PENGARUH MILLING TIME PADA PROSES MECHANICAL ALLOYINGDALAM PEMBENTUKAN FASA INTERMETALIK γ-TiAl DENGAN

MENGGUNAKAN HIGH ENERGY MILLING

Oleh

Galuh Intan Permata Sari2708 100 015

Dosen Pembimbing:

1. Hariyati Purwaningsih, S.Si, M.Si

2. Ir. Rochman Rochiem, M.Sc

Gambaran Umum Penelitian• Intermetalik TiAl banyak digunakan pada beberapa komponen

yang bekerja pada temperatur tinggi

• Pada penelitian ini dilakukan sintesa fasa intermetalik sebagaipenguat dalam pembentukan material Metal Matric Composit(MMC) yang dapat diaplikasikan dalam pembuatan komponenotomotif seperti conecting rod.

Tujuan Penelitian

• Untuk menganalisa pembentukan senyawaintermetalik γ-TiAl akibat pengaruh variasi millingtime.

• Untuk mempelajari mekanisme pembentukanfasa intermetalik γ-TiAl.

Intermetalik

• Intermetalik adalah fasa atau senyawabentukan dari unsur – unsur metal, dimanastruktur kristalnya berbeda dari struktur kristalmetal secara individual.

Sifat fasa Intermetalik

Kelebihan: kekuatan baik pada temperatur tinggipenghambat oksidasi dan korosi yang baikmelting point tinggikekakuan tinggiketahanan terhadap creep baik densitas rendah.

Kelemahan: •Getas•keelastikannya rendah pada temperatur rendah

Fasa intermetalik γ-TiAl• Titanium Aluminides (γ -TiAl) yang mempunyai

komposisi atomik paduan Ti 50% at dan Al 50% at

densitas rendah

ketangguhan dan spesifik stiffness tinggi

creep resistance baik pada temperatur tinggi

struktur kristal tetragonal

keuletan yang rendah pada temperatur rendah

Sifat fasa intermetalik γ-TiAl

Diagram fasa TiAl

Mechanical Alloying (MA)

Mechanical alloying (MA) adalah proses penggilingan mekanik untukmemproduksi paduan hasil dari pencampuran serbuk dengan ukuranyang homogen menggunakan high energy ball milling

(Suryanarayana, 2001).

Faktor yang Mempengaruhi MA

PCA

Mesin millingKecepatan milling

BPR

Temperatur Milling

Mechanical

AlloyingWaktu Milling

Mekanisme Mechanical Alloying

Al TiAl Ti

Solid solution Terbentuk necking

Kajian Penelitian

• Peneliti : Enayati, dkk. (2009)

• Metode : Mechanical Alloying (planetary ball mill, type Fritz pulverisette)

• Parameter :

• kecepatan rotasi vial : 600 rpm

• Kecepatan disc : 300 rpm

• BPR 10:1

• komposisi : Ti 50% wt Al

• variasi waktu milling : 10, 40, 60, 80 jam

• perlakuan panas : annealing.

Hasil penelitian

Pada milling time yang lebih lama, terjadi deformasi mekanik yang dapatmenyebabkan fase amorf TiAl menjadi kristalin akibat dari akumulasi energi

Milling time sangat mempengaruhi proses pembentukan fasa intermetalik, yaitu diawali dari bentuk amorfus metastabil hcp Ti(Al) SS TiAl (L10)

sehingga harus dapat memperkirakan milling time yang tepat agar hasil dari proses mechanical alloying dapat menghasilkan fasa intermetalik TiAl .

proses annealing pada temperatur 700oC menyebabkan transformasi dari fase amorfus menjadi metastabil hcp kemudian menjadi intermetalik γ-TiAl.

Diagram Alir Penelitian

Rancangan Penelitian

Milling

Time

(jam)

Pengujian

XRD SEM Termal

DTA TMA

0.5 √ √ - -

4 √ - √ -

6 √ - √ -

8 √ √ √ √

Identifikasi Fisik Hasil Mechanical Alloying

0.5 jam

8 jam6 jam

4 jam

Hasil PengujianDifraksi Sinar – X (XRD)

30 40 50 60 70 80 90

inte

nsi

ty

2 Theta (degree)

8jam

4jam

6jam

0.5jam

Al Ti(Al)Ti γ-TiAl

Analisa Data hasil XRD Paduan TiAl

Milling Time Identifikasi Fasa

Puncak Difraksi

2θ FWHM Integrited Intensity

0.5 jam Al 38.47573 0.3104 987.36

Ti 40.15847 0.3641 744.18

4 jam Al 38.48385 0.4991 385.16

Ti 40.18914 0.5808 489.68

6 jam Ti(Al) 38.56272 0.4523 289.71

Ti 40.18005 0.5543 383.96

8 jam γ-TiAl 38.69483 0.6569 225.45

Ti 40.22846 0.5808 314.31

Ukuran Kristal Paduan TiAl Hasil Proses Mechanical Alloying

milling

time

Fasa λ(Å)

B (rad)

θo Cos θ D (nm)

0.5jam Al 1.5405 0.0054 19.237 0.944 27.199

Ti 0.0063 20.079 0.939 23.438

4 jam Al 1.5405 0.0087 19.241 0.944 16.882

Ti 0.0101 20.094 0.939 14.619

6 jam Al 1.5405 0.0079 19.281 0.954 18.486

Ti(Al) 0.0097 20.090 0.939 15.222

8 jam γ-TiAl 1.5405 0.0115 19.347 0.954 12.637

Ti 0.0101 20.114 0.939 14.619

Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 0.5 jam

Gambar Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 0.5 jam dengan Perbesarana)1000 dan b) 5000 kali c)15.000 dan d) 30.000 kali.

a

c

b

d

Hasil EDAX paduan AlTi hasil milling time 0.5 jam

Element Wt% At%AlTi

37.0063.00

51.0448.96

Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 8 jam

a

c

b

d

Gambar Hasil SEM Paduan AlTi dengan Milling Time 8 jam dengan Perbesaran •1.000, b) 2.500, c) 5.000, dan d) 10.000 kali.

Hasil EDAX paduan AlTi hasil milling time 8 jam

Element Wt% At%

AlTi

35.1764.83

49.0550.95

Grafik Hasil Pengujian DTA

Analisa Data Hasil Pengujian DTA

MillingTime

FenomenaEndoterm/Eksote

rm

Temperatur Hipotesa Peristiwa

4 jam Endoterm 610 oC Melting Alumunium

Eksoterm 650 oC Temperatur Kristalisasi

- 670–900 oC Pembentukan fasa γ-TiAl(transformasi metasatbilTiAl manjadi γ-TiAl)

6 jam Endoterm 542 oC Melting Alumunium

Eksoterm 615 oC Temperatur Kristalisasi

- 660-900 Pembentukan fasa γ-TiAl(transformasi metasatbilTiAl manjadi γ-TiAl)

8 jam Eksoterm 585 oC Temperatur Kristalisasi

- 620-900 oC Pembentukan fasa γ-TiAl(transformasi metasatbilTiAl manjadi γ-TiAl)

Grafik Hasil Pengujian TMA Paduan TiAl milling time 0 jam

Grafik Hasil Pengujian TMA Paduan TiAl Milling Time 8jam

Koefisien thermal paduan TiAl

Milling time Koefisien Ekspansi Thermal

200 oC 600 oC

0.5 jam 36.01 x 10-6/oC 27.08 x 10-6/oC

8 jam 16.40 x 10-6/oC 23.02 x 10-6/oC

KESIMPULAN

• Semakin lama milling time maka ukuran kristal daripaduan TiAl akan semakin kecil. Kenaikan milling time dari0.5 ke 8 jam menyebabkan reduksi ukuran kristal dari27.199 nm menjadi 12.637 nm.

• Dengan semakin kecil ukuran kristal maka interdiffusionyang terjadi antar paduan TiAl semakin kuat. Sehinggapowder menjadi lebih reaktif untuk membentuk fasa baru.

• Fasa intermetalik -TiAl terbentuk pada milling time 8 jam,diawali dengan terbentuknya solid solution Ti(Al) padamilling time 6 jam.

• Proses Mechanical Alloying dapat menurunkan koefisienekspansi termal dari paduan TiAl.

SARAN

• Perpanjangan milling time untukmenghasilkan single phase -TiAl yang lebihhomogen.

• Penambahan proses anneal setelahmechanical alloying dapat membantupembentukan single phase -TiAl yangdiinginkan.

• Penambahan kandungan Process ControlAgents (PCA) dalam proses Mechanical

TERIMA KASIH

Serbuk Ti 64%at= 6,4 gramSpesifikasi : Ti 98%

ukuran partikel ≤ 150 µm

Serbuk Al 36% at = 3,6 gramSpesifikasi : Al 90%

ukuran partikel ≤ 45 µm

Bahan

Penelitian

Milling time

• Berpengaruh pada pembentukan fasa

• Proses interdiffusion

• Homogenitas serbuk

• Welding dan fracturing