dataaa

BAB XI

PERLAKUAN-PERLAKUAN PERMUKAAN

Banyak produk manufaktur diberi pelapis dengan lapisan-lapisan yang dirancang

untuk memberikan ketahanan terhadap korosi atau terhadap panas untuk memenuhi

kebutuhan-kebutuhan estetika. Pada materi kali ini yang akan dibahas mencakup :

penghilangan selaput-selaput tipis permukaan yang tidak diinginkan, perubahan

lapisan-lapisan permukaan dengan reaksi kimia, pengendapan lapisan-lapisan metalik

dari lebiran atau dari larutan, penciptaan pelapis-pelapis logam, keramik, atau organik

dengan cara pengendapan uap, pengendapan pelapis-pelapis melalui reaksi kimia

pada suhu tinggi, pengubahan komposisi permukaan dengan implantasi ion dan

penerapan pelapis-pelapis organik.

Perlakuan-perlakuan permukaan bertujuan untuk menciptakan struktur komposit

dengan hanya mengubah sifat-sifat permukaan. Oleh karenanya produk yang

dihasilkan tidak sama dengan komposit yang sifat-sifat bentukan pejalnya terpengaruh

dan dengan laminat-laminat yang dibuat dengan menyatukan 2 (dua) entitas yang

terpisah.

11.1. Klasifikasi Perlakuan-Perlakuan Permukaan

Ada banyak jenis perlakuan permukaan dan jumlahnya selalu bertambah.

Beberapa proses bersifat pengurangan, yang lainnya bersifat penambahan, dan yang

lainnya lagi bersifat mengubah permukaan melalui reaksi-reaksi yang melibatkan

bahan induk.

Beberapa proses (seperti pengecatan) digunakan sebagai perlakuan terhadap

produk akhir, yang lainnya (seperti penambahan fosfat) merupakan bagian yang

penting bagi sebuahrangkaian produksi, yang lainnya lagi seperti CVD merupakan

proses produksi dengan aturannya sendiridan akan memainkan peranan penting

dalam proses pembuatan piranti-piranti semikonduktor.

Pelsapisan / coating dapat memenuhi banyak macam keperluan.Dalam proses

pembuatan, pelapisan memberikan topografi atau komposisi permukaan yang

terkontrol untuk penahanan pelumas, dalam pemakaiannya, pelapisan dapat

memberikan ketahanan aus atau ketahanan terhadap korosi, atau diaplikasikan

semata-mata untuk alasan-alasan estetis.Lihat gambar 11.1. di bawah ini :

Proses ProduksiPopy Yuliarty, ST. MT.

Pusat Pengembangan Bahan AjarUniversitas Mercu Buana

‘111

Gambar 11.1. Klasifikasi perlakuan-perlakuan permukaan

Perlakuan-perlakuan yang dirancang untuk mengubah tegangan-tegangan sisa

permukaan kadang-kadang dimasukkan ke dalam perlakuan permukaan.

11.2 PROSES PEMBUANGAN

Proses ini sering kali ditujukan untuk membuang permukaan yang tidak

diinginkan atau mengubah topografi permukaan.

1. Cara Mekanis. Kontaminan-kontaminan yang kasar dan melekat kuat

dihilangkan dengan cara mekanis, termasuk proses abrasif berperigkat (Sub-

subbab 16.8.5) dan proses abrasif lepas (Sub-subbab 16.8.6), terutama,

semburan partikel, power brushing, dan barrel finishing.

2. Penghilangan Minyak Fluida (minyak) organic digunakan secara luas dalam

berbagai proses pembuatan, termasuk proses deformasi dan pemesinan, tetapi

mungkin juga diaplikasikan pada logam untuk memberikan perlindungan terhadap

korosi selama penyimpanan dan pengiriman. Permukaan-permukaan dapat



‘112

tertempeli minyak, debu, serta kontaminan-kontaminan organic dan anorganik

lainnya (tanah).Sebelum operasi penyambungan, perakitan, atau pelapisan,

semua residu tersebut harus dihilngkan dengan proses-proses yang mengunakan

pelarut, enceran zat kimia atau zat yang ddisebutkan pada Sub-subbab

8.2.4.penerapan fluida yang digunakan untuk menghilangkan minyak dalam

pancaran bertekanan tinggi membantu menghilangkan tanah yang menempel

kuat. Tingkat kebersihan yang lebih tinggi akan terjamin jika fluida diaduk dengan

menggunakan transduser ultrasonic. Getaran-getaran yang ditimbulkan akan

menyebabkan kavitasi (pembentukan buih-buih kecil). Jika mengenai permukaan

benda, buih-buih ini pecah dalam pancaran berkecepatan tinggi (hingga 400

km/jam) sehingga menimbulkan aksi pembersihan mekanis yang sangat kuat. Uji

penguraian air (water break-test) menawarkan pemeriksaan cepat terhadap

efisiensi penghilangan minyak: jika air yang dialirkan pada permukaan tetap dalam

bentuk selaput tipis, maka permukaan itu sudah bersih; namun jika berkumpul

membentuk genangan, berarti masih ada residu minyak yang tertinggal.

3. Cara Kimia Kita telah melihat dalam Subbab 17.2 bahwa enceran larutan

kima dapat digunakan untuk menghilangkan bahan. Bahan-bahan kiia dapat dipilih

hanya untuk menghilangkan satu lapisan permukaan, biasanya oksida; bias jadi

larutan asam (seperti dalam pengasaman baja) atau larutan basa (seperti dalam

pelepasan oksida alumunium). Suatu inhibitor (zat penghalang) bias jadi

diperlukan untuk mencegah serangan terhadap logam substrat. Penghilangan

minyak secara cermat sering kaliperlu dilakukan untuk memastikan serangan yang

seragam (sejumlah kecil minyak dapat bertindak sebagai pelindung). Setelah

melakukan esta, komponen harus dibersihkan untuk mencegah serangan lebih

lanjut.sama seperti proses pemesinan secara kimia yang dipercepat dengan

penyaluran arus lidtrik (Subbab 17.3), pembersihan ini juga dapat dipercepat

dengan pembersihan secara elektrolotik (electrolytic cleaning), yang dalam hal ini

komponen bertindak sebagai katoda, anoda, atau dengan polaritas bolak-balik,

bergantung padabahan komponen dan tanah yang dihilangkan.

11.3 PELAPISAN KONVERSI

Dalam pelapisan konversi, suatu lapisan permukaan logam diubah melalui reaksi

kimia.

1. Oksidasi. Banyak logam mengalami oksidasi dalam penggunaanya, dan oksidasi

yang tak terkontrol dapat menyebabkan perubahan-perubahan yang tidak



‘113

diinginkan dalam hal penampilan permukaan atau korosi pada sebagian ataupun

keseluruhan komponen.Akan tetapi, perlakuan-perlakuan kimia atau perlakuan-

perlakuan dalam suhu yang tinggi dapat dilakukan agar hasilnya seperti yang

dukehendaki, bentuk-bentuk yang tahan terhadap korosi akibat oksidasi.Dengan

demikian, permukaan yang menghitam yang dihasilkan oleh bahan-bahan kimia

tahan karat, serta tembaga dan kuningan dapat diberi perlakuan, sehingga

memiliki berbagai corak hitam, cokelat, biru, dan hijau. Suatu oksida yang keras

dengan warna dan ketebalan yang terkontrol dimunculkan pada aluminium (dan

juga pada Mg dan Ti) melalui proses anodisasi (anodizing). Setelah pengelupasan

oksida alami, omponen dicelupkan kedalam elektrolit encer dan dihubungkan

dengan terminal positif pada sumber energy arus searah (dan karenanya menjadi

anoda). Suatu selaput oksida, yang terikat secara structural ke substrat, akan

muncul, suatu oksida yang berpori dapat disusupi dengan bahan pewarna

dekoratif atau warna bias juga dihasilkan selama pengendapan. Pencelupan

dalam air mendidih akan mengubah alumina menjadi monohidroksida dan

merapatkan atau menutupi permukaan. Pelapis-pelapis yang lebih tebal (25-

100um) dan lebih padat yang dihasilkan melalui proses anodisasi keras (hard

anodizing) bersifat tahan aus, dan PTFE dapat ditambahkan untuk menurunkan

gesekan dan meningkatkan ketahanan aus.

2. Pelapis dengan Fosfat Dalam Sub-subbab 8.2.4 kita telah melihat bahwa

permukaan baja dilapisi dengan fosfat untuk menahan pelumas dalam

pembentukan dengan deformasi berat. Pencelupan dalam larutan Zn fosfat dan

larutan asam fosforat menyebabkan tumbuhnya lapisan seng fosfat kristalin, yang

didalamnya terdapat saluran – saluran yang saling terhubung yang akan

membantu menjerat pelumas ; jika perlakuan ini diterapkan pada lapisan yang

lebih tipis, maka pelapis tersebut bertindak sebagai dasar cat. Perlakuan –

perlakuan serupa dapat digunakan untuk logam – logam yang lain, termasuk

aluminium dan baja galvanis.

3. Pelapisan dengan Kromat Pelapis polos atau berwarna yang sangat tipis (dibawah

2,5μm), dibentuk dengan pencelupan ke dalam larutan asam kromat dan bahan –

bahan kimia lainnya.Sebagai contoh, beberapa jenis kaleng makanan memiliki

lapisan yang demikian sebagai pelapis dasar pada permukaan baja.



‘114

11.4 PERLAKUAN – PERLAKUAN TERMAL

Beberapa perlakuan termal dapat mengubah sifat – sifat lapisan permukaan ;

sementara yang lainnya memberikan pelajaran dengan cara pemadatan atau

pembekuan.

11.4.1 Perlakuan Panas Permukaan

Penerapan utamanya adalah untuk baja

Pengerasan Permukaan Sebagaimana ditunjukkan dalam Sub-subbab 6.4.4, lapisan

permukaan dapat mengeras jika baja mengandung cukup karbon.Untuk ini, permukaan

harus dipanaskan dalam kisaran suhu ausenitik, dan dengan pencelupan dingin cepat

untuk membentuk martensit. Beberapa metode pemasaran yang dapat diterapkan :

1. Pengerasan dengan nyala api(flame hardening) mengandalkan panas dari nyala

api oxyfuel ; kemudian permukaan dicelup dingin dengan air. Metode ini dapat

dilakukan secara manual atau mekanis, untuk pengerasa lokal atau keseluruhanm

dan dalam situasi produksi kecil maupun sedang hingga tinggi.

2. Dalam pengerasan induksi (induction hardening), komponen di kelilingi oleh

sebuah koil tembaga berpendingin air. Arus listrik berfrekuensi tinggi dialirkan ke

koil untuk memanaskan permukaan komponen sampai pada kedalaman tertentu

yang terkontrol, diikuti dengan pencelupan dingin dengan air.

3. Pengerasan dengan sinar berenergi tinggi didasarkan pada intensitas energi yang

tinggi dari sinar – sinar electron (tidak dipusatkan untuk mencegah terjadinya

peleburan) dan sinar – sinar laser (Sub-subban 18.7.2). Pengerasan dengan sinar

electron dan sinar laser memungkinkan pemanasan cepat terhadap permukaan

baja dalam pola yang terkontrol. Jika komponen besar, maka bagian terbesar yang

tidak terpanaskan akan mendinginkan secara cukup cepat untuk memberikan

pendingan yang diperlukan.

11.4.2 Pelapisan dengan Cara Difusi

Jika baja tidak mengandung cukup karbon, maka permukaan dapat diperkaya dengan

cara mendifusikan jenis atom yang dibutuhkan (C atau N) ke dalam permukaan

tersebut.

Karburisasi Karbon didifusikan ke dalam baja pada kisaran suhu austenitic (biasanya

850 – 950oC) dengan berbagai teknik.Karburisasi gas, teknik yang paling banyak

digunakan pada tungku dengan gas – gas yang kaya karbon (gas alam, propana, atau



‘115

metana) dan gas pembawa (biasanya campuran N2, CO, dan H2).Untuk karburisasi

vakum, komponen dipanaskan dalam kondisi vakum sedang (kasar) dan gas

hidrokarbon kemudian dimasukkan.Karburisasi terbungkus (pack carburizing) atau

dalam larutan garam (salt bath) sekarang ini sudah jarang digunakan. Metode yang

paling efektif adalah karburisasi plasma, yang akan dibahas dalam Sub-subbab 19.6.4.

Komponen didinginkan dan dibiarkan pada suhur kamar.

Nitridasi Nitrogen dapat didifusikan ke dalam baja paduan pada suhu 500-560oC untuk

membentuk lapisan permukaan yang keras dan tipis, melalui pembentukan nitride –

nitride dengan Cr, V, W dan Mo. Nitrida yang terbentuk dengan Al menghasilkan

pelapis yang sangat keras, tetapi getas. Proses ini dapat berlangsung dalam cairan

atau gas ; nitridasi plasma (Sub-subban 19.6.4) merupakan metode yang popular.

Dalam metode ini pendingin tidak diperlukan dan, jika baja dapat diberi perlakuan

panas, baja itu harus dicelup dingin dan ditempar sebelum dilakukan

nitridasi.Karbonitradasi (carbonitriding) merupakan varian dari karburisasi gas, dengan

campuran ammonia dalam atmosfer tungku.Pelapis yang dihasilkan tipis dan keras.

Difusi Logam Dalam kromisasi (chromizing), krom didifusikan ke dalam permukaan

baja – baja dan panduan – panduan super untuk menaikkan ketahanan terhadap

korosi, tetapi karbida yang terbentuk bersama dengan baja karbon menyebabkan

permukaan mengalami dekarburisasi.Kondifusi silicon dengan krom akan dapat

menyingkirkan masalah ini. Aluminisasi (aluminizing) diterapkan untuk meningkatkan

ketahanan baja dan panduan – panduan super terhadap korosi pada suhu yang tinggi.

Contoh 19.1 Perusahaan petrokimia harus mengatasi fluida encer yang korosif dalam

kilang minyak mereka, terutama jika perusahaan itu mengolah minyak mentah yang

asam dan berat.Baja karbon mengalami korosi yang hebat, baja tahan karat feritik atau

austenite (Tabel 8.3) memiliki konduktivitas yang buruk (Tabel 4.1) dan juga bebas dari

masalah korosi.Salah satu solusi adalah membuat pipa penukar kalor dari baja karbon

(AISI 1018) yang diberi pelapis dengan lapisan Cr-Si yang telah terkodifusi, dibagian

dalam.Serbuk, yang dibuat dari Cr dan Si (panduan – panduan sumber), garam halida

(activator), dan bahan pengisi inert (seperti alumina) ditempatkan bersentuhan dengan

permukaan.Pada pemanasan dengan suhu 1060-1200oC, activator bereaksi dengan

panduan – panduan sumber, dan halida kemudian bereaksi dengan permukaan pipa.

Krom dan silikon diendapkan dan, setelah waktu siklus selama 12-45 jam, difusi

mencapai kedalaman 0,25-0,5 mm. (sumber : G.T Bayer, Adv. Mater. Proc., 1998 (2) :

25 – 28). Inputan panas harus dikontrol untuk mencegah leburan yang berlebihan dari



‘116

bagian terbesar komponen, karena akan mencairkan endapan, tetapi harus

memberikan kawasan yang dipengaruhi oleh panas. Jika digunakan untuk membuat

roda – roda gigi, poros, landasan-bentuk, dan komponen – komponen lain yang tahan

dua hingga lima kali lipat dengan penyaluran serbuk logam ke kawasan panas atau

dengan menggantikan pelat strip sebagai kawat pelapis kawat pengelas (strip overlay

welding). Pelapis – pelapis, sebagian besar dari baja tahan karat, diaplikasikan untuk

mendapatkan ketahanan terhadap korosi dalam weld cladding. Pengendapan WC

dengan busur api listrik disebut spark hardening (pengerasan dengan bunga api),

bermanfaat sebagai alat – alat iris.

Pengendapan Leburan Partikel (Penyemprotan Termal) Proses ini berbeda dengan

pelapisan muka yang keras dalam hal substrat melebur dan sedikit HAZ jika ada ; tentu

saja, substratdapat didinginkan dengan memakai gas atau cairan. Beberapa bahan

yang memiliki titik lebur paling tidak 300oC dibawah suhu penguapannya atau suhu

dekomposisinya dapat disemprotkan. Bahan logam atau nonlogam dalam bentuk

kawat atau serbuk diumpankan kedalam sumber panas seperti nyala api oxyfuel

(penghembusan nyala api (wire flame spraying atau powder flame spraying, Gambar

19.2a), busur api ditarik di antara dua elektroda umpan (penghembusan busur api (arc

spraying) ), atau busur api plasma yang bukan di transfer (penghembusan plasma

(plasma spraying, Gambar 19.2b) yang mungkin juga di operasikan dalam kondisi

vakum (penghembusan plasma vakum (vacuum plasma spraying)). Dalam sebuah

proses yang khas, pembakaran oxyful dalam ruangan yang sempit akan menghasilkan

aliran gas supersonic, bertekanan tinggi, baik secara kontinu (penghembusan serbuk

high-velocity (HVOG), Gambar 19.c) atau terputus – putus (pistol detonasi (detonation

gun)), dan serbuk diumpankan dalam aliran ini. Leburan bahan atau bahan yang

dilunakkan menabrak permukaan, meratakannya menjadi platelet – platelet (splat)

untuk membuat membuat pelapis lamellar. Kisaran kecepatan dari 30 hingga 1200

m/detik (Tabel 19.1) dan dapat melebih 2000 m/detik. Ketebalan pelapis hingga 3 mm

untuk paduan yang mengandung besi dan mm untuk paduan yang tidak mengandung

besi dan 5 mm untuk panduan yang tidak mengandung besi dan biasanya 0,4 mm

untuk keramik dan karbida.

Karena ikatan yang diberikan sebagian besar bersifat mekanis, maka permukaan

yang dihasilkan mestinya kasar oleh partikel – partikel halus yang dihembuskan atau,

mengulir jika bendanya berbentuk silindris.Pelapis logam (Zn, Al, paduan Zn – Al)

digunakan untuk matriks logam (Al-10Al2O3), dan matriks keramik (misalnya seperti



‘117

pada nosel motor roket dan pada landasan bentuk untuk ekstrusi panas baja, sub-

subbab 9.4.2).Serbuk logam sering kali dibuat dengan teknik – teknik pemadatan cepat

(Sub-subbab 11.2.1).kemungkinan – kemungkinan yang tak ada habis – habisnya ;

sebagai contoh, lapisan keramik – logam secara berganti – ganti diendapkan,

sebagaimana serbuk fluoropolimer berpelapis keramik. Pelapisan dapat diaplikasikan

untuk memperoleh ketahanan terhadap korosi pada kondisi pada kondisi atmosfer dan

pada kondisi suhu tinggi (turbin berlandasan pada tanah dan mesin – mesin jet) ;

ketahanan asus di industry – industry tekstil, kertas, dan logam ; dan sebagai lapisan

penghalang panas pada mesin – mesin jet dan disel.

Tabel 11.1 Karakteristik Proses – Proses Semprotan Ternal

Proses Suhu, ◦C Kecepatan

Tumbukan

, m/s

Kecepat

an

Semprot

an

Energi,

kWh/kg

Kadar

Oksida,

%

Kekuata

n

adhesif

Kekuata

n

kohesif

Biay

a

Oxyfuel, serbuk 2200 30 7 11-22 6 E E 3

Oxyfuel, kawat 2800 180 9 11-22 4 D C 3

Busur api kawat 5500 240 16 0,2-0,4 0,5-3 C B 1

Plasma 5500 240 5 13-22 0,5-1 C B 5

Plasma Vakum 8300 240-600 10 11-22 Ppm A A 5

Pistol detonasi 3900 900 15 220 0,2 B A 4

IIVOF 3100 600-1200 25 20-200 0,1 B A 10

* Disarikan dari data oleh M.L adv. Mater. Proc. 1993 (5) : 50 – 61

* Penilaian relative, A menunjukkan nilai tertinggi.

Contoh 11.2

Turbin gas stasioner yang digunakan dalam pembangkit tenaga listrik tidak hanya

menerima suhu tinggi, tetapi juga rentan korosi akibat bahan bakar yang

terkontaminasi.Oleh karena itu, pelapisan merupakan hal yang penting untuk

komponen – komponen pada semua taraf panas. Pelapisan tipe – difusi aluminium

yang diaplikasikan pada mesin – mesin jet tidak memberikan perlindungan yang

memadai karena waktu operasi lebih lama dan bahan bakar dan udara menjadi lebih

terkontaminasi. Sebagai penghalang oksidasi, Al2O3 mula – mula terbentuk dalam

siklus jika terdapat cukup Al pada paduan.Sebaliknya, pelapis aluminida – platinum

diendapkan melalui penghembusan plasma vakum. Pada puncak proses, lapisan



‘118

penghalang termal diaplikasikan, yang terdiri atas lapisan pengikat yang tipis diikuti

oleh lapisan oksida isolator. Pelapis – pelapis berdasar Co dengan penghembusan

plasma mungkin juga diaplikasikan untuk memperoleh ketahanan aus yang lebih baik.

(Menurut P.W. Schilke, A.D. Foster, J.J. Pepe, dan A.M. Beltram, Adv. Mater. Proc.,

1992 (4) : 22-30).

11.5 Pelapisan Logam

Pelapisan permukaan logam dapat diaplikasikan dengan beberapa teknik.

11.5.1 Pelapisan secara Elektrik

Dalam Subbab 1.8 disebutkan bahwa, untuk membuat komponen dengan

caraelectroforming (pembentukan secara elektrik), lapisan logam diendapkan dan

kemudian dilepaskan dari alat pembentuk (mandrel). Proses elektrokimia yang sama

dapat digunakan untuk electroplating (coating) komponen yang dihasilkan dengan

beberapa teknik lainnya, tetapi sekarang itu tetap berada di tempatnya, untuk alasan –

alasan estetika atau teknis, terutama ketahanan aus dan ketahanan terhadap korosi.

Oleh karena itu, usaha – usaha kita akan diarahkan pada mengingkatkan kekuatan

ikatan diantara pelapis dan substrat.

Perhatian yang sangat besar harus diberikan dalam melakukan pembersihan

permukaan dengan semua teknik pada Subbab 19.2.pengendapan logam berlangsung

lambat (biasanya mencapai 75 µm/jam), tetapi ketebalan lapisan (biasanya 10-500 µm)

dapat dikontrol secara kuat. Komponen – komponen dengan konfigurasi permukaan

yang tidak teratur dapat ditutupi secara cukup seragam (daya pelepasan memadai),

terutama jika anoda ditempatkan secara benar dan, jika perlu, dibentuk. Lapisan yang

lebih tebal biasanya dihasilkan pada bagian – bagian tepid an jika ketebalan lapisan ini

tidak bisa diterima, kelebihannya dapat dihilangkan melalui proses pemesinan

abrasive, atau bentuk komponen diubah sehingga dapat memberikan kompensasi

terhadap perbedaan ketebalan yang akan dihasilkan. Dengan demikian, sudut – sudut

diberi jari – jari yang besar dan dinding terhadap perbedaan ketebalan yang akan

dihasilkan. Dengan demikian, sudut – sudut diberi jari – jari yang besar dan dinding

ceruk – ceruk dibuat tirus (Gambar 19.3).pengendapan yang terjadi secar local dapa

dicegah dengan cara menutupi permukaan.

Timah putih dan seng diendapkan secara kontinu pada pelat baja kepentingan

pengerjaan berikutnya (sub-subban 10.1.1).Seng dan cadmium diendapkan pada

komponen demi memperoleh ketahuan terhadap korosi, tetapi cadmium dapat

digunakan untuk aplikasi – aplikasi bahan pangan karena bersifat meracuni.Tembaga



‘119

di endapkan untuk perlindungan terhadap korosi dan untuk membuat sirkuit (Sub-

subbab 20.3.4 dan Subbab 20.4).Nikel digunakan secara luas untuk memperoleh

ketahanan terhadap korosi. Krom diaplikasikan dalam lapisan tipis (sekitar 1,3µm)

diatas pelapis nikel untuk memperoleh penampilan yang menarik. Lapisan – lapisan

yang lebih tebal (2,5 – 500 µm), yang diendapkan secara langsung pada dasar logam

(hard chromium coating, HV 1000), mungkin memerlukan penghalusan jenis polishing

dengan intan, tetapi kemudian memberi ketahanan aus pada landasan bentuk dan

menurunkan adhesinya terhadap bahan benda kerja, termasuk aluminium dan seng.

Logam – logam bernilai tinggi digunakan untuk hiasan dan, terutama dalam alat – alat

elektronik, sebagai pelindung terhadap korosi.

Contoh 11.3

Dalam industry otomotif, landasan bentuk yang digunakan untuk proses penarikan

dengan perentangan (Subbab 10.7) diharapkan menghasilkan ratusan ribu komponen

logam pelat. Kegagalan pelumas lokal menyebabkan terjadinya pengelasan atau

penyambungan dingin dan transfer logam (pelekatan dengan alat pembentuk) dan

permukaan komponen menjadi tergores. Dalam proses penarikan pelat yang berlapis

seng, seng yang ditransfer ke landasan bentuk sering kali mengakibatkan

pengepresan berhenti dan pelekatan harus dihilangkan secara manual. Untuk

menaikkan produktivitas, maka landasan bentuk yang digunakan diberi pelapis dengan

krom yang keras. Pengujian menunjukkan bahwa gesekan yang terjadi memang belum

tentu mengecil, tetapi pelekatan dengan alat pembentuk benar – benar dapat

dihilangkan dan proses menjadi kurang rentan terhadap pelumasan. (sumber : J.A.

schey, Lubric. Eng., 52 (1996) : 677 – 681).

11.5.2 Pelapisan Tanpa Arus Listrik

Komponen yang direndam di dalam genangan cairan yang mengandung garam –

garam logam, zat – zat pereduksi, dan berbagai bahan tambahan – berperan sebagai

katalis dalam proses reduksi ion – ion logam untuk membentuk suatu pelapis.

Pengendapan berlangsung secara terus menerus dengan kecepatan yang sama di

seluruh permukaan, bahkan pada bagian – bagian yang konfigurasi yang kompleks

dan dalam rongga – rongga. Pelapis akan menepis pada bagian tepi – tepi yang tajam,

sehingga tepi – tepi tersebut harus dibulatkan dengan jari – jari 0,4 mm.

Aplikasi yang paling luas adalah pada nikel dengan hipofosfit sebagai senyawa

pereduksi. Pelapisnya mengandung 2-10% P; kekerasan menurun tetapi ketahanan



‘1110

terhadap korosi meningkat dengan meningkatnya kandungan P. Kekerasan pelapis

yang memiliki kadar P rendah kemudian dapat dinaikkan (hingga HV 100) dengan

perlakuan panas. Partikel – partikel PTFE, SiC, dan intan dapat pula diikut –

sertakan.Pengendapan tanpa arus listrik pada tembaga dan emas digunakan dalam

papan sirkuit cetakan.

Pelapisan secara Mekanis (Mechanical Plating)Jika suatu komponen diguling –

gulingkan bersama dengan menarik – narik kaca, serbuk logam, dan zat – zat kimia

akselerator di dalam air, maka suatu pelapis logam akan terndapkan oleh akibat

benturan manic – manic kaca. Ikatan yang terjadi pada dasarnya melalui mekanisme

pengelasan atau penyambungan dingin.Keuntungan besar yang didapat adalah tidak

adanya kegetasan hydrogen, seperti yang kerap ditemui dalam metode kimia dan

elektrolitik.

11.5.3 Pelapisan Logam pada Plastik dan Keramik

Pengendapan dengan penyaluran arus listrik pada permukaan bukan logam telah

lama dilakukan, tetapi karena ikatan adhesi yang buruk maka diperlukan pengurungan

yang sempurna (seperti untuk bunga – buga dan sepatu – sepatu bayi).Aplikasi –

aplikasi teknisnya dimungkinkan dengan menaikkan kekuatan adhesinya melalui

pengikatan secara mekanis jenis penguncian dan mungkin juga dengan pengikatan

secara kimia.Pelapisan – pelapisan ini diaplikasikan untuk memperoleh manfaat

dekoratif (perlengkapan kamar mandi, bagian – bagian otomotif), reflektivitas (lampu

sorot), konduksi listrik (papan sirkuit cetakan), dan pelindung elektromagnetik (alat –

alat elektronik).

Persiapan untuk pelapisan tanpa arus listrik meliputi sejumlah tahapan, yang

dirancang untuk menghilangkan selaput – selaput permukaan dan memperbaiki

kekuaatan adhesi.Oleh karena itu, dalam penyiapan ABS, campuran asam kromat dan

asam sulfurat digunakan untuk menghilangkan fasa butadiana dari permukaan. Semua

residu asam akan tersingkir, kemudian permukaan diberi katalis berupa lapisan

palladium yang sangat tipis, dan nikel atau lembaga pun diendapkan. Diatas pelapis

yang kemudian dihasilkan, berbagai macam logam dapat dilapisi dengan memakai

arus listrik.Pertimbangan rancangan yang ditunjukkan dalam Gambar 9.3 kembali

diterapkan.

Penyemprotan ternal dapat diterapkan pada semua plastik asalkan suhu tidak

terlalu tinggi.Suhu yang tidak boleh terlalu tinggi ini otomatis membatasi pemakaian



‘1111

logam – logam yang memiliki titik lebur rendah, terutama seng.Permukaan sering kali

perlu dibuat kasar, atau dilapisi dengan cat, untuk memperbaiki kemampuan

adhesinya.

Kita telah membahas beberapa proses untuk keramik yang dilapisi logam dalam

Sub – subbab 18.10.2. Pelapisan dengan logam (metalisasi) dengan teknik

pengendapan vakum, yang akan didiskusikan nanti, telah banyak diterapkan,

khususnya untuk peranti – peranti semikonduktor (Sub-subbab 20.3.4).

11.6 PENGENDAPAN UAP SECARA FISIK (PHYSICAL VAPOR DEPOSITION) PVD

Substansi seperti logam atau oksida dapat diuapkan dengan pemberian panas yang

cukup. Atom – atom atau molekul – molekul dibebaskan keluar dari sumbernya dalam

semua arah ; ketika memasuki jangkauan gaya tarik atom atau molekul benda kerja

(substrat), atom – atom atau molekul – molekul tersebut akan terkondensasi pada

benda kerja. Untuk memudahkan pembentukan ikatan, benda kerja sering kali

dipanaskan di bawah titik leburnya.Beberapa metode operasi dapat diterapkan.

Gambar 11.4 Pengendapan uap secara fisik (PVD) ; (a) susunan dasar, yang

didalamnya terdapat sumber panas mungkin berupa (b) kawat yang diuapkan pada

filament tungsten, (c) leburan dipanaskan dalam frekuensi radio, atau molekul –

molekul tersebut akan terkondensasi pada benda kerja. Untuk memudahkan

pembentukan ikatn, benda kerja sering kali dipanaskan dibawah titik

leburnynya.Beberapa metode operasi dapat diterapkan.

Gambar 11.4 Pengendapan uap secara fisik (PVD); (a) susunan dasar, yang

didalamnya terdapat sumber panas mungkin berupa (b) kawat yang diuapkan pada

filament tungsten, (c) leburan yang dipanaskan dengan induksi dalam frekuensi radio,

atau (d) logam yang dikenai sinar laser. (menurur D.B. Fraser, dalam VLSI

Technology, S.M. Sze (ed), McGraw-Hill, 1983, p. 357. Seizin Bell Telephone

Laboratories).

11.6.1 PVD Termal

Pada proses PVD dalam bentuk dasarnya (juga disebut pengendapan vakum, Gambar

19.4a), substansi seperti logam dapat diuapkan dengan salah satu dari beberapa

teknik berikut : menggantungkan kawat – kawat kecil pada filament logam tahan api

(biasanya W) (Gambar 19.4b) ; melakukan pemanasan dalam krus peleburan logam



‘1112

secara induksi (Gambar 19.4c) ; atau, untuk mendapatkan laju penguapan yang lebih

tinggi, dengan cara menimpakan sinar electron pada permukaan logam (EB-PVD,

Gambar 19.4d). Dalam EB-PVD, pemanasan hanya diberikan pada kawasan yang

sempit pada logam dan tidak terdapat kontaminan – kontaminan yang berasal dari

kurs. Varian yang baru adalah pengendapan dengan laser berpulsa (pulsed – laser

deposition), dimana pulsa – pulsa laser yang pendek (10-30 ns) akan menguapkan

substansi (yang mungkin berupa logam atau keramik seperti superkonduktor suhu

tinggi).

Contoh 11.4

Suatu kombinasi yang tidak biasa ditemukan dalam kipas angin jenis turbofan GE90

(Gambar 1.2) ; sudu – sudu kipas angin yang besar dibuat dari komposit epoksi – grafit

dan tepi – tepi depannya dari titanium, untuk perlindungan terhadap tumbukan dengan

benda – benda yang keras. (Sumbers GE Aircraft Engines, Cincinnati, Ohio).

Tubrukan dengan atom – atom udara atau gas lain akan menurunkan efisiensi system ;

oleh karena itulah, PVD diadakan dalam wadah atau ruanan bentuk lonceng, biasanya

dibuat dalam kondisi vakum 10-4 sampai 10-4 Pa. ketebalan biasanya diamati dengan

menempatkan Kristal kuarsa di dalam lonceng ; dan ketika endapan terbentuk,

frekuensi alami (frekuensi pribadi) Kristal dan frekuensi osilator pengontrol kuarsa

berubah. Laju pengendapan yang terjadi hanya beberapa micrometer per jam, tetapi

meningkatkan hingga diatas 100µm jam pada EB – PVD. Gas gas (gas oksigen,

nitrogen, atau hidrokarbon) mungkin harus diatur kuantitasnya di dalam ruang vakum

sehingga dapat menghasilkan oksida, nitride, atau karbida dengan penguapan reaktif

(sebuah transisi menuju ke pengendapan uap secara kimia).

Untuk mendapatkan ikatan yang lebih baik, substract sering kali dipanaskan. Laju

pengendapan dipercepat dengan mengaplikasikan medan arus listrik searah, yang

akan membuat sumber menjadi katoda dan substract menjadi anoda. Bahan

dilepaskan dari sumber dalam bentuk ion – ion bermuatan negative yang dipercepat

disepanjang substract oleh muatan – muatan positif dari substract.

Komponen-komponen mesin jet menerima sebagian besar kondisi yang sangat sulit

selama operasi. Pada kecepatan jelajah, komponen-komponen berputar dengan

kecepatan 12 000 r/menit, dengan kelonggaran 0,025 mm, pada suhu di atas 1100°C,

sementara udara dengan kecepatan 960 km/jam, yang dimvati kontaminan-

kontaminan, menyerbu dengan cepat untuk bereaksi dengan hidrokarbon hasil



‘1113

pembakaran pada kecepatan 1900 km/jam. Untuk ini, pelapis-pelapis digunakan

secara luas don EB-PVD merupakan salah satu teknik untuk melapisi sudu-sudu

turbin. Untuk meningkatkan produktivitas, beberapa sudu disusun dalam rak-rak dan

diputar selama pelapisan. Setelah pengevakuasian pada tekanan 2 Pa, sudu-sudu itu

dipanaskan dengan metode tahanan hingga suhu 960-980°C (bergantung pada jenis

campuran logamnya), pistol EB dioperasikan, dan selaput MCrAlY setebal 0,1-0,2 pm

terbentuk (M adalah logam induk yang mungkin Fe, Co, atau paduan Co-Ni). Paduan

pelapis ini harus secara terus-menerus disediakan dalam krus untuk menjaga agar

level peleburan tetap konstan. Komponen-komponen kemudian dibiarkan hingga dingin

sampai mencapai suhu 300°C sebelum ruang proses dibuka. Perbaikan-perbaikan

lebih lanjut dapat diperoleh melalui pelapis-pelapis berpenghalang termal [thermal

barrier coatings (TBC)] Zr02 + y 2 0 3 setebal 0,25 mm. [Data dari G. Simmons clan

R.C. Seanor, Adv. Mater. Proc., 1994 (12):35-37, dan dari H. Lammermann dan G.

Kienel, Adv. Mater. Proc., 1991 (12):18-23.]

11.6.2 Pengendapan Dengan Percikan (Sputter Deposition)

Metode operasi akan berubah bila sebagian ruang voakumdiisi kembali (hingga 3-8 Pa

dengan gas inert (gas mulia) yang C, berat seperti argon (Gambar 19.5).

Pada suhu udara luar, gas-gas bukanlah konduktor, tetapi elektron-elektronnya

dapat dilepaskan dari atom-atomnya (gas dapat diionisasi dan dibuat menjadi

konduktif) dengan memberikan energi dalam bentuk tumbukan elektron, sinar X, sinar

ultraviolet, atau panas. Tentu saja, dalam Subbab 18.6 kita telah melihat bahwa

plasma—campuran ion positif dan ion negatif yang mengandung gas dan bersifat

netral—terbentuk dalam panas busur api pengelasan yang diberikan secara terus-

menerus. Plasma dengan suhu yang tinggi demikian akan menjadi tidak berguna untuk

keperluan-keperluan lain, tetapi plasma dapat juga diperoleh dengan membangkitkan

medan listrik pada gas, pada jangkauan harga kritis. Banyak elektron yang dilepaskan

oleh karena inputan energi tersebut ditangkap oleh ion-ion positif, tetapi beberapa

masih dapat bertahan dan secara elastis tersebar dan bertubrukan dengan atom-atom

di sekitarnya untuk mendorong atom-atom tersebut ke dalam kondisi kuantum yang

lebih tinggi.Jika atom-atom tersebut kembali lagi ke dalam kondisi yang stabil, energi

yang dilepaskan dipancarkan sebagai foton, menyebabkan terbentuknya karakteristik

pelepasan pijar (glow discharge). Jika energi elektron cukup tinggi, elektron-elektron

tersebut akan mengionisasi atom-atom lain, karena itu, di atas tegangan kritis

(berpotensi inerusak), gas menjadi terionisasi dan konduktif. Biasanya, dari 1016



‘1114

atom/cm3 yang berada dalam tekanan atmosfer, hanya 109-1012- atom/cm3 yang

mengalami ionisasi. Oleh karenanya, meskipun rata-ratasuhu elektron berkisar antara

104 dan 105 K, gas itu sendiri tetap dingin, suatu keuntungan besar bagi banyak

proses:

GAMBAR 19.5 Susunan untuk pengenclopon dengan percikon.(Menurut D.

Roddy, Introduction to Microelectronics, edisi 2, Pergamon Press, Oxford, 1978,

him.137. Dicetak dengan izin.)

Untuk PVD, plasma dibentuk dengan memberikan arus search yang memiliki

potensial tinggi (2-6 kV) pada dua elektroda yang ditempatkandidalam ruang yang

tadinya telah diisi kembali. Ion-ion positifargon yang berat itu dipercepat dalam medan

listrik dan dilempar ke arah katoda (target, substansi yang akan diendapkan) pada

suatu kecepatan tertentu Yang memungkinkan tumbukan dapat melepaskan

(memercikkan) atom dari permukaan, atom-atom yang kemudian terlepas diendapkan

pads anoda (substrat, benda yang akan dilapisi). Jika gas yang digunakan adalah

oksigen bukan argon, maka atom-atom yang dikeluarkan dari katoda segera

teroksidasi, dan oksida yang dihasilkan diendapkan pada substrat (pemercikan reaktif).

Pemercikan ini berguna pula dalam cara-cara yang lain: Jika substrat diberi muatan

negatif, maka permukaannya akan bersih dari sernua kontaminan dan selaput-selaput

pun terserap (mengetsa dengan sinar elektron).

Isolator tidak dapat diberikan dengan PVD arus searah karena muatan positif

terbentuk pada katoda sehingga akan tolak-menolak dengan ion-ion Ar. Oleh karena

itu, PVD kemudian dilaksanakan dengan menggunakan arus boiak-batik dalam kisaran

frekuensi radio (rf) (frekuensi 13,56 MHz ditetapkan secara internasional untuk

penggunaan-penggunaan industrial dan keilmuan). Keuntungan besar dari metode

pemercikan rf adalah, karena katoda dikosongkan selama setiap separuh siklus

polaritas arah terbalik, maka elektroda dapat diselubungi bahkan dengan isolator, yang

memungkinkan pemrosesan SiO2 dan keramik-kerarnik lainnya. Dalam pengendapan

dengan percikan magnetron, target (katoda) dikelilingi oleh medan magnet yang akan

menangkap elektron-elektron, sehingga akan menaikkan efisiensi ionisasinya, dan

dengan demikian menaikkan laju pemercikan atau pelepasan atom.

Atom-atom bergerak dalarn lintasan berupa garis lurus (ion – beam – assisted

deposition), sehingga bentuk-bentuk yang miring ke dalarn tidak dapat dilapisi. Laju

pengendapan haruslah konstan untuk titik-titik yang berada di permukaan bagian

dalam bola, karena itu substrat harus dilekatkan pads penampang berbentuk bola yang

berputar. Untuk ini, laju pengendapan yang khas untuk aluminium adalah I pun/menit.



‘1115

11.6.3 Pelapisan Dengan Ion

Pelapisan dengan ion (ion plating) adalah kombinasi PVD termal dan pemercikan,

yang dalam hat ini laju penguapan dipertahankan lebih tinggi daripada laju pemercikan

dari substrat.Hasilnya adalah terbentuknya suatu pelapis yang padat sembari

permukaan dibersihkan secara terus-menerus oleh ion-ion Yang memercik. Dalam

pelapisan dengan ion reaktif (reactive ion plating), suatu gas yang reaktif ditambahkan

ke dalam gas argon; karenanya proses ini menunjukkan sebuah transisi menuju ke

pengendapan uap secara kimia. Pelapis TiN yang diberi warna emas, biasa dibentuk

pada alat-alat iris dengan menguapkan titanium dalam atmosfer Ar-N2 Pelapis-pelapis

yang terbentuk halus, rapat, dan memiliki tegangantegangatekan yang

tinggi.Komposisi-komposisi lainnya dapat ditambahkan; terutama TiAIN yang memiliki

ketahanan Yang tinggi terhadap oksidasi.

Pengendapan yang dibantu sinar ion (ion-beam-assisted deposition)

menggabungkan PVD dengan pemborbardiran ion-ion yang dihasilkan secara mandiri

dengan bantuan sebuah pistol.Pelapis-pelapis yang terbentuk rapat dan memiliki

kekuatan adhesi yang tinggi, dan, jika zat penguap atau sinar ion tergolong reaktif,

maka lapisan berupa senyawa (yaitu Si 3N4) dapat terendapkan.

11.6.4 Pengendapan Uap Secara Kimia

Istilah pengendapan uap secara kimia (chemical vapor deposition (CVD)) mengacu

pada pengendapan suatu unsur (atau senyawa) yang dihasilkan oleh reaksi fasa-uap

diantara sebuah senyawa suatu unsur dan uap atau gas yang reaktif, dengan

memberikan hasil samping yang harus dihilangkan dari reaktor.Sering kali dibuat

ketentuan – ketentuan untuk memasukkan berbagai senyawa reaktif sesuai urutan.

1. Dalam bentuk dasar CVD (CVD termal), gas – gas reaktan dimasukkan ke

dalam ruang (reaktor) dan hasil samping dihilangkan melalui sebuah sistem

pembuangan (Gambar 19.6). Proses ini dapat dilakukan pada kondisi tekanan

atmosfer (AP-CVD) atau pada tekanan yang diturunkan, lebih rendah (102 Pa)

(LP-CVD). Suhu dalam reaktor dijaga agar cukup tinggi (biasanya 900o C atau

lebih tinggi) untuk memicu terjadinya reaksi. Karena suhu yang tinggi ini,

pelapis akan retak pada saat pendinginan jika ada perbedaan besar dalam

koefisien ekspansi termal antara objek yang dilapisi dan pelapis. Terlebih lagi,

baja perkakas harus diberi perlakuan panas ulang setelah pelapisan.



‘1116

2. Beberapa kekurangan diatas dapat diminimalkan dalam CVD plasma (plasma –

assisted CVD atau PA-CVD) : Reaksi diaktifkan oleh plasma sehingga suhu

yang diberikan jauh lebih rendah (300 – 700oC). Proses ini sudah populer untuk

pelapisan alat – alat iris. Energy sinar laser juga dapat digunakan (CVD laser).

3. Dalam CVD reaktor tertutup, komponen – komponen dibungkus bersama

dengan zat – zat reaktan dalam sebuah kotak dan dipanaskan. Dengan

demikian, karburasi dan nitridasi terbungkus, kromisasi, aluminisasi, dan

silikonisasi termasuk dalam kategori ini.

CVD digunakan secara luas tidak hanya dalam proses pembuatan semikonduktor (Bab

20), tetpi juga untuk pembuatan serbuk – serbuk keramik yang sangat halus dan untuk

pelapisan alat – alat iris. Beberapa reaksi yang khas adalah :

Untuk boron nitrida :

BF3 + NH3 +BN 3 HF (pada 1100 – 1200oC dan 103 kPa

B2H6 + 2NH3 2BN + 6H2 (dalam plasma pada 300 – 400oC dan 0,13 kPa

Untuk silikon nutrida :

3SiCl4 + 4NH3 Si3N4 + 12HCl (pada 850o dan 103 kPa)

Untuk titanium nitrida :

TiCl4 4 NH3 4 ½ H2 TiN 4 HCl

Untuk alumina

2AICl343H2 4 3CO2 Al2O34 3 CO + 6HCl (pada 1050o dan 0,13 kPa)

Penguraian pada suhu yang tinggi menghasilkan unsur – unsur seperti nikel :

Ni(CO)4 Ni 4CO (pada suhu 180 200oC dan tekanan 103 kPa)

Atau silikon karbida dari metal trikolorosilan :

CH2SiCl3 SiC + 3HCl

Pelapis intan CVD dibuat dengan penguraian atau dekomposisi ternal dari hidrokarbon

dan pengendapan pada alat – alat iris karbida pada suhu 700 – 900oC.Adhesi

merupakan hal yang penting. Karbon menyerupai intan diamond – like karbon (DLC)

memiliki struktur antara yaitu intan dan grafit, tetapi masih memiliki kekerasan yang

tinggi (sekitar 5000 HV) untuk pelapisan alat – alat iris

Jumlah reaksi yang mungkin terjadi adalah sangat besar, demikian aplikasi –

aplikasinya. Pada umumnya dengan sejumlah proses rancangan bangun secara kimia,

pembuatan model akan membawa kemajuan untuk sejumlah reaksi dan pengontrolan

proses menggunakan computer dapat didasarkan pada model – model yang valid.

11.8. IMPLANTASI ION



‘1117

Proses ini didasarkan pada pengamatan bahwa, jika ion – ion dipereepat secara

memadai, ion – ion tersebut akan menetap pada target dan jenis – jenis atom asing ini

akan melapisi (men-doping) permukaan. Agar proses ini dapat berjalan dalam skala

industri, sumber ion yang ekonomis harus diperoleh.

1. Dalam proses pada awal – awalnya (Gambar 19.7), sumber ion terdiri atas gas

umpan dan oven pemanas. Uap atau senyawa yang mudah menguap yang

dibangkitkan dalam oven akan terionisasi saat memasuki plasma dari pelepasan

gas mulia. Dengan demikian, ion – ion dari unsur pen doping dan gas dihasilkan.

Setelah percepatan, ion – ion akan dihadapkan pada magnet yang kuat (analyzing

atau mass-separating magnet) yang akan membelokkan ion – ion akan dihadapkan

pada magnet yang kuat (analyzing atau mass-separating magnet) yang akan

membelokkan ion – ion mencapai tingkatan energy tinggi (30 200 keV) sedemikian

sehingga akibat tumbukan yang terjadi ion – ion itu masuk sampai kedalam 10 1000

nm dibawah permukaan substrat, meskipun terdapat selaput tipis oksida (tentu saja,

selaput tipis seperti itu sering kali sengaja dimunculkan untuk melindungi

permukaan dari reaksi – reaksi yang tidak diinginkan. Tegangan (voltase) yang

diaplikasikan pada pelat – pelat pembelok akan menyebabkan sinar bergerak

mengenai bidang target (atau sinar tersebut dibuat diam atau tetap dan targetlah

yang digeser secara mekanis).

2. Dalam proses yang lebih baru, sebuah busur api plasma di jadikan sebagai sumber

ion sehingga sangat menurunkan implantasi.

Ion – ion mengalami kehilangan energy ketika bertubrukan dengan inti target dan

elektron – elektron, dan menetap pada jarak tertentu di bawah permukaan.Oleh karena

itulah, komposisi permukaan perlu diubah tanpa perubahan dimensional dan disertai

dengan melakukan pemanasan minimum (biasanya dibawah 200oC). Pelapis – pelapis

yang tahan aus dibuat pada alat – alat iris dan implant – implant seperti pengganti

persendian tulang paha, tetapi aplikasi utamanya adalah untuk peranti – peranti

elektronik status padat (Sub – Subbab 20.3.3). jika ion masuk dengan kesejajaran

yang sempurna dengan arah kristalografik utama, maka ion – ion akan masuk lebih

dalam. Untuk menghindari efek pembuatan lubang (Channeling) yang demikian ini,

maka sinar ion perlu diarahkan agak miring terhadap sumbu Kristal, dan distribusi

kedalam yang cukup merata pada permukaan akan diperoleh.

11.9 PELAPIS – PELAPIS ORGANIK



‘1118

Pelapis yang paling banyak ditemukan pada berbagai produk adalah lapisan

organik yang polos atau berpigmen (berwarna). Pelapis ini merupakan sistem

multikomponen, yang terdiri atas pembentuk selaput (bahan pengikat, yang mungkin

berupa minyak alami atau polimer alami atau sintesis), pigmen (zat pewarna) yang

dikeluarkan secara halus dan padat untuk memberi warna dan opasitas (yang jarang

digunakan adalah pewarna yang larut), berbagai bahan tambahan (senyawa untuk

pengeringan, pembentuk plastik, penstabil UV, dll) dan, dalam sebagian besar

kejadian, pelarut atau dispersan. Bergantung pada tipe zat pelarutanya, zat pewarna

diklasifikasikan sebagai :

1. Enamel (jangan dicampur adukkan dengan enamel seperti kaca. Sub-subbab

12.5.3) membentuk selaput – selaput dengan cara penguapan zat pelarut, oksidasi,

atau polimerisasi. Zat pewarna yang sangat mendekati padat ini harus mengandung

lebih dari 70% volume padatan untuk mengurangi VOCs.

2. Pernis membentuk lapisan tipis melalui penguapan zat pelarut.

3. Zat pewarna yang mengapung di atas air dapat menjadi larutan yang sebenarnya,

disperse koloidal, atau emulsi.

4. Zat pewarna bubuk sepenuhnya merupakan zat pewarna yang diformulasikan untuk

digiling ke dalam bentuk serbuk halus.

Pengeringan zat pewara mungkin cukup dengan cara diangin-anginkan, tetapi

mungkin pula harus melalui pemanasan secara terkontrol. UV.Atau siklus pengeringan

dengan microwave.Formulasi zat pewarna merupakan seni dan ilmu yang berkembang

pesat, sehingga zat – zat pewarna yang ditemukan cocok digunakan untuk sejumlah

besar keperluan, demikian pula metode aplikasinya.Perhatian utamanya adalah pada

dampaknya terhadap lingkungan dan kesehatan, sehingga formulasi – formulasi zat

pewarna dan metode – metode aplikasi telah mengalami perubahan yang cepat dalam

dua decade terakhir ini.Dengan mempertimbangkan lingkungan maupun biaya,

dilakukan berbagai usaha untuk meningkatkan efisiensi transfer(persetase zat pewarna

yang dapat menempel pada produk), untuk menghindari penyemprotan yang

berlebihan, dan untuk meminimalkan populasi udara.

Penerapan Langkah pertama yang dilakukan selalu serupa pembersihan permukaan

secara cermat (Subbab 19.2).Untuk memperoleh kekuatan adhesi zat pewarna yang

lebih baik, pelapisan konversi (Subbab 19.3) dapat diterapkan. Pemberian zat pewarna

dapat dilakukan secara manual,pencelupan, mekanis, atau dengan robot pemberi

warna khusus dengan lima atau lebih sumbu control.



‘1119

1. Penyikatan merupakan metode yang murni manual dan jarang diterapkan dalam

produksi untuk memperoleh hasil dengan standar yang tinggi, kecuali untuk

mempebaiki area – area yang tidak terjangkau.

2. Pemaikaian rol – rol cocok dibuat dalam bentuk mekanisasi dalam pelapisan

permukaan – permukaan yang datar.

3. Pelapisan dengan semprotan digunakan secara luas dibawah control secara

manual maupun otomotis. Dalam pelapisan dengan semprotan secara manual,

efisiensi transfer rendah, zat pewarna diaplikasikan searah dengan arah pandangan

dan pistolnya harus digerakkan mengelilingi komponen. Dalam pelapisan secara

elektrostatik, benda zat pewarna dihubungkan dengan sumber tenaga listrik searah

bertegangan tinggi (hingga 130 kV). Efisiensi transfernya meningkat secara

dramatis. Partikel – partikel zat pewarna akan membungkus keseluruhan

komponen, termasuk ceruk – ceruk, tetapi zat pewarna akan membuat lapisan yang

lebih tebal pada tepi – tepi komponen (efek sangkar Faraday), kecuali bila control

dengan tepat. Atomasi dapat di upayakan terjadi oleh udara pada tekanan sekita 2

MPa permukaan terbaik), dengan memberikan tekanan pada zat pewarna hingga 30

MPa dan menyalurkannya melalui nosel berukuran kecil (airless electrostatic spray),

dengan memberikan tekanan yang lebih rendah (2-7 MPa) dan atomisasi dibantu

dengan udara (air-assisted airless spray), atau dengan memberikan gaya sentrifugal

yang dihasilkan dalam sebuah wadah berbentuk lonceng atau cakram yang

berputar dengan kecepatan tinggi (300.000 putaran/menit).

4. Zat pewarna dapat diaplikasikan dengan meredam komponen dalam sebuah tangki.

Zat pewarna autoporetik diendapkan dengan memanfaatkan aksi katalitik (ferrous

alloy). Zat pewarna elektroporetik diendapkan pada badan logam yang telah dimuati

listrik dan dapat diformulasikan sehingga membentuk sebuah selaput tipis pada

permukaan katodik atau anodic.

5. Pada pengendapan serbuk, serbuk dikeluarkan oleh udara bertekanan yang

dihasilkan oleh sebuah pistol, yang biasanya secara elektrostatis. Karena zat

pewarna merupakan hasil formulasi yang lengkap, maka zat pewarna tersebut

harus dipanaskan terlebih dahulu sebelum aplikasi (untuk jenis termoplastik) atau

dikeringkan setelah aplikasi (untuk jenis termoset).

Contoh 11.6



‘1120

Badan – badan mobil umumnya telah memiliki sistem perlindungan terhadap korosi

yang paling unggul selain juga memenuhi kebutuhan estetika.Sebagian besar badan

mobil masih terbuat dari logam pelat, dan sistem perlindungan terhadap korosi yang

dimilikinya tersusun dari sejumlah unsur. Pelat – pelat baja tersebut diberi pelapis

(misalnya, dengan salah satu dari proses – proses galvanisasi, Sub-subbab 19.4.3 dan

19.5.1). Badan – badan mobil yang sudah disatukan kemudian dilewatkan melalui

sejumlah stasiun dan tangki – tangki penyemprotan untuk dipersihkan, dibilas berulang

– ulang, dilapisi dengan fosfat (untuk perlindungan terhadap korosi dan adhesi zat

pewarna), dibilas, dinetralkan, dibilas lagi (mungkin itu sendiri selalu diberikan dalam

tiga atau empat pelapis. Zat pewarna jenis elektroforetik akan mengendapkan pelapis

berdasar resin hingga setebal 35 µm dan dipanggang pada suhu sekitar 180oC.

Pelapis plastik kedap suara (PVC) diaplikasikan pada area tertentu (rangka penahan

roda cadangan dan bagian bawah badan mobil) dan satu pelapis pelindung yang

sangat kuat yang bersifat elastomeric diaplikasikan pada bagian yang lebih rendah dari

badan mobil.Zat pewarna dasar kemudian diaplikasikan, sering kali berupa lapisan

serbuk setebal 40µm, dipanggang pada suhu 170oC.Beberapa produk masih perlu

diberi pelapis terakhir.Tetapi dalam sebagian besar kejadian, pelapis dasar warna

diaplikasikan diikuti dengan pelapis yang jeni di bagian paling atas, lalu dipanggang

pada suhu sekitar 140oC.Diantara setiap lapisan, cacat yang muncul harus diperbaiki

dengan tangan; sangat diusahakan untuk meminimalkan pekerjaan ini dengan

pengontrolan zat pewarna dan aplikasinya dan melalui fitur – fitur perancangan agar

pemberian zat pewarna secara menjadi lebih mudah.

11.10 KEMAMPUAN PROSES DAN ASPEK – ASPEK PERANCANGAN

Jumlah proses yang dapat diterapkan sangatlah banyak dan mungkin hanya beberapa

proses yang memenuhi keperluan tertentu. Oleh karena itu, di dalam melaksanakan

rancang bangun konkuren, harus dipilih proses – proses yang tepat.

Batasan dimensional hanya sedikit, meskipun ukuran sering kali akan menentukan

kelayakan pendekatan – pendekatan alternative yang dapat dipilih. Dengan demikian,

sebagai contoh, keseluruhan badan mobil dapat dicelupkan ke dalam tangki untuk

pelapisan, tetapi hal ini jelas tidak akan dapat diterapkan untuk pesawat jet.

Pembatasan – pembatasan bentuk hanya sedikit, meskipun jalan menuju ceruk –

ceruk dan bentuk – bentuk yang miring ke dalam sangat bervariasi menurut prosesnya.



‘1121

1. Beberapa proses dicirikan dengan operasi garis pandang lurus, khususnya untuk

proses – proses dimana pengendapan diberikan dengan memakai sinar elektron,

sinar laser, busur api listrik, atau semprotan bertekanan tinggi. Dalam proses –

proses ini diperlukan manipulasi gerakan komponen yang akan diberi pelapis dan

atau peranti pengendapan untuk mencapai berbagai bagian permukaan, meskipun

selalu bergantung pada atau dibatasi oleh ukuran lubang – lubang pada komponen

relative terhadap ukuran peranti pengendapan yang digunakan.

2. Pelapisan yang lebih baik akan diperoleh jika potensial listrik dapat disalurkan ke

dalam substart, seperti dalam pengendapan dengan arus listrik dan pengendapan

semprot elektrostatis. Efek sampig yang tidak diinginkan biasanya adalah

menebalnya lapisan pada bagian – bagian tepi komponen dan, terlepas dari control

proses, perancangan komponen dapat membantu mengatasi hal ini (Gambar 19.3).

3. Pelapisan menyeluruh terhadap permukaan (semua kecuali tertutup T4 dalam

Gambar 3.1) dimungkinkan melalui metode pencelupan, asal kelebihan fluida dapat

dikeluarkan dan redisu – residu dapat dibersihkan.

4. Kemampuan proses – proses untuk menjangkau dan mengisi detail – detail

permukaan (penyamarataan) sangat bervariasi, sehingga penyiapan permukaan

haruslah diarahkan untuk mencapai tujuan tersebut. Jika pelapisan mengandalkan

kekuatan adhesi yang dihasilkan melalui cara pertautan mekanis, maka mungkin

perlu untuk menghaluskan permukaan lapisan dengan beberapa proses pengerjaan

akhir sekunder (biasanya dengan proses abrasif).

11.11 RANGKUMAN

Komponen – komponen dan rakitan – rakitan sering kali perlu diberi pelapis – pelapis

permukaan yang akan meningkatkan ketahanan terhadap korosi atau panas. Karena

permukaan produk – produk sering kali tampak dari luar, maka kebutuhan estetika juga

harus terpenuhi.Pelapisan mungkin sungguh – sungguh berupa system multiplayer

yang rumit, seperti yang dicontohkan oleh hasil pengerjaan akhir permukaan mobil dan

perabot – perabot rumah tangga.

1. Langkah pertama dalam sebagian besar kasus adalah menghilangkan selaput

– selaput permukaan yang tidak diinginkan (kontaminan) secara mekanis atau

kimia.

2. Permukaan logam dapat diubah dengan reaksi – reaksi kimia untuk

pelindungan dan penampilan (anodisasi aluminium) atau sebagai persiapan

untuk melakukan proses selanjutnya (Pelapiasn fosfat pada baja).



‘1122

3. Permukaan – permukaan yang memiliki kekerasan atau ketahanan terhadap

korosi yang tinggi dapat dihasilkan melalui difusi termal karbon, nitrogen atau

jenis – jenis logam ke dalam substract logam (berdasar besi).

4. Pelapis – pelapis logam, keramik dan plastik diendapkan melalui tahap

peleburan dengan atau tanpa peleburan substrat untuk memperoleh ketahanan

terhadap korosi dan ketahanan aus (pencelupan panas, pelapisan dengan cara

pengelasan, dan pelapisan semprot termal) dan kemampuan terhadap suhu

yang lebih tinggi (pelapisan penghalang termal).

5. Pelapis – pelapis logam diaplikasikan untuk memperoleh perlindungan

terhadap korosi (pelapis nikel), kekerasan (pelapis krom yang keras), konduksi

listrik (pembuatan sirkuit tembaga), atau penampilan (krom diatas nikel), paling

banyak pada logam tetapi juga pada substrat keramik plastik dengan metode

pelapisan secara listrik (electroding) atau teknik – teknik lain.

6. Pelapis – pelapis keramik, polimerik dan terutama logam dapat diendapkan

secara fisik melalui proses penguapan dan kondensasi pada suhu sedang

(PVD), kadang – kadang dibantu dengan plasma. Bersama dengan sebuah

reaksi, senyawa – senyawa keramik dapat diendapkan (seperti pelapis –

pelapis TiN pada alat – alat iris). Pemercikan akan mempertahankan

permukaan bersih pada tingkat atom. Plasma juga digunakan untuk

memudahkan terjadinya difusi, seperti karbon dan nitrogen yang didifusikan ke

dalam baja.

7. Pengendapan uap secara kimia (Chemical vapor deposition (CVD)) pada suhu

tinggi merupakan metode utama dalam pembentukan lapisan – lapisan tipis

keramik pada alat – alat iris dan peranti – peranti semikonduktor.

8. Implantasi ion menawarkan cara mengubah komposisi permukaan tanpa

menimbulkan perubahan dimensional.

9. Pelapis – pelapis organik merupakan lapisan – lapisan terakhir dan biasanya

tampak dari luar di dalam system perlindungan permukaan.

10. Banyak proses pelapisan memberikan hasil – hasil samping berupa gas, cairan

atau padatan selama operasi dalam jumlah yang cukup besar, dan mungkin

juga terdapat residu – residu yang harus dibuang. Perlindungan terhadap

pekerja dan lingkungan harus mendapat perhatian utama dan mungkin akan

menambah banyak biaya.

11. Proses – proses tersebut diatas sering kali dapat dijalankan dengan bantuan

control computer dan secara otomatis, selain pemodelan proses yang



‘1123

merupakan elemen penting dalam pengadilan mutu dan biaya.



‘1124

dataaa

Documents