Prosiding Pertemuan Ilmiah llmu Pengetahuan dan Teknologi Bahan '99Serpong, 20 -21 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

ANALISIS TERMAL REAKSI MATRIKS AIMgSiDENGAN PENGUAT AI2OJ

Tumpal P., Wagiyo H, Mohammad DaniPusat Penelitian Sains Materi -BAT AN

ABSTRAK

ANALISIS TERMAL REAKSI MATRIKS AIMgSi, DENGAN PENGUAT AIPr Analisis tennal reaksi antaramatriks AIMgSi dengan penguat Alp) telah diuji dengan "Differensial Thennal Analysis (DT A)". Disiapkan tigajenis sampeluntuk komposisi 12% Alp) yaitu: (a) sampel hasil ball-mill (b) sampel hasil kompaksi dingin pada tekanan 1,67x 10-2tonlmm2daD (c) sampel yang telah dipanaskan pada temperatur 700°C selama 48 jam. Kurva DT A sampel hasil ball-mill daD sam pel hasilkompaksi, tidak menunjukkan perbedaan yang signifikan baik bentuk daD temperatur onset puncak endotennik yang terjadi.Sedangkan sampel yang disinter, menunjukkan ada perbedaan kurva DT A dengan sampel sebelum disinter, yaitu pada sam pelyang disinter muncul puncak eksotennik pada temperatur 548°CdaDpada pemanasan kedua dengan DTA, puncak eksotenniktersebut tidak muncul. Hasil pola difraksi sinar x sampel setelah pemanasan dengan DT A, menunjukkan ada fasa barn berupa

MgAl204dengan struktur kristal octahederal, sedangkan pada hasil kompaksi saja tidak tampak fasa barn tersebut. Strukturmikro hasil pemotretan dengan SEM modus back scattered tampak Alp) terdistribusi secara homogen pada matriks. Komposithasil penelitian ini masih memerlukan perlakuan yang lebih baik, hingga 1iperoleh sifat mekanik yang lebih baik.

ABSTRACT

THE REACTION THERMAL ANALYSIS OF AIMgSi MATRIX WITH AIP3 REINFORCEMENT. The solidreaction thennal analysis of AlMgSi metall alloy with reinforced Alp) has been invastigated by means of differential thennalanalysis (DTA). There are tree kinds of 12% Alp)sampels in composite that had been prefered and analyzed by DTA. Thesesampels are (A) after boll miling preperation,(B) after cold compacting at 1,67x 10-2ton/mm2pressure and (C) after sintering at700 °C for 48 hours. The both, sampels (A) and (B) do not show any significant of thennal characteristic but so differeDsignificantly for sampel which it had been sinter (C). At the sampel which was sinterred it was realising exothennic peak at548 °C temperature and the the second heating, that was not realeasing. X-ray diffraction pattern of sampel which was heatedby DTA exposed a new phase as MgAlP4 with octahedral crystal structure. The sampel which was compacted it did notreleased its peak. The result of Micro structure by meas of SEM of back scattered model expose the distribution of the Alp)were homogen in the matrix. This composite still need more good treatment so getting better result.

Kata kunci: Komposit, AlMgSi

PENDAHULUAN

Material maju komposit bermatriks paduanAIMgSi, dengan penguat ballaD keramik AI2O),mempunyai peluang besar, untuk digunakan sebagaiballaDstruktur misalnya kawat piston, breaksrotor clanballaD industri otomotif [1,2]. Salah satu kelebihanpembuatan material komposit melalui pencampuranserbukyaituadanyakemudahan pengendaliankomposisipenyusunnya. Keunggulan komposit dalam aplikasi,sangat ditentukan oleh peningkatan sifat fisik clanmekanik komposit yang dibuat [3,4]. Peningkatan sifatmekanik clan sifat fisis dapat dikendalikan melaluipemilihan jenis unsur/paduan komponen penyusun,perlakuan panas clan pengerjaan dingin terhadapnya.Sifatmekanikkomposit,diharapkandapatmenyamaisifatmekanik baja karbon rendah.

Salahsatukelebihanmenggunakanbahanmaterialmaju komposit dibanding dengan ballaDbaja sebagai

ballaD konstmksi clan atau ballaD industri otomotif,adalahadanyareduksibemtsekitar40 % [5,6].Disampingitu juga acta kelebihan lain yaitu ketahanan korosikomposit tersebut yang relatif lebih besar dibandingdengan ketahan korosi baja. Hal ini disebabkan olehmatril.s komponenpenyusunnyaadalah paduan AIMgSiyang relatif memiliki ketahanan korosi yang tinggi.Peningkatan sifat mekanik ballaDdiperoleh dari basilperlakuan panas, pemHihan jenis clan komposisipenyusun ballaD tersebut. HasH perlakuan panasdiharapkan selain akan menghasilkan presipitasi Mg2Siyang terdistribusi secara homogen pactamatriks,selainitu juga terjadi rasa barn MgAI2O4sebagai basil reaksimatriks dengan penguat pactaantar muka.

Untukmengetahuiterjadinyareaksiantaramatriksdengan AI2O)dalam komposit pacta saat dipanaskan,dilakukan dengan alat DTA guna mengetahui secarakuantitatiftemperatur reaksi dari ballaDtersebut. Selain

u::.,

Analisis Termal Reaksi Matriks AIMgSi dengan Penguat Alp) (Tumpal P.)

itu, juga diteliti perilaku reaksi bahan-bahan tersebutuntuk tiga macam keadaan perlakuan pacta sampel, yaitu(a) sampel basil ball-mill, (b) sampel basil kompaksi dinginpacta tekanan 1,67x 1O'2tonlmm2dan (c) sampel yang telahdipanaskan pacta temperatur 700 .C selama 48 jam.Hasilpenelitian terdahulu, yaitu telah membuktikan adanyabasil reaksi antara matriks AIMgSi dengan penguat AIP3berupa MgAIP4' Pembuktian ini dilakukan baik secarakualitatifmaupun dengan cara kuantitatif. Secara kualitatifdilakukan dengan SEM-EDS clan secara kuantitatifyaitudengan alai Diffiaksi sinar-x [I].

TEORI

Ada beberapa kemungkinan terjadinya reaksiantara matriks AIMgSi dengan penguat AIP3 yangmempunyai energi termodinamik pendorong, untukmenjelaskan terjadinya formasi spinel MgAIP4 pactaantar muka AlP/AI. Jenis reaksi yang diperkirakanadalah [7,8]:

I. <Mg>+2<AI> +2°2 = [MgAIP4]"""'" (1)2 [MgO] + [AIP3] = [MgAIP4] (2)3. <Mg> + 4/3<AIP3> = [MgAlp 4] .. .. .. ... (3)4. [Si02]+ 2<AI>+ <Mg> = [MgAIP4] +2<Si>.. (4)

dimana simbol< > clan[ ] dalampersamaandiatasadalahberturut-turut menunjukkan keterkaitan dengan speciestarutao clanrasa padat dalam larutan.

Tulisan ini merupakan basil penelitianpendahuluan, yang bertujuan untuk mempelajaripembuatan komposit dengan parameter perlakuan panasguna meningkatkan kekerasan komposit

Analisa dan kesimpulan

Gambar 1. Urutan proses penelitian

TATAKEltJA

AlatdanBahan:

Alat yang digunakan yaitu : STA 24 SET ARAMTAG, X-Ray diffraction clan Ball-milling, alai press, alatpemoles clan SEM 512 philips, sedangkan bahan-bahan

yaitu : serbuk Al2O3dengan komposisi: serbuk AIMgSi,kertas poles, pasta alumina clan kain woll.

Metode:

Sampel dibuat berupa : (A) basil pencampuranantara serbuk AIMgSidengah serbuk AIP312 % volume(pencampuran dilakukan secara mekanik denganmenggunakan alai blender selama 24 jam (B) Hasilkompaksi dingin dengan alat mcsin pres, pacta tekanan1,67x 10-2tonlmm2.dan(C) basil pemanasan dari sampel(B) pactatemperatur700 .C selama48jam dalam tekananatmosfer. Sebelumdikenai perlakuan panasjenis T6 (T6adalah pemanasan pactasampel dari sullo kamaI'hingga580 .C clan di tahan selama 2 jam, kemudian quenchingke dalamcampuran air clanbarn es pactatemperatur o.c.Sampel basil quenching kemudian mengalami artificialaging pacta temperatur 150 daD 175 .C). Ketiga jenissampel tersebut diuji sifat termalnya dengan alai DTA.Pemanasandenganalai DTA yaitu dari tcmperatur kamarhingga 700 .C dengan kecepatan 15 .C/menit dalamsuasana dialiri gas argon UHP pactatekanan atmosfer.Sampel, sebelum clan sesudah disinter diuji dengandifraksi sinar-X clanpengujian struktur mikro denganmenggunakan SEM modus back scattered clanMikroskop optik. Sebelumdilakukan pengujian strukturmikro, terlebihdahulusampeldipolesdengankertaspolesberukurankekasaranmulai dari 600 hingga 2000.

HASIL DAN PEMBAHASAN

GambaI' 2 (A) adalah kurva DTA sam pelcampuran AIMgSi clanAlp3serbuk, yang telah digerusdengan ball-mill selama 24 jam. Kurva DTA tersebutmenunjukkan sebuah puncak endotermik dengan onsettemperaturpacta629.C clanentalpi -50 Jig.Gambar 1(B),adalahkurvaDTA, serbukAlMgSisaja.PactakeduakurvaDTA tersebut tidak tampak perbedaan yang berarti, baiksuhu onset maupun entalpi reaksinya. Dari kedua datagambaI' tersebut, menunjukkan bahwa perlakuanpenggerusan clan pencampuran dengan AIPJ belumtampak mempengaruhi sifat termal bahan tersebut.

Gambar 3(A) adalahkurva DTA sampelkomposityang. sudah di kompaksi dingin pacta tekanan1,67x 10-2tonlmm2.Gambar 3(B) adalahkurva DTA darisampel yang telah dikompaksi pacta tekanan tersebutdiatas clankemudian dipanaskan pactatemperatur 700 .Cdalamsuasanaudara pactatekanan I atmosfer.Pactakeduakurva DTA tersebut,tampak actaperbedaan yang berarti,yakni sullo onset clanentalpi reaksi menjadi lebih besardibandingkan dengan kedua besaran tersebut pactayang

Prosiding Pertemuan Iindah limu Pengetahuan don Teknologi Bahan '99Serpong, 20 -21 Oktober 1999 ISSN 1411-2213

- UIi."'-"'iiiiiiiO. ...1IIJ~-I"'" -"_~""""M"M"h"~;:;",.:::-._,.~.r"

..,.... ,......,.. ,.., .. ,..,"".0"". ... ."10"" -""""""y--

-.n , ................. ...

(a)

=::::-1

-.. ' .... --..... ...

(b)

Gambar 2. Thermogram DTA dari temperatur kamar hingga 900 "C, pada tekanan atmosfer dalam suasana gasargon UHP 99,9999%, (a) sampel hasH penggerusan dengan ball-mill campuran AIMgSi + AIP3 ' (b) sampel serbukAIMgSi

~, ...,..- ,1...,7"',,:::::.-......tin, ",... . ".. I Lt . ""

- h ==:;::-

-,'" ' -'M""'.... NO

(a)

1::.':::-'~;,..=-'::::::~ ,..""""'h"""to..

~. h,."-,,,-'...~iiI...

_",."'0 , - ",- ""-,M-"-(b)

Gambar 3. Thermogram DTA dari temperatur kamar hingga 900 "C, pada tekanan I atmosfer dalam suasana gasargon UHP, (a) Sampel hasH kompaksi dingin, (b) Sampel hasH pemanasan pemanasan pada 700 "C

tidak dikompaksi. Data ini dapat menunjukkan secara tidaklangsung bahwa, sudah terjadi interaksi antara AIMgSidengan A12O3'namun belum dapat diketahui sejauh manabesamya interaksi tersebut. Sedangkan pada sampelyang hanya di gems saja belum menunjukkan terjadinyainteraksi dari bahan-bahan itu, karena belum adaperbedaan yang berarti bila dibandingkan dengan kurvaDT A serbuk AIMgSi saja.

TabelI. HasHdata pengukuranDTA

sampel tolah digoros solama 24 jam

.. sampelsetolah dikompaksi pada tokanan 1.67xlO-' Tonlmm'"'sampel sotolahdikompaksikomudiandisinterpadatemperatur8oo'e

Pada kurva DTA tersebut tampak puncakeksotermik(I)medahului puncak endotermik (II). Keduapuncak tersebut ada pada program pemanasan yangpertama. Untuk program pendinginan tampak puncak

'Ie ; .'-." l u "'~

eksotermik(III) dan pada termogram pemanasan keduatampakpuncakendotermik(IV).Programpemana$andanpendinginan adalah dengan kecepatan yang sarna yaitu30°C/menit.PuncakeksotermikpOOapemanasanpertamapada temperatur 547 °C dengan entalpi 57,4 Jig. Puncakini sebagai basil reaksi antara AIMgSi dengan Alp]yaitu membentuk rasa barn berupa MgAIP4 pada antarmukabahantersebut.HasHreaksi inidiidentifIkasidengandifraksi sinar-X. HasHreaksi itu,juga telah diteliti olehpeneliti lain [1]. Puncak endotermik berikutnya adalahsebagai basil peleburan AIMgSi yang belum bereaksi.Reaksi endotermik (II) terjadi pada temperatur 644 °Cdengan entalpi256,2 Jig.Puncak eksotermik(III) adalahperist:wa pembekuan AIMgSi yang sudah mencair.Puncak ini terjadi pada temperatur 658 °Cdengan entalpi278 Jig. Pada pemanasan yang kedua tampak puncakendotermik (IV) sebagai peleburan kembali dari bahanAIMgSi pada temperatur 642 °Cdengan entalpi 269 Jig.Padapemanasankeduainitidaktampakpuncakeksotermikseperti pada pemanasan pertama, sehingga dipastikantidak adareaksipada saatkejadiantersebut, karena reaksiitu sudah selesai pada pemanasan I.

Poladifraksisinar-X darisampelyangtelahdisinter

j"

NO. NAMASAMPEL SUlIU ONSET Ie) ENTALPI(Jig) KETERANOAN

I. AlMsS; (""""") 1630 -3SO ...doI....uk

2. (AlMsS;+ AI.o,)' 655 -so """'....uk

3, (AlMsS;+ Al,o,)" 547 57 ok,,'....uk pemona.... I

4. (AlMsS;+ AlA)'" 644 -256 ...doI....-.ikpem""""", I

5, (AlMsS;+ AlP.)'" 65' 27. ok"'....uk pend.,,;..."

6, (AlMsS;+ AI,o,)'" 641 .269 ..."'.....uk............ n

Analisis Termal Reaksi Matriks AlMgSi dengan Penguat Alp] (Tumpal P.)

J ,:rt7--~=+~+---~"f-i> I~t- -t t t.c -._Ol~~ I---""""'-C

%,. - - , :!: -

0 .20 10 -0 10 80 '0 10 to

H ,n,lo Idll)

(a) X = AI2O,

T-

i---0

." .u'"

. 2c.~ Ic

.0 10 80 10 80 80 100

X'='AfMgSi;' '0'= MgAIP.

20 10

(b)

Gambar 4. Pola difraksi sinar-X, (a) Sampel yang telah

dipanaskan pada 700 "C (b) Sampel yang telah di DTAsampai 700 "c.

tampak pacta Gambar 4. Gambar ini menunjukkan bahwarasa baru sebagai hasil reaksi an tara AIMgSi dengan

AIP3 tidak tampak pacta gambar tersebut. Sedangkanpola difraksi sinar-X dari sampel yang telah dipanaskandengan DT A seperti sampel dad gambar 3(B) telah

menunjukkan adanya rasa baru MgAI2O 4 denganstruktur kristal oktahedral sebagai hasil reaksi AIMgSi

dengan AIP3 clan yang lainnya adalah a-AIP3'Gambar 5 menunjukkan struktur mikro komposit

bermatriks AIMgSi dengan persentasi keramik AIP3 12%volume. Komposit tersebut telah disiter pacta temperatur700 °C selama 48 jam. Sampel dipotret dengan alat OPTIK.Pada Gambar 5 tampak permukaan relatif rata,namun masihterdapat rongga-rongga yang yang masih perlu dikurangijumlahnya, guna meningkatkan densitas komposit.

Gambar 4. Menunjukkan struktur mikro kompositbermatriks AIMgSi dengan persentasi keramik Alp, 12%volume

KESIMPULAN

100

Pembuatan komposit, bermatriks AIMgSi clanberpenguat AIP3 dengan proses kompaksi dingin tidakmenujukkanhasilyangbaik,karena reaksiantarapenguatdenganmatriksbelum terjadidenganbaik. Tetapi denganproses tambahan yaitu pemanas~n pacta 700 °C sudahmenunjukkan adanya kontak yang baik anatara matriksdengan penguat terbukti dengan adanya hasil reaksiberupa MgAI2O4 yang terjadi dari bahan basilpemananasan tersebut. Oleh karenanya, sebaiknyaproses pembuatan dilakukan pacta tekanan panas (hotpressing) clansinter dalam keadaan vakum atau suasanagas inert.

DAFT AR PUST AKA

[I]. lC.Lee,G.H.Kim and H.I.Lee" Characterisationofinterfacial reaction in (AlP) p/6061 Aluminiumalloycomposite 1996

[2]. T.W.CLYNE.AndP.l WITHERS;"AnIntroductionto metal matrix composites", 1993, Cambridgeuniversity press.

[3]. DJ. LLOYD.InProc.12thInt. Symp.OnMetallurgyand materials Science" et al Matrix Composite-processing, microstructure and properties",(ed.Hansenetal.)81-99; 1991,Roskilde,Denmark,RisoNatiomnalLaboratory.

[4]. S-y, OH,lA. CORNIE, and K.RISSEL: MetallTrans.198920A.533-541.

[5]. T.OKAMOTTO:ISIJInt., 1990,30, 1033-1040.[6]. RJ. ARSENAULT and N.SHI Mater. Sci. Eng,

1986,81,175-187

[7]. I. DUTTA, S.M. ALLEN, andlL. HAFLEY: Metall.Trans, 1991. 22A

[8]. TDAS, PRMUNROE and S BANDYOP ADHYATVT. Bell. And M.V. Swain: Intefacial behaviour of

6061/ AIP3 Metal Matrix Composite.