Semi solid processing adalah proses manufaktur dengan fasa material berada pada keadaan setengah padat, seperti agar-agar yang kenyal, oleh karena itu disebut semi solid atau “hampir padat”. Temperatur diatur sedemikian rupa agar material berada pada keadaan semi solid saat diproses.Direct Powder Semi Solid FormingPembuatan komposit aluminium dengan metode semi solid processing akan lebih efisien dibanding proses metode serbuk (powder metallurgy) konvensional yang memerlukan lebih banyak langkah proses yang berarti metode semi solid lebih hemat cost.

Gambar 1. Perbandingan langkah-langkah metode metalurgi serbuk semi solid dengan metode metalurgi serbuk

konvensional[1]

Disamping itu proses semi solid tidak memerlukan energi yang lebih besar dibanding liquid state processing. Liquid state processing pada pembuatan aluminium komposit juga lebih beresiko oleh adanya gas-gas yang terperangkap sehingga produk nantinya akan terdapat porositas gas. Proses semi solid juga dapat menghasilkan produk yang net-shape sehingga tidak diperlukan proses machining lagi sesudahnya, yang berarti lebih menghemat costPada kasus aluminium dengan penguat SiC, SiC dapat bereaksi pada aluminium cair, proses pada temperatur semi solid akan menurunkan kemungkinan terjadinya reaksi tersebut[1]. Temperatur target untuk mendapatkan fasa semi solid pada pembuatan komposit aluminium tergantung dari jenis atau  tipe aluminium yang digunakan, misalnya untuk Al2124 biasanya sekitar 550oC[1], dan untuk Al6061 sekitar 580oC[2]. Penentuan seberapa besar suhu yang digunakan untuk membentuk fasa semi padat dapat dilihat dari diagram fasa apabila matriksnya menggunakan aluminium yang berjenis paduan, fasa semi padat terbentuk diantara garis solidus dan liquidus seperti contoh diagram fasa aluminium seri 2 atau Al-Cu di bawah ini.

Gambar 2. Diagram fasa Al-Cu[3]

Dari penelitian Q.D. Qin dkk[4], tentang pengaruh suhu holding proses semi solid pada struktur mikro komposit Al/Mg2Si, semakin besar suhu proses semi solid akan membuat ukuran butir aluminium lebih seragam, lebih kecil dan lebih spherical yang berarti sifat komposit akan semakin baik, disamping dari aspek pengaruh kekuataninterface antara matriks dan penguatnya.Pada kasus pembuatan paduan aluminium tipe 2124 dengan direct powder semi solid forming dengan penguat serbuk SiC[1], sebelumnya telah dilakukan blending dan mechanical alloying, lalu serbuk komposit tersebut dipadatkan dengan metode cold compacted untuk meningkatkan density. lalu dipanaskan untuk mencapai target temperatur 550oC, ditahan 1-30 menit lalu kemudian baru ditekan (press) membentuk produk yang net shape ataunear net shape.

Gambar 3. Skematis proses semi solid forming[1]

Compocasting   atau   Rheocasting Proses pengadukan antara partikel penguat dengan fasa aluminium cair mempunyai kelemahan yaitu pencampuran yang merata susah didapat karena perbedaan density yang

besar antara molten matrix dan penguatnya, sehingga dibuat modifikasi atau perbaruan, yaitu matriksnya dibuat pada keadaan semi solid lalu di-stirring dengan partikel penguat membentuk low viscosity slurry, metode pembaharuan ini disebut compocasting atau rheocasting. Akan tetapi metode compocasting mempunyai keterbatasan yaitu batas maksimal penguat sekitar 20% karena dispersi yang efektif akan sulit diatas volume 20%[5]. Serta terbatas hanya untuk matriks logam yang mempunyai kemampuan untuk membentuk fasa ‘lumpur’ atau semi solid, aluminium dapat membentuk fasa semi solid. Dengan metode ini, partikel-partikel terperangkap dan dicegah dari pembentukan aglomerasi karena paduan ini sudah berbentuk sebagian padat[6]. Selain itu metode rheocasting ini juga tidak cocok untuk memproduksi komposit dengan penguat serat, karena pori-pori sisa antara fiber sulit untuk dieliminasi sepenuhnya[6].

Gambar 4. Skematis proses rheocasting[7]

Dari penelitian yang dilakukan Li-na Guan dkk terhadap pengaruh suhu pengadukan metode rheocasting dan waktu pengadukan dari komposit (5% Aluminum Borate whiskers [ABOw] + 15% SiCp)/6061Al, didapatkan hasil sebagai berikut, dimana struktur mikro yang homogen dan sifat kekuatan tarik yang paling baik didapatkan pada suhu pengadukan semi solid sebesar 640oC dan waktu pengadukan 30 menit.

 Gambar 5. Sifat kekuatan tarik dari komposit (5%ABOw + 15% SiCp)/6061Al yang difabrikasi dengan proses semi

solid dengan parameter pengadukan yang berbeda[8]: (a) Temperatur pengadukan; (b) waktu pengadukan

Gambar 6. Foto SEM dari komposit (5%ABOw + 15% SiCp)/6061Al difabrikasi dengan parameter pengadukan

yang berbeda[8]: (a) 680oC, 30 min; (b) 650oC, 30 min; (c) 640oC, 30 min; (d) 630oC, 30 min; (e) 640oC, 15 min

Dari penelitian di atas tentang pengaruh suhu dan waktu pengadukan pada proses rheocasting bisa disimpulkan semakin lama waktu pengadukan akan membuat struktur mikro dan sifat kekuatan tarik yang semakin baik karena akan membuat pencampuran lebih merata. Akan tetapi pada pengaruh suhu, terdapat suatu suhu tertentu yang membuat sifat komposit menjadi optimum pada proses rheocasting ini.

Daftar Pustaka

1. R.W Hamilton, Z Zhu, R.J Dashwood, P.D Lee, Direct semi-solid forming of a powder SiC–Al PMMC: flow analysis, Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, Volume 34, Issue 4, April 2003, Pages 333-339, ISSN 1359-835X, 10.1016/S1359-835X(03)00030-7. 

2. Wu Y, Kim GY. 2010. Semi-solid powder rocessing of Al6061 composite reinforced by functionalized carbon nanotubes. MS&t2012 conference Houston, Texas.

3. http://chemsoc.velp.info/alloys/Al-Cu.jpg Diakses 3 Maret 2012 pukul 15.20 WIB.

4. Q.D. Qin, Y.G. Zhao, C. Liu, P.J. Cong, W. Zhou, Y.H. Liang, Effect of holding temperature on semisolid microstructure of Mg2Si/Al composite, Journal of Alloys and Compounds, Volume 416, Issues 1–2, 8 June 2006, Pages 143-147, ISSN 0925-8388, 10.1016/j.jallcom.2005.08.057.

5. Matthews F.L, Rawlings R.D. 1994. Composite Materials: Engineering and Science. Chapman & Hall : London. 

6. Ganesh, Narayanan. Composite Materials Lecture. Indian Institute of Technology Guwahati. http://www.iitg.ernet.in/engfac/ganu/public_html/Part3.pdf diakses 3 Maret 2012 pukul 13.10 WIB.

7. Kainer, Karl Ulrich. Combination of Materials for Light Metal Matrix Composites. http://www.wiley-vch.de/books/sample/3527313605_c01.pdf diakses 3 Maret 2012 pukul 13.15 WIB.

8. Li-na Guan, Lin Geng, Hong-wei Zhang, Lu-jun Huang, Effects of stirring parameters on microstructure and tensile properties of (ABOw+SiCp)/6061Al composites fabricated by semi-solid stirring technique, Transactions of Nonferrous Metals Society of China, Volume 21, Supplement 2, August 2011, Pages s274-s279, ISSN 1003-6326, 10.1016/S1003-6326(11)61590-2.