juga menunjukkan bahwa komposit dengan serbuk penguat 31 μm tersebut tampak lebih banyak terjadi aglomerasi dibandingkan komposit berpenguat 164 μm. Selanjutnya, hasil XRD pada penelitian tahap kedua, untuk komposit dengan waktu MA minimal 24 jam dan suhu sintering minimal 600 C telah terjadi transformasi fasa kedua alumina, mengikuti persamaan reaksi 4Al(s,l)+3SiO2(s)→ 2Al2O3(s)+3Si(s) pada suhu yang relatif rendah, dibawah suhu reaksi normalnya 1000-1300 C. Selain itu, metode pencampuran menggunakan MA, serbuk penguat mampu terdistribusi lebih baik kedalam matriknya, sehingga komposit yang dihasilkan, AMCs-2 memiliki ikatan interlocking lebih baik. Kekerasan komposit meningkat dengan semakin meningkatnya waktu milling dan suhu sintering yang diterapkan. Kekerasan tertinggi terjadi pada komposit AMCs-2 dengan waktu miling 96 jam dan suhu sintering 650 C, yaitu sebesar 86 HRB. Demikian juga sifat ketahanan aus AMCs-2 mengalami peningkatan, laju keausan AMCs-2 mengalami penurunan hingga 12,5% dibandingkan komposit tanpa proses MA, AMCs-1, yaitu dari 0,00041 g/m untuk AMCs-1 menjadi 0.00036 g/m untuk AMCs-2. Selain ikatan mekanik interlocking yang lebih kuat, dan terbentuknya penguatan fasa kedua alumina yang bersifat lebih keras dari penguatnya SiO2, peningkatan kekerasan komposit AMCs-2 kemungkinan besar juga dipengaruhi oleh kemungkinan terjadinya natural aging pada material matrik dari aluminium paduan zinc ini.
English Abstract
One of the advantages of aluminum compared to other metals is that it has low recycling energy of 3000 Kcal/Kg, or only 4,8% of the energy of primary aluminum manufacture, which is 61,500 Kcal/Kg. In addition, Aluminum alloys are also light in weight, their specific gravity is between 2.7 – 3 g/cm3, only one-third of the specific gravity of steel or copper, but has a tensile strength (90 – 450 MPa) equivalent to steel and has an electrical conductivity (3,5 x 107 Siemen) close to copper. However, in its application, recycled aluminum also requires improvement of its physical and mechanical properties, so the process of adding other elements or compounds and heat treatment is needed to strengthen it. This research applies the manufacturing process of aluminum matrix composite reinforced with silica sand tailings using powder metallurgy technology, to produce a composite material that has porosity, hardness, and wear resistance equivalent to vehicle friction brake properties. The research began with powder supply activities, in the form of a silica sand tailings powder milling process with a ball mill machine. The research method applied consists of two stages. The first stage examines the effect of differences in powder size and weight percentage of reinforcement on the properties of density, hardness, and wear resistance of the resulting Aluminum Matrix Composite (AMCs-1), where the powder mixing method uses a Helical Axial Mixer on a drilling machine with a rotation of 200 rpm. The material used as a matrix is aluminum metal alloy Al-ZnSiFeCuMg, the results of recycling aluminum waste with chemical composition include 83.15%Al-6,16%Zn-4,35%Si-2,20%Fe-1,3%Cu- 1.13%Mg-balance. While the reinforcing material for tailings silica sand has a chemical composition of 81%. SiO2 for powder size of 31 m and 83%. SiO2 for powder size of 164 m. Two variations of powder size used were 31 m and 164 m, while the seven weight percentage variations of wt% reinforcement applied were: 0/5/10/15/20/25/30 wt.%.SiO2. Two-way hot pressing compaction was carried out at a pressure of 100 MPa and a temperature of 300 C, followed by a sintering process at a temperature of 550 C. Next, the second stage of this dissertation research investigates the effect of differences in the mixing time of powders using the mechanical alloying (MA) method and the effect of differences in sintering temperature on the properties of density, hardness, and wear resistance of the resulting Aluminum Matrix Composite (AMCs-2). Five variations of MA time applied were: 6/24/48/96 hours, at a ball mill rotational speed of 98 rpm with Ball to Powder Weight Ratio (BPR) 15:1. The heat compaction parameters for AMCs-2 are the same as for AMCs-1. While the three variations of the sintering temperature are 550 C, 600 C, and 650 C. In this study, the material provision and test results: particle size analyzer, density, hardness and wear resistance of composites were characterized using SEM-Image, SEM-EDS, and XRD as verification. The results of the first stage of the study, the AMCs-1 specimen indicated that the use of smaller powders (31 m) with the powder mixing method using the Helical Axial Mixer was not appropriate, because the results of mixing the powders resulted in agglomeration and segregation, the resulting composite had low interlocking bonds with porosity. high, so the hardness is low. The highest hardness was found in the 164 m reinforcing composite specimen at 20.wt.%, of 78 HRB, while for the 31 m composite at 20.wt.% the hardness was 73 HRB. The SEM-image results also showed that the composite with 31 m reinforcing powder appeared to have more agglomeration than the 164 m reinforced composite. Furthermore, the XRD results in the second phase of research, for composites with a minimum MA time of 24 hours and a minimum sintering temperature of 600 C, a second phase transformation of alumina has occurred, following the reaction equation 4Al(s,l)+3SiO2(s)→ 2Al2O3(s)+ 3Si(s) at relatively low temperatures, below the normal reaction temperature of 1000-1300 C. In addition, the mixing method using MA, the reinforcing powder is able to be better distributed into the matrix, so that the resulting composite, AMCs-2 has better interlocking bonds. Composite hardness increases with increasing milling time and applied sintering temperature. The highest hardness occurred in AMCs-2 composite with a milling time of 96 hours and a sintering temperature of 650 C, which was 86 HRB. Likewise, the wear rate of AMCs-2 has increased, the wear rate of AMCs-2 has decreased by 12.5% compared to the composite without the MA process, AMCs-1, from 0.00041 g/m for AMCs-1 to 0.00036 g/m for AMCs-2. In addition to the stronger interlocking mechanical bond, and the formation of a second phase reinforcement of alumina which is harder than the SiO2 reinforcement, the increase in the hardness of AMCs-2 composites is most likely also influenced by the possibility of natural aging of the matrix material from this aluminum zinc alloy.
Other obstract
-
| Item Type: | Thesis (Doktor) |
|---|---|
| Identification Number: | 0622070003 |
| Uncontrolled Keywords: | Keyword: pasir silika tailing, aluminium matrix composite; metalurgi serbuk, mechanical alloying, ukuran serbuk dan kekerasan. |
| Subjects: | 600 Technology (Applied sciences) > 621 Applied physics > 621.8 Machine engineering |
| Divisions: | S2/S3 > Doktor Teknik Mesin, Fakultas Teknik |
| Depositing User: | yulia Chasanah |
| Date Deposited: | 02 Jun 2022 08:46 |
| Last Modified: | 02 Jun 2022 08:48 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/190806 |
![[thumbnail of DALAM MASA EMBARGO]](http://repository.ub.ac.id/style/images/fileicons/text.png) |
Text (DALAM MASA EMBARGO)
Sukanto Sukanto.pdf Restricted to Registered users only until 31 December 2024. Download (16MB) |
Actions (login required)
 |
View Item |