karakterisasi penguat carbon-nanotube terhadap penigkatan

Karakterisasi Penguat Carbon-Nanotube Terhadap Penigkatan Ketahanan Aus dan Self-Lubrication Cylinder Liner dan Cincin Torak Berbasis

Pelapisan CNT-Al2O3 Nanokomposit Dengan Metode Penyemprotan Dingin

Aulia Fitriani1, Winarto1

1Departemen Teknik Metalurgi dan Material, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, Kampus Baru UI Depok, Depok, 16436, Indonesia

Email: [email protected]; [email protected]

Abstrak

Pada era ini, Aluminum AC4B telah banyak diaplikasikan untuk komponen kendaraan salah satunya adalah torak. Torak berperan sebagai penekan udara masuk dan penerima tekanan hasil pembakaran pada ruang bakar dan tersambung ke bagian poros engkol. Namun terdapat masalah-masalah seperti keausan dan penggunaan pelumas yang boros yang harus diatasi dengan ide melapisi cylinder liner dan cincin torak menggunakan nanokomposit dengan memvariasikan komposisi penguat CNT (0%, 2%, dan 4%) dengan metode pelapisan penyemprotan dingin. Prosedur perlakuan pendispersian dan planetary ball mill juga memegang peranan penting sebelum proses pelapisan dilakukan. Pengujian yang dilakukan adalah pengujian kekerasan mikro, metalografi-SEM, EDS (pemetaan unsur), kekasaran permukaan, ketahanan aus, dan FTIR. Dari hasil pengujian didapatkan data bahwa penambahan CNT hingga 2% akan meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, dan juga dapat meningkatkan efisiensi penggunaan pelumas.

Characterization of Carbon Nanotube Strengthening To Improving Wear Resistance and Self Lubrication Coating Cylinder Liner and Piston Ring With CNT-Al2O3 Coating

By Cold Spraying

Abstract

In this era, Aluminum AC4B has widely applied to vehicle components, one of the application is piston. Piston acts in order to pressing the air and receiving the results of the combustion pressure in the combustion chamber which is connected to the crankshaft. However, there are problems such as wear and wasteful use of lubricants that must be overcome by the idea of coating the piston ring and also cylinder liner using nanocomposite by varying the composition of CNT reinforcement (0%, 2%, and 4) by using cold spraying for the coating method. Dispersing treatment procedures and planetary ball mill also plays an important role before the coating process is done. Tests were carried out which micro hardness testing, metallography-SEM, EDS (mapping element), surface roughness, wear resistance, and FTIR. Data obtained from the test results that the addition of up to 2% CNT will increase hardness, wear resistance, and also can improve the efficiency of the use of lubricants.

Keyword: AC4B, cylinder liner, piston, CNT, Al2O3, wear resistance

1. Pendahuluan

Industri otomotif merupakan salah satu faktor penting dalam kemajuan suatu negara.

Dalam dunia otomotif, sudah banyak perkembangan teknologi dari bagian mesin dan

komponen-komponen penyusunnya yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja dengan baik.

Salah satu komponen mesin yang sedang dikembangkan yaitu torak. Torak berfungsi sebagai

Karakterisasi penguat ..., Aulia Fitriani, FT UI, 2016

penekan udara masuk dan penerima tekanan hasil pembakaran pada ruang bakar dan

tersambung pada bagian poros engkol. Material yang digunakan untuk torak memiliki

ketahanan aus, ketahanan korosi, ringan, dan ketahanan panas yang baik ketika sedang

beroperasi. Pada bagian kepala torak dan batang torak, biasanya menggunakan material yang

tahan korosi, ringan, dan tahan terhadap beban tekan, contohnya aluminum paduan.

Teknologi terbaru sekarang adalah menemukan material yang sangat keras tetapi bobot

ringan, ketahanan aus tinggi, dan tidak terjadi ekspansi berlebih ketika terkena panas.

Penggunaan material komposit berbasis keramik telat berkembang pesat disebabkan oleh

peningkatan karakteristik yang berbeda dibandingkan bentuk dasar material monolitik[1].

Salah satu bagian torak, yaitu cylinder liner, yang biasanya memakai material yang berat

dapat diganti dengan material yang ringan seperti Aluminum Silikon. Untuk menambah

kekerasan cylinder liner dapat diberi pelapisan berbasis material nanokomposit.

Pelapisan material nanokomposit mulai dikembangkan untuk meningkatkan kekerasan,

ketahanan aus, stabilitas permukaan, dan sifat self-lubrication pada permukaan komponen[2].

Pelapisan tersebut akan diberikan pada cylinder liner dan cincin torak. Berdasarkan

pemanfaatan sifat nanokomposit material tersebut, pada penelitian ini akan mengembangkan

pelapisan nanokomposit dengan penguat Carbon Nanotube (CNT) dalam matriks Alumina

atau Al2O3. Adanya sifat self lubricant pada CNT akan memiliki daya serap untuk mengikat

pelumas sehingga pelumas akan lebih efisien dan tahan lama untuk digunakan. Hal tersebut

dapat berdampak pada jangka umur pakai piston yang lebih lama dan efisiensi penggunaan

bahan bakar.

Ketersediaan sumber daya alam bumi kita semakin lama semakin menipis. Oleh

karena itu, pada saat ini sedang dikembangkan prinsip long-life parts atau reusable parts

tetapi tetap memiliki peningkatan kinerja dari material tersebut. Salah satu jenis material yang

memenuhi syarat dapat tersebut adalah material nanokomposit seperti pelapisan CNT-

Alumina. Pada matriks CNT terdapat sistem self lubricant dan bridging mechanism[4]. Pada

penelitian ini, pengubahan material yang digunakan pada cylinder liner, dari besi tuang

menjadi aluminum paduan (Al-Si) AC4B, dan material tersebut akan diberi pelapisan material

nanokomposit dengan penguat Multi Walled Carbon Nanotube (MWCNT) dalam matriks

Al2O3, yang keduanya berbentuk serbuk. Cylinder liner dan cincin torak menjadi objek

pilihan karena pada bagian tersebut sering mengalami kegagalan sehingga tidak dapat

berfungsi dengan baik. Ketika pada kondisi overhaul (premature failure) atau saat sedang


dioperasikan, bagian cylinder liner dan cincin torak mengalami blow yang cukup tinggi,

padahal saat itu konsumsi pelumas sangat tinggi[4,5]. Bila pelumas mengalami deficiency,

cylinder liner dan cincin torak akan saling mengikis sehingga terjadi kebocoran pembakaran

gas. Hal tersebut dapat merusak keseluruhan bagian mesin.

2. Tinjauan Teoritis 2.1. Aluminum AC4B

Aluminum AC4B atau Al-8Si-2,4Cu merupakan jenis aluminum dari hasil permosesan

Low Pressure Die Casting (LPDC). Aluminum AC4B memiliki kemampuan cor, ketahanan

korosi, dan sifat mekanis yang baik, serta biaya proses daur ulang yang rendah[3]. Aluminum

AC4B termasuk dalam hypoeutectic Al–Si Alloy yang memiliki dua tahap dalam proses

pembekuan, yaitu tahap pertama pembentukan aluminum rich dendrites dan diikuti dengan

perkembangan fase Silikon[2].

2.2. Nanokomposit Material

Molekul CNT memiliki bentuk seperti pipa yang permukaan kulitnya tersusun atas

unsur karbon dan terdapat ruang rongga. Terdapat dua jenis CNT, yaitu Single Walled Carbon

Nanotube (SWCNT) dan Multi Walled Carbon Nanotube (MWCNT). Ukuran serta sifat

kimia dan fisiknya SWCNT sangat berbeda dengan MWCNT. Reaktivitas kimia meningkat

bila diameter CNT lebih kecil. Molekul CNT memiliki modulus young yang sangat besar

pada arah aksialnya dan sangat fleksibel disebabkan oleh ukurannya yang panjang. Muzzakir,

et al membuktikan bahwa penambahan %vol.CNT dari 0.01% hingga 0.1% terhadap volume

pelumas dapat meminimalisir massa material yang tergerus akibat beban gesek, dimana CNT

akan mengisi celah-celah yang ada permukaan material dan akan membentuk lapisan

protektif/lapisan yang dikorbankan yang akan menerima beban gesek secara langsung pada

mekanisme reduksi aus [10].

Aluminum Oksida atau Alumina merupakan jenis material keramik yang memiliki

ikatan interatomic sangat kuat dikarenakan struktur kristalin/hexagonal alpha phase yang

stabil pada suhu tinggi. Sifat utamanya adalah keras dan tahan goresan/pembebanan abrasif,

konduktivitas termal tinggi, sifat dielectric baik, kekuatan dan kekuannya juga baik. Alumina

sering dipakai karena paling efektif dalam biaya pembuatan.


2.3. Penyemprotan Dingin

Penyemprotan dingin merupakan salah satu metode yang digunakan untuk pelapisan

material logam. Metodenya adalah partikel yang akan disemprot ke substrat didepositkan

menggunakan supersonic velocity impact (300-1200m/s) pada suhu dibawah suhu leleh dari

material spray (berukuran 1-50µm) dan substrat[8]. Pada proses penyemprotan dingin, partikel

serbuk mengalami percepatan hingga mencapai kecepatan penyemprotan yang sangat tinggi

melewati pipa semprot dengan daya dorongnya dihasilkan dari gas bertekanan tinggi dengan

rentang 1.5 – 5.0 MPa. Saat terjadi tumbukan dengan energi kinetik yang cukup, partikel

padat serbuk akan terdeformasi secara plastis. Kemudian partikel tersebut berikatan dengan

substrat dengan bantuan bond coat seperti Ni-Al. Selanjutnya akan berikatan bersama dan

membentuk lapisan nanokomposit. Kecepatan penembakan yang dihasilkan untuk

menghasilkan ikatan bergantung terhadap ukuran butir, sifat material, dan temperatur. Logam

dengan tingkat kekerasan yang rendah seperti Al dan Cu dan sangat sesuai untuk

diaplikasikan penyemprotan dingin.

2.4. Ketahanan Aus Material

Keausan merupakan kehilangan material secara progresif dari suatu permukaan

sebagai hasil dari pergerakan relatif antara permukaan tersebut dan permukaan lainnya[6].

Keausan juga dapat dikatakan sebagai respon material terhadap kontak permukaan[6]. Ada

berbagai macam metode untuk mengetahui keausan suatu material, salah satunya adalah

metode Ogoshi. Prinsip dari metode Ogoshi adalah spesimen memperoleh beban gesek dari

revolving disc[6,7]. Tingkat keausan material diukur dengan besarnya jejak dari gesekan

revolving disc tersebut terhadap permukaan spesimen. Parameter yang digunakan pada

pengujian aus penelitian ini mengacu pada penelitian yang dilakukan oleh Riyadh, et al

dimana menggunakan pembebanan 30 N dan kecepatan pembebanan sebesar 718 rpm (untuk

kecepatan pembebanan disesuaikan dengan penyetelan mesin Ogoshi)[9].

3. Metode Penelitian

Penelitian ini adalah simulasi pelapisan cylinder liner dan cincin torak kendaraan yang

terbuat dari Aluminum Silikon jenis AC4B dengan metode penyemprotan dingin pada

temperatur sekitar 200°C. Hal ini dilakukan untuk meningkatkan ketahanan aus, sifat

mekanis, ketahanan termal, dan sifat self lubrication-nya. Bahan yang digunakan sebagai

pelapis nanokomposit yaitu penguat MWCNT dalam matriks Alumina (Al2O3) dengan


menggunakan perangkat “CastoDyn®DS-8000”. Alumina yang digunakan adalah

METACERAM 25010 (Al2O3). Pengujian yang dilakukan meliputi karakterisasi material

SEM resolusi tinggi untuk melihat struktur lapisan dengan perbesaran tinggi, XRD untuk

mengetahui keberhasilan pencampuran kedua jenis serbuk sehingga membentuk komposit),

FTIR untuk mengecek kandungan pelumas pada lapisan nanokomposit, dan EDS untuk

mengetahui kandungan kimia atau fase pada titik yang diinginkan. Sedangkan untuk

pengujian merusaknya dilakukan pengujian aus Ogoshi untuk menguji tingkat ketahanan aus

dari lapisan nanokomposit dan dilakukan pula pengujian kekerasan mikro Vickers. Kode

spesimen dapat dilihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Pengkodean spesimen penelitian

Komposisi CNT (wt.%)

0 2 4

SERBUK

METACERAM

25010 à A

(Al2O3) A0 A2 A4

4. Hasil Penelitian

4.1. Hasil Pra-perlakuan CNT

Gambar 1. Hasil serbuk pasca ball mill. (a) Perbesaran 10000x; (b) Perbesaran 100000x


4.2. Hasil Penyemprotan Spesimen Pra-perlakuan (Metalografi dan SEM-EDS)

Gambar 2. Mikrostruktur penampang lapisan alumina-CNT (A=A0, B=A2, dan C=A4) dengan masing-masing perbesaran 500x

Gambar 3. Bagian yang berwarna putih ada lapisan pengikat Ni-Al dan bagian yang berwarna kelabu adalah lapisan Al2O3-CNT pada spesimen A2


Gambar 4. Hasil EDS matriks lapisan spesimen kode A2

4.3. Hasil Perhitungan Ketebalan Lapisan Nanokomposit

Gambar 5. Perbedaan ketebalan sampel ketiga sampel (A=A0, B=A2, C=A4) dengan perbesaran 500x

Tabel 2. Ketebalan Lapisan Ketiga Spesimen

Spesimen Ketebalan Lapisan Minimum Maksimum Rata-rata

A0 17.20 µm 56.40 µm 34.25 µm A2 16.80 µm 76.80 µm 43.90 µm A4 40.80 µm 73.60 µm 58.40 µm


4.4. Hasil XRD

Gambar 6. Perbandingan puncak XRD aktual (atas) dengan literatur (bawah)

4.5. Hasil FTIR

pelumasName

Sample 04 By Administrator Date Tuesday, April 07 2015Description

4500 4504000 3000 2000 1000

146

60

70

80

90

100

110

120

130

140

cm-1

%T

2920.92cm-1, 62.28%T2852.50cm-1, 71.72%T

1457.22cm-1, 81.32%T

462.20cm-1, 89.53%T1376.95cm-1, 89.79%T

517.39cm-1, 95.69%T495.93cm-1, 96.58%T

974.07cm-1, 96.92%T

470.96cm-1, 98.02%T507.05cm-1, 98.56%T

724.76cm-1, 99.32%T

577.97cm-1, 99.95%T543.03cm-1, 100.33%T

824.17cm-1, 100.81%T552.25cm-1, 100.84%T

788.26cm-1, 101.09%T761.97cm-1, 101.57%T

484.42cm-1, 102.11%T

646.97cm-1, 102.57%T

588.66cm-1, 102.82%T610.27cm-1, 102.85%T620.35cm-1, 102.94%T666.56cm-1, 103.33%T656.97cm-1, 103.55%T583.96cm-1, 104.29%T

527.11cm-1, 104.64%T

567.19cm-1, 105.16%T635.95cm-1, 105.19%T603.46cm-1, 105.24%T683.87cm-1, 105.33%T630.16cm-1, 105.54%T599.03cm-1, 105.57%T557.44cm-1, 105.63%T532.68cm-1, 106.32%T593.58cm-1, 106.70%T

538.15cm-1, 108.64%T

501.24cm-1, 110.90%T

Gambar 7. Puncak FTIR pelumas yang digunakan pada pengujian aus


A4Name

Sample 1 By Administrator Date Tuesday, April 07 2015Description

4500 4504000 3000 2000 1000

100.1

94.7

95.0

95.5

96.0

96.5

97.0

97.5

98.0

98.5

99.0

99.5

100.0

cm-1

%T

2923.49cm-1, 94.79%T

Gambar 8. Puncak FTIR spesimen kode A

4.6. Hasil Kekerasan Mikro

Gambar 9. Grafik perbandingan nilai kekerasan mikro lapisan dengan variasi kandungan CNT


4.7. Hasil Pengujian Aus (Pelumasan dan Non-Pelumasan)

Gambar 10. Grafik ketahanan aus spesimen dengan kondisi tanpa pelumasan dengan METACERAM 25010

Gambar 11. Grafik ketahanan aus spesimen dengan kondisi pelumasan, dengan METACERAM 25010

5. Pembahasan

5.1. Pra-perlakuan CNT

Dari Gambar 1 dapat dilihat bahwa CNT setelah dilakukan proses dispersi dengan

menggunakan surfaktan masih kurang sempurna karena masih terdapat CNT yang

menggumpal, terlihat pada A di Gambar 1. Tetapi pada Gambar 1 B, CNT berhasil

didispersikan. CNT tersebut masih dapat menyebar setelah dilakukan penyemprotan dingin.

Hal ini dikarenakan proses tersebut menggunakan kecepatan penyemprotan yang sangat tinggi

sehingga memungkinkan terjadinya penyebaran CNT kembali. Kemudian ukuran CNT akan

mengecil karena terpotong saat bertabrakan dengan substrat.


5.2. Metalografi dan SEM-EDS

Pada Gambar 2 terlihat ada lapisan berwarna putih diatas spesimen ialah lapisan

pengikat (METACERAM®29029, Ni-Al) yang disemprotkan pasca sand blasting untuk

mengikat antara permukaan spesimen dengan serbuk nanokompositnya. Sedangkan lapisan

yang (abu-abu) menempel pada lapisan pengikat tersebut ialah Alumina-CNT, hal ini

diperkuat dengan pengujian EDS pada spesimen A2 sebagaimana terlihat pada Gambar.

Lapisan yang terbentuk tidak terlalu ideal, karena saat proses penyemprotan, seringkali serbuk

nanokomposit tersumbat di dalam alat semprot dan tersendat saat hendak disemprotkan ke

substrat, jadi serbuk yang tidak keluar secara sempurna akan berdampak pada

ketidaksempurnaannya lapisan untuk menutupi permukaan susbtrat. Akan tetapi, lapisan yang

terbentuk pasca penyemprotan masih dapat diamati pengaruhnya dengan pengujian-pengujian

yang dilakukan. Walaupun begitu, Al2O3-CNT dapat dikatakan telah berhasil melakukan

ikatan dengan lapisan pengikatnya, dan sedikit banyak akan memengaruhi sifat mekanis dari

lapisan dan akan meningkatkan ketahanan aus dari substratnya, yakni Aluminum AC4B. Dari

hasil XRD juga dapat dilihat bahwa hasil penelitian sama dengan literatur.

5.3. Ketebalan Lapisan Nanokomposit

Pada Gambar 5, dapat dilihat bahwa sampel A0 memiliki rata-rata ketebalan 34.25 µm

dengan minimum ketebalan 17.20 µm dan maksimumnya 56.40 µm. Sampel A2 memiliki

ketebalan rata-rata 43.90 µm dengan minimum ketebalan 16.80 µm dan maksimumnya 76.80

µm. Sedangkan sampel A4 memiliki ketebalan rata-rata 58.40 µm dengan ukuran minimum

40.80 µm dan maksimumnya adalah 73.60 µm. Jika dari rata-rata ketebalan masing-masing

sampel, dapat dilihat bahwa semakin banyak kadar Al2O3-CNT, semakin tinggi ketebalan

lapisan. Hal ini disebabkan oleh semakin banyaknya CNT, semakin ringan lapisan tersebut

sehingga saat penyemprotan, lebih banyak serbuk yang keluar dari gun dan menempel pada

sampel.

5.4. Pengujian FTIR

Hasil dari pengujian FTIR menunjukkan bahwa efisiensi pelumas pasca dilakukannya

pengujian aus dapat dikatakan cukup baik. Spesimen pelumas memiliki puncak FTIR yang

identik dimana dapat dikatakan pelumas masih banyak terkandung baik pada lapisan luar,

maupun pada celah-celah antara CNT dengan matriks alumina. Hal ini dibuktikan dengan

seluruh puncak baik puncak pelumas spesimen kode A, menunjukkan daerah frekuensi yang

sama dan menunjukkan gugus C-H atau Alkana.


5.5. Kekerasan Mikro

Pada data kekerasan mikro Gambar 9 terlihat tren dimana terjadi peningkatan

kekerasan seiring dengan meningkatnya komposisi CNT dalam matriks alumina. Kekerasan

paling tinggi dicapai oleh spesimen dengan 4% CNT, disusul oleh 2 % CNT, dan paling lunak

adalah 0% CNT. Dapat dilihat bahwa terdapat kenaikan yang signifikan bila dibandingkan

sampel 0% CNT dengan 2% CNT. Sedangkan dari 2% CNT ke 4% CNT mengalami kenaikan

yang tidak signifikan. Hal ini disebabkan oleh CNT yang lebih dari 2% akan menempel pada

nozzle cold sprayer. Sehingga kekerasan tidak akan terlalu berubah banyak.

5.6. Pengujian Aus

Dari Gambar 10 terlihat bahwa sampel memperlihatkan peningkatan ketahanan aus

dengan bertambahnya volume CNT dari 0% ke 2% dan selanjutnya mengalami penurunan

ketahanan aus pada CNT 4%. Dengan penambahan CNT lebih 2%, ikatan CNT dengan

lapisan Ni-Al sudah tidak efektif penempelannya. Hal ini disebabkan oleh jumlah CNT yang

lebih dari 2% akan menempel pada nozzle cold sprayer. Dan kondisi tanpa pelumasan juga

semakin memperburuk ketahanan lapisan nanokomposit terhadap beban aus, yang berimbas

kepada semakin mudahnya lapisan nanokomposit tergerus dan rontok. Jadi berdasarkan

Gambar 11, lapisan Al2O3-CNT hanya dapat bertahan diangka 2x10-6 mm2/kg dengan kondisi

tanpa pelumasan.

Sedangkan pada Gambar 11, terlihat peningkatan ketahanan ausnya dengan pemberian

CNT pada lapisan. Terjadi perbedaan yang signifikan dari spesimen yang tidak diberikan

CNT pada matriksnya dan spesimen yang diberikan CNT, walaupun sama seperti pada kasus

spesimen tanpa pelumasan dimana ada angka yang menjadi batasan untuk lapisan

nanokomposit dapat menahan beban aus, contohnya pada komposisi CNT 4% mengalami

sedikit penurunan nilai aus. Menurut Ahmad, et al[11], hal tersebut dikarenakan jika komposisi

CNT terlalu banyak akan menyebabkan CNT tersebut mengikat oksida lebih banyak sehingga

akan menyebabkan impurities[4]. Walau begitu, secara garis besar ketahanan aus dalam

kondisi pelumasan lebih baik dari kondisi tanpa pelumasan, dimana meningkatkan nilai

ketahanan ausnya dari 2x10-6 mm2/kg hingga 4x10-7 mm2/kg.

Hal ini disebabkan oleh pelumasan yang diberikan dapat menunda tergerusnya lapisan

Al2O3-CNT. Kemungkinan besar pelumas tersebut masuk ke dalam celah-celah antara CNT

dengan Al2O3 seperti yang terlihat pada hasil SEM di Gambar 3, sehingga pelumasan terpakai

secara efektif. Ditambah lagi CNT terhadap lapisan atau matriksnya mengalami penutupan

retak sehingga terjadi peningkatan nilai. Pada saat lapisan diberikan pembebanan, matriks


alumina tidak langsung mengalami kegagalan, melainkan terjadi penundaan kegagalan. Hal

ini sangat penting bila ingin mendapatkan komponen yang memiliki ketahanan yang baik.

Dan dengan parameter pengujian yang sama, penambahan pelumas akan dapat meningkatkan

ketahanan aus yang tadinya hanya sampai ~2x10-6 mm2/kg.

Jenis keausan yang terjadi pada penelitian ini merupakan jenis keausan abrasif dimana

prinsipnya adalah keausan yang terjadi apabila suatu partikel keras dari material tertentu

meluncur pada permukaan material lain yang lebih lunak sehingga terjadi penetrasi berupa

penekanan atau pemotongan terhadap material yang lebih lunak tersebut[6,7]. Semakin kecil

lebar celah maka ketahanan aus yang dimiliki spesimen akan semakin baik (dari segi nominal,

makin bagus ketahanan aus nilainya semakin kecil). Hal ini berarti semakin baik ketahanan

aus berarti semakin kecil lapisan yang tergerus setelah dilakukan pengujian aus.

Sedangkan apabila ditinjau dari kekasaran permukaan, menurut Riyadh, et al[9]

dikatakan bahwa semakin kasar permukaan atau semakin besar nilai Ra-nya maka koefisien

friksi akan semakin besar pula, akan tetapi nilai Ra berbanding terbalik dengan beban yang

digunakan[9]. Pada penelitian ini kekasaran permukaan lapisan nanokomposit tidak

berpengaruh pada nilai ketahanan aus dikarenakan kekasaran tidak divariasikan dan hal ini

terbukti pada spesimen yang masing-masing nilai kekasarannya berbeda sekitar 0.3 µm nilai

ketahanan ausnya tidak signifkan perbedaannya.

6. Kesimpulan

1. Proses pelapisan Al2O3-CNT berhasil dibuat dengan menggunakan proses

penyemprotan dingin.

2. Kualitas lapisan nanokomposit ditentukan oleh terbentuknya persebaran yang baik

berupa penguat CNT di dalam matriks Al2O3. Dengan melakukan proses pra-

perlakuan berupa pendispersian dan planetary ball mill akan diperoleh campuran

serbuk Al2O3-CNT yang baik untuk pembuatan lapisan nanokomposit.

3. Semakin banyak kadar CNT maka semakin tinggi ketebalan lapisan.

4. Kekerasan lapisan nanokomposit meningkat seiring dengan meningkatnya %Volume

CNT dari 0% hingga 2%. Namun demikian nilai kekerasan tidak jauh berbeda antara

2%vol. CNT dan 4%vol.CNT.

5. Nilai keausan lapisan CNT memiliki nilai optimum pada penambahan 2%vol. CNT.

Penambahan diatas 2%vol. CNT akan menurunkan nilai keausan.

6. Nilai ketahanan lapisan nanokomposit Al2O3-CNT dengan penambahan pelumasan oli

menunjuk peningkatan dibandingkan lapisan nanokomposit Al2O3-CNT tanpa


pelumasan oli. Hal ini disebabkan oleh sifat MWCNT sebagai pelumas padatan dan

self-absorbed lubricant.

7. Sifat kekerasan dan keausan yang optimum diperoleh pada lapisan nanokomposit

dengan campuran 2%vol. CNT - Al2O3 (METACERAM 25010).

8. Terdapat perbedaan antara grafik XRD spesimen CNT murni dengan spesimen A2

(Al2O3+2%CNT)

7. Saran

1. Selama material substrat yang digunakan ialah Aluminum, maka temperatur proses

tidak akan melampaui 500ºC. Jadi mungkin dapat dilakukan pelapisan dengan

menggunakan lapisan Al atau Cu sebagai kandungan utama yang ditambahkan dengan

CNT dengan komposisi yang sama.

2. Apabila tetap ingin melakukan penelitian dengan lapisan Al2O3 + CNT maka substrat

harus diganti dengan menggunakan material ferrous yang tergolong ringan sehingga

temperatur penyemprotan bisa ditingkatkan hingga mencapai temperatur

penyemprotan plasma dimana masih merupakan proses yang menghasilkan lapisan

paling bagus.

3. Pengukuran tebal spesimen sebelum dan setelah dilakukan pengamplasan halus pasca

penyemprotan harus diamati agar apabila terjadi kehilangan konten serbuk pada

lapisan dapat terdeteksi.

4. Dilakukan XRD setelah dilakukan proses pencampuran dengan tujuan mengetahui

apakah serbuk matriks dan penguatnya sudah bercampur secara baik atau belum.

5. Kalau bisa menggunakan serbuk alumina dalam skala nano juga agar lebih baik lagi

pengikatan dengan CNT dan agar dapat tercampur dengan sempurna, yang nantinya

dilakukan perlakuan pengeringan semprot untuk membuat penguat dan matriksnya

menjadi satu badan.

6. Proses pendispersian CNT yang lain sangat dirokemendasikan untuk dicoba, seperti

dengan menggunakan UT-Sonicator.

7. Sebaiknya dilakukan uji SEM setelah uji kekerasan agar dapat mengetahui kekuatan

lapisan Alumina+CNT.


8. Daftar Referensi

[1] Chen, M.Y., et al. 2002. “Friction and wear scar analysis of carbon nanofiber-

reinforced polymeric composite coatings on alumina/aluminum composite”. WEAR,

252 (7-8), pp. 624-634.

[2] M.D, Bermudez., et al. 2011. “Abrasive wear under multiscratching of Polystyrene +

SWCNT nanocomposites. Effect of sliding direction and modification by ionic

liquid”. Applied Surface Science, 257, pp. 9073-9081.

[3] Sofyan, T.Bondan, et al. 2006. “Modification of Microstructure of Low Pressure Die

Casting AC4B Alloy by Addition of 0.015wt.% Sr”. 9th International QIR Proceeding.

pp 1-5.

[4] Lubrications Engineers®,inc. Techni/Tips, Publication of the Lubrication Engineers

Technical Department: “Piston Ring and Cylinder Wear and Failures”. Leader In

Lubricants Magazine Vol.72 Rev.02-94 pp.1-8 : 300 Bailey Ave, Fort Worth, TX

76107.

[5] CHEN, Jinfeng., et al. 2014. “Investigation on Premature Failure of the Self-

Lubricated Piston Rings in Oil-free Compressor”. 22nd International Compressor

Engineering Conference at Purdue pp.1-11.

[6] Smallman, R.E. 1985. "Modern Physical Metallurgy 4th edition". Butterworth & Co

(Publishers) Ltd

[7] ASM Metal Handbook Volume 18 “Friction, Lubrication, and Wear Technology”

[8] H. Singh., et al, Frattura ed Integrità Strutturale, 22 (2012) 69-84; DOI: 10.3221/IGF-

ESIS.22.08.

[9] Al-Samarai, Riyadh A, et al. 2012. “Evaluate the Effects of Various Surface

Roughness on the Tribological Characteristics under Dry and Lubricated Conditions

for Al-Si Alloy”. Journal of Surface Engineered Materials and Advanced Technology,

Scientific Research, pp. 167-173.

[10] Muzakkir, S.M., et al. 2015. “Carbon Nanotubes as Solid Lubricant Additives for

Anti-wear Performance Enhancement under Mixed Lubrication Conditions”.

International Journal Of Modern Engineering Research (IJMER) Vol. 5, pp. 25-28.

[11] Ahmad, I., et al. 2010. “Wear resistant properties of multi-walled Carbon Nanotubes

reinforced Al2O3 nanocomposites”. WEAR, 269, pp. 71-78.


karakterisasi penguat carbon-nanotube terhadap penigkatan

Documents