TUGAS RESUMEFISIKA KOMPOSIT

Kevin Devalentino 11 11 100 080

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA

ResumeKomposit Matriks Logam Al-SiC Pada Produk Kanvas Rem Kereta Api

Komposit Matriks Logam Al-SiC (KML Al-SiC) menggunakan aluminium sebagai matriks dan partikel SiC sebagai penguat. Material komposit matrik aluminium dengan penguat keramik SiC yang juga disebut komposit isotropik Al-SiC merupakan kombinasi yang sangat sesuai dalam peningkatan performansi mekanik dan ketahanan dalam kerusakan korosif.

Komposit matrik logam (Metal Matrix Composite, MMC) dikembangkan sejak tahun 1970. Secara umum pengembangannya bertujuan untuk meningkatkan efisiensi struktur dan karakterisasi material yang signifikan, seperti untuk aplikasi material yang ringan tetapi sangat kuat.

Material komposit adalah dua material atau lebih yang digabungkan sehingga menghasilkan sifat mekanis yang merupakan gabungan dari komponen penyusuannya. MMC adalah teknologi komposit dengan logam sebagai matriksnya. MMC biasanya perpaduan dengan keramik. Salah satu kerugian dengan memanfaatkan paduan keramik adalah besarnya rentang nilai CTE (Thermal Expansion Coefficient) metal dengan keramik. Besarnya perbedaan tersebut menyebabkan ikatan antarmuka (interface) pada paduan tersebut sangat rendah. Kemudian dikembangkan MMC dengan logam sebagai matriks dan logam juga sebagai penguatnya. Adapun salah satu MMC yang sudah sering dikembangkan adalah MMC Al-based, dengan Aluminium sebagai matriksnya, seperti; Al/SiC, Al/TiO2, Al/BN, Al/TiC, dan lain-lain.

Pembentukan komposit matriks logam dapat dilakukan dengan berbagai cara, salah satu diantaranya pembentukan dengan metode metalurgi serbuk. Keuntungan metode metalurgi serbuk dapat langsung dihasilkan tanpa perlu dilakukan permesinan dan dapat diproduksi dalam skala kecil maupun massal. Kelemahan metode metalurgi serbuk yaitu penggabungan antara bahan penyusun relatif sulit, karena keramik SiC memiliki tingkat kebasahan yang rendah dibandingkan logam Al dan kecenderungan keramik SiC untuk mengelompok.

Salah satu komponen yang termasuk penting pada kereta api sebagai kendaraan adalah rem. Rem berfungsi sebagai alat untuk mengatur laju kendaraan, khususnya mengurangi dan menghentikan kendaraan. Komposit Matriks Logam Al-SiC (KML Al-SiC) menggunakan aluminium sebagai matriks dan partikel SiC sebagai penguat. Aluminium dipanaskan sampai ke titik lelehnya, lalu dicampur dengan SiC serbuk, selanjutnya dituang ke dalam cetakan. Material komposit matrik aluminium dengan penguat keramik SiC atau disebut komposit isotropik Al-SiC merupakan kombinasi yang sangat sesuai dalam peningkatan performa mekanik dan ketahanan dalam kerusakan korosif.

Aluminium merupakan unsur yang sangat reaktif sehingga mudah teroksidasi. Karena sifat kereaktifannya maka aluminium tidak ditemukan di alam dalam bentuk unsur melainkan dalam bentuk senyawa baik dalam bentuk oksida alumina maupun silikon. Sumber aluminium yang sangat ekonomis adalah bauksit. Bauksit adalah biji yang banyak mengandung alumina (Al2O3) yakni 30 – 60% serta 12 – 30% adalah air. Makin banyak oksida besi yang mengotori maka akan semakin gelap warnanya. Bauksit dapat berwarna putih, krem, kuning, merah atau coklat dapat sekeras batu. Namun ada pula yang selembek tanah lempung.

Paduan aluminium mengandung 99% aluminium dan 1% mengandung mangan, besi, silikon, tembaga, magnesium, seng, krom, dan titanium. Menurut Schenk, paduan aluminium mengandung logam lain, seperti: besi 0,5%, Silikon 2 – 3 %, tembaga 1 – 2%, seng 0,9%, Mangan 0,5 – 0,8% , Magnesium 0,7%, Krom 0,3%, dan Titanium 0,3%. Aluminium juga memiliki sifat yang lebih unggul dibandingkan dengan sifat logam lain. Sifat-sifat aluminium yang lebih unguul bila dibandingkan dnegan logam lain adalah ringan, kuat, ketahanan terhadap korosi, daya hantar listrik yang baik, anti-magnetis, toksifitas, kemudahan dalam proses, dan

memiliki sifat dapat dipakai kembali. Untuk mendapatkan peningkatan kekuatan mekanik, biasanya logam aluminium dipadukan dengan unsur Cu, Si, Mg, Ti, Mn, Cr, Ni, dan sebagainya.

Keramik mempunyai ikatan ionik yang tinggi, keadaan sedemikian menyebabkan bahan ini dikategorikan sebagai bahan yang bersifat kuat dan rapuh. Selain material keramik bersifat rapuh, tetapi juga mempunyai kelebihan, antara lain : koefisien ekspansi termalnya rendah sehingga lebih tahan terhadap kejut suhu. Ketahanannya pada suhu tinggi merupakan sifat penting dan menjadi faktor utama untuk dipertimbangkan dalam pemilihan bahan baru keramik yang berkekuatan tinggi. Kelemahan dari material keramik adalah sifat rapuhnya, sehingga bila terjadi retak mikro, maka akan mudah menjalar retakan tersebut dan dapat menyebabkan kerusakan (failure).

Silikon karbida dengan formula SiC tergolong salah satu jenis material keramik non oksida. SiC membentuk struktur tetrahedral dari ikatan atom karbon C dan atom Si. Material ini tergolong material yang sangat keras dan tahan terhadap abrasive. Serbuk keramik SiC ada dua macam, dapat di bagi berdasarkan bentuknya, yaitu: partikulat dan serabut (whiskers).

Silikon karbida (SiC) memiliki kurang lebih 70 bentuk kristal, dan yang paling terkenal adalah struktur kristal heksagonal dengan komponen alpha silicon karbida. Sifat-sifat SiC yang paling istimewa, antara lain: daya hantar panas tinggi, tahan pada temperatur tinggi, nilai kekerasan tinggi, tahan kejutan termal dan tahan terhadap korosi. Ketahanan SiC terhadap korosi ditunjukkan dengan adanya abu batubara, slag asam, dan slag netral pada saat material tersebut diaplikasikan. Silikon karbida dibuat melalui proses reduksi silika dengan karbon pada suhu tinggi. Untuk mendapatkan SiC dengan kemurnian tinggi maka terlebih dahulu silika dicuci dengan hydrofluoric acid

Logam aluminium yang telah dicampur dengan partikel silicon carbida (SiC) untuk membentuk komposit bermatriks logam akan mengalami perubahan beberapa sifat fisik dan ketahanan korosinya. Nilai kekuatan spesifik komposit ini lebih unggul dibandingkan dengan

logam aluminium murni, baik pada suhu kamar ataupun suhu tinggi (< 200oC). Komposit ini

memiliki ketahanan korosi yang rendah bila dibandingkan dengan aluminium murni. Semakin tinggi kandungan SiC, kecepatan korosi meningkat. Silicon carbida (SiC) merupakan senyawa kristalin yang mempunyai sifat mekanik dengan kekerasan paling tinggi dan mempunyai titik

leleh tinggi yaitu sekitar 2837oC. SiC yang memiliki kemurnian paling tinggi. Memiliki berat

atom 40,1 gram, terdiri atas 70,04% Si dan 39,06% C. Sifat lainnya adalah tidak larut dalam air dan pelarut lainnya, lebih dikenal dengan nama carborundum dan moissanite.

Pemakaian blok rem komposit menggantikan blok rem berbahan besi cor untuk kanvas kereta api di Indonesia sudah dimulai sejak dasa warsa terakhir. Blok rem yang terbuat dari material besi cor mempunyai berat 11-12 kg. Blok rem seberat ini dapat mempersulit proses pemasangan atau biaya pemasangan yang tinggi. Umur pemakaian hanya mencapai satu bulan dan nilai jual bahan bekasnya masih relatif tinggi.

Keunggulan dari blok rem berbahan komposit adalah tidak memiliki salvage value atau nilai jual bahan bekasnya tidak ekonomis, sehingga anti pencurian. Disamping itu gesekan dengan roda tidak menimbulkan percikan api sehingga sangat layak untuk applikasi di kereta barang (kereta parcel) khususnya kereta yang mengangkut bahan yang explosive seperti minyak atau gas dan lain lain. Penggantian blok rem metalik (Cast Iron) menjadi blok rem komposit dengan mempertimbangkan aspek ekonomis dimana kanvas rem komposit memiliki keunggulan dibanding rem metalik. Keunggulan blok rem komposit adalah rem komopsit memiliki umur ekonomis 3 kali lipat dibanding blok rem besi cor, rem komposit lebih ringan, rem komposit memiliki harga lebih murah, rem komposit tidak rawan pencurian karena tidak bisa dijual kiloan, dan rem komposit tidak memercikan api saat gesekan sehingga aman jika digunakan.