komposit kelompok 1

5/12/2018 Komposit kelompok 1 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/komposit-kelompok-1 1/11

SINTESIS KOMPOSIT Al/Gr

(Tugas Matakuliah Komposit)

Oleh:

Kelompok I

1. Yuant Tiandho 0817041062

2. Weny Eka Rosaline 0817041013

3. Fitri Afriani 0857041002

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG



2

BANDAR LAMPUNG

2011

I. PENDAHULUAN

A. Komposit Al/Gr

Komposit adalah suatu golongan material yang terdiri dari gabungan atau

kombinasi dari dua atau lebih material yang secara makro atau mikro berbeda

dalam bentuk (fisis) dan komposisi kimianya dan akan membentuk suatu

material baru yang berbeda sifat namun material tersebut tidak larut antara

satu dengan lainnya/tetap terpisah (Smith, 1996).

Al/Gr merupakan komposit dengan matriks aluminium dan reinforcement berupa grafit. Berdasarkan jenis matriksnya maka Al/Gr dapat digolongkan

sebagai komposit jenis MMC (Metal Matrix Composite). MMC adalah

material komposit dengan setidaknya dua bagian konstituen, dengan satu

bagiannya adalah logam. Bahan lain mungkin berupa logam yang berbeda

atau bahan lain, seperti keramik atau senyawa organik (Department of

Defense Handbook, 2002).

Aluminium adalah suatu logam dengan nomor atom 13 dan memiliki warna

keperakan hingga agak abu-abu kusam seperti pada Gambar 1. Aluminium

memiliki sifat ringan, tahan lama, bukan bahan magnetik, serta memiliki

tingkat keuletan dan kelenturan yang tinggi. Kekuatan strength dari

aluminium murni adalah 7-11 MPa. Selain sifat tersebut, aluminium memiliki

sifat yang sangat baik yaitu dapat memiliki tingkat ketahanan korosi yang

sangat tinggi (Thomson, 2006). Namun, dibalik keunggulan tersebut

aluminium memiliki kekurangan berupa, tidak mampunya bahan tersebut

untuk bertahan pada kondisi kekurangan pelumas. Hal ini dikarenakan

aluminium merupakan material yang memiliki tingkat ketahanan aus yang

rendah dalam bidang industri (Baradeswaran et.al., 2011).



3

Gambar 1. Hasil etching permukaan dari Aluminium murni (99,9998%)

Grafit adalah salah satu alotrop dari karbon dengan bentuk paling stabil di

bawah kondisi standar. Oleh karena itu penggunaan fiber karbon cenderung

merujuk kepada penggunaan dari fiber grafit. Grafit memiliki bentuk seperti

pada Gambar 2a dengan sistem kristal hexagonal seperti Gambar 2b

(Wikipedia, 2011). Selain itu grafit merupakan material semi logam yang

dapat mengahantarkan listrik. Penggunaan bubuk grafit dalam aplikasi dunia

industri cukup tinggi. Hal ini dikarenakan bahan grafit merupakan suatu

bahan unik yang dapat digunakan sebagai pelumas diri sendiri ( self-

lubricating ) dan pelumas kering (dry lubricating ) sehingga dapat

meningkatkan daya tahan terhadap keausan suatu logam (Sherif et.al., 2011).

(a) (b)

Gambar 2. (a) bentuk makroskopik grafit (b) sistem hexagonal grafit

Oleh karena itu dengan memadukan material aluminium dengan grafit dengan

tepat akan menghasilkan suatu material komposit yang memiliki sifat kuat,

ringan, kaku, tahan terhadap korosi, memiliki elektrisitas baik, serta memiliki



4

tingkat ketahanan aus yang tinggi. Adapun sifat-sifat Al/Gr secara kuantitatif

seperti pada Tabel 1.

Tabel 1. Sifat-sifat komposit Al/Gr (Rawal et.al , 2001).

No Sifat Nilai

1 Densitas (gr/cm3) 2,45

2 Modulus Young (GPa) 88,7

3 Kekuatan tekan (MPa) 109,6

4 Kekuatan tensil (MPa) 76,8

5 Koefisien ekspansi termal (CTE) (x-y) (10-6/K) 6,5-9,5

6 Konduktivitas termal (W/m-K) (x-y)

(z)

190

150

7 Resistivitas (m-ohm-cm) 6,89

B. Aplikasi Komposit Al/Gr

Aplikasi dari komposit Al/Gr diantaranya adalah sebagai komponen pesawat

ruang angkasa. Hal ini dikarenakan komposit Al/Gr memiliki sifat yang

ringan, kaku, serta kuat. Salah satu contoh bagian pesawat luar angkasa yang

menggunakan Al/Gr adalah pemandu/tiang pemancar gelombang pada

teleskop luar angkasa Hubble ( Hubble Telescope Space) seperti pada Gambar

3 (a dan b).

(a) (b)

Gambar 3. (a) Tiang pemancar gelombang teleskop Hubble sebelumdiintegrasikan pada teleskop Hubble (b) setelah diintegrasikan

pada teleskop Hubble

Selain itu, karena memiliki koefisien ekspansi termal yang tinggi, densitas

yang rendah, dan elektrisitas yang baik maka Al/Gr telah banyak diterapkan

pada komponen elektronik yang membutuhkan massa yang ringan seperti

pada komponen elektronik pada pengontrol satelit luar angkasa seperti pada

Gambar 4.



5

Gambar 4. Komponen elektronik komposit Al/Gr

(Badiey et.al , 2010).

II. METODE SINTESIS Al/Gr

Untuk melakukan sintesis komposit Al/Gr dapat dilakukan dengan 2 metode yaitu

dengan metode penuangan konvensional dan metode ultrasonikasi.

1. Metode penuangan

Untuk mensintesis Al/Gr dengan metode penuangan bahan-bahan yang

digunakan adalah: 1,5 kg aluminium serta grafit yang jumlahnya divariasikan

mulai dari 10, 15, dan 20% dari berat total. Langkah-langkah sintesis dengan

metode ini dilakukan sebagai berikut, sebelumnya aluminium dipanaskan

hingga mencair. Setelah aluminium tersebut mencair kemudian diletakkan

pada suatu cawan lalu serbuk grafit yang telah dipanaskan dituangkan

kedalamnya dan aluminium tersebut terus dijaga pada suhu 150ºC diatas suhu

cairnya (liquidos).

Pengadukan dilakukan dengan tujuan agar distribusi grafit dalam aluminium

menjadi homogen. Setelah penuangan tersebut selesai dilakukan kemudian

logam paduan tersebut dituangkan ke dalam cetakan baja permanen.

Penuangan material komposit ini dibuat dengan berdasarkan variasi grafit.

Komposit tersebut dipreparasi dengan pemanasan untuk kondisi T-6.

Pemanasan T-6 untuk aluminium adalah pemanasan pada suhu berkisar

antara 160-250ºC. Setelah komposit tersebut dingin dan memadat maka

karakterisasi untuk materian ini siap untuk dilakukan (Baradeswaran et.al ,

2011).



6

2. Metode Ultrasonikasi

Pada prinsipnya metode ultrasonikasi merupakan metode yang dilakukan

dengan cara mendispersi partikel penyusun dengan menggunakan gelombang

suara. Dengan memasukkan energi suara tersebut maka partikel akan

terdispersi dan dapat bergerak lebih cepat sehingga tumbukan antar partikel

lebih cepat dan lebih banyak terjadi. Apabila tumbukan banyak terjadi tentu

saja partikel-partikel tersebut dapat bergabung.

Untuk melakukan metode ini bahan yang digunakan adalah, serbuk Al

kemurnian tinggi sekitar 99,99% dan memiliki ukuran partikel rata-rata 20

μm. Grafit digerus sehingga memiliki diameter rata-rata 8 μm dan

ketebalannya 5-10 nm, serta aseton. Langkah-langkah yang dilakukan dalam

metode ini adalah, grafit yang sebelumnya divariasikan jumlahnya yaitu pada

0, 1, 2, dan 3% dari berat, didispersikan dalam aseton dengan menggunakan

ultrasonikasi pada frekuensi 50 kHz selama 1 jam. Kemudian serbuk Al

secara perlahan ditambahkan dalam larutan dan disonikasi selama 4 jam

sehingga didapatkan campuran yang homogen. Campuran kemudian disaring

dan dikeringkan pada suhu 90ºC selama 6 jam. Serbuk kemudian di- press

pada tekanan 520 MPa selama 5 menit sehingga berbentuk silinder dengan

rasio antara tinggi dan lebarnya 1:1. Sampel yang telah di- press tersebut

kemudian disintering pada suhu 500ºC selama 6 jam dalam furnace. Sampel

yang telah disintering tersebut kemudian siap untuk dikarakterisasi (Sherif,

et.al, 2011).

III.KARAKTERISASI KOMPOSIT Al/Gr

1. Sifat Korosi

Penentuan sifat korosi pada Al/Gr sangat penting dilakukan. Hal ini

dikarenakan keberadaan grafit yang tidak homogeny akan menciptakan

kondisi adanya anoda dan katoda dalam komposit yang dapat memicu

terjadinya korosi lebih cepat. Grafit pada komposit akan bertindak sebagai

katoda dan aluminium sebagai anoda.



7

Untuk melakukan pengujian sifat korosi dari material komposit Al/Gr

dilakukan dengan cara merendam komposit Al/Gr dalam suatu larutan NaCl.

Perendaman ini dilakukan karena diketahui NaCl dapat membuat suatu

material terkorosi akan mengalami proses korosi lebih cepat. Sehingga

dengan menggunakan larutan ini maka akan didapatkan hasil penentuan sifat

korosi yang lebih cepat pula.

Untuk pengamatan sifat korosi komposit ini dapat dilakukan dengan

menggunakan mikroskop optik, SEM dan EDX, serta dengan

chronoamperometrik. Pada sampel komposit Al/Gr yang disintesis dengan

metode ultrasonikasi didapatkan hasil pengujian dengan mikroskop opticseperti pada Gambar 5, pengujian dengan menggunakan SEW dan EDX

seperti pada Gambar 6, dan pengujian dengan menggunakan

chronoamperometrik seperti pada Gambar 7.

Gambar 5. Hasil mikrograf dengan menggunakan mikroskop optik untuk

(a) aliminium murni (b) komposit 1% grafit (c) komposit 2% grafit

(d) komposit 3% grafit

Dari Gambar 5. Dapat diketahui bahwa komposit Al yang mengandung 1%

grafit menunjukkan hasil yang homogen, hal ini ditunjukkan dari distribusi

grafit seperti pada Gambar 1(b). Grafit yang tidak homogen terdistribusi

seperti pada Gambar 1(c) dan 1 (d) yang ditandai dengan adanya gumpalan-

gumpalan pada komposit dengan gumpalan pada Gambar 1(d) lebih jelas dari

Gambar 1(c). Hal ini disebabkan oleh tingginya konsentrasi grafit pada

Gambar 1(c) dan 1(d). Ketakhomogenan distribusi grafit ini dapat menjadi

pemicu terjadinya korosi.



8

Gambar 6. Hasil SEM untuk (a) aluminium murni (b) komposit 3% grafit

(c) setelah komposit 3% grafit direndam selama 72 jam dalam

NaCl (d), (e), dan (f) merupakan hasil EDX untuk masing-masing

keadaan (a), (b), dan (c)

Melalui Gambar 6 dapat dilihat bahwa untuk komposit Al/Gr 3% akan

berpotensi terjadi korosi. Hal tersebut seperti ditunjukkan pada Gambar 6 (b)

dimana terjadi cracking yang kemudian apabila sampel tersebut direndam

dalam NaCl selama 72 jam akan memiliki cracking yang lebih lebar lagi

(Gambar 6 (c)).

Gambar 7. Grafik hasil hubungan antara arus dan waktu dari

chronoampermetrik untuk (1) Al murni, (2) Gr-1%, (3) Gr-2%,

dan (4) Gr-3%, setelah direndam (a) 40 menit dan (b) 72 jam

Melalui Gambar 7 dapat dibandingkan bahwa untuk komposit dengan

campuran konsentrasi Gr semakin tinggi akan menyebabkan arus mengalir

lebih tinggi. Arus mengalir lebih tinggi ini mengindikasikan semakin tinggi

pula perbedaan potensial antara anoda dan katoda pada komposit yang



9

mengindikasikan semakin besar pula risiko terjadinya korosi (Sherif et.al ,

2011).

2. Sifat Ketahanan Aus

Sifat ketahanan aus dari penambahan Gr dalam MMC telah dipelajari oleh

Basavarajappa dkk. (2005). Teknik pengujian dilakukan dengan cara

menggeserkan sampel dengan suatu kecepatan setelah diberi beban. Pada

penelitiannya sampel digeserkan dengan kecepatan 3 m/s dan diberikan beban

yang bervariasi. Sampel yang digunakan berupa Al murni, Al/SiC, dan

Al/SiC-Gr. Untuk hasil pengujian sifat ketahanan aus dapat dilihat pada

Gambar 8.

(a) (b)

(c)

Gambar 8. Hasil pengujian aus pada (a) Al murni pada kecepatan 3m/s beban

20 N dengan jarak 5000 m (b) Al/Si 10% pada kecepatan3 m/s

beban 40 N dengan jarak 5000 m (c) Al/Si 10%-Gr 3% pada

kecepatan 3 m/s beban 40 N dengan jarak 1000 m

Melalui Gambar 8 dapat dilihat bahwa dengan penambahan Gr dapat

membuat permukaan kontak antar permukaan lebih seragam. Dengan

demikian maka ketahanan aus dari sampel menjadi semakin meningkat.

Terlebih apabila kecepatan sampel ditingkatkan maka tingkat aus dapat

menurun karena adanya pembentukan pelindung dari pelumas grafit.



10

Selain hal tersebut Lu (2009) juga telah melakukan penelitian tentang sifat

redaman dari berbagai MMC. Lu meneliti beberapa sampel dari MMC yaitu

Al/Gr, Al/SIC, dan Al/SiC-Gr. Hasil penelitian tersebut tampak seperti pada

Gambar 9.

Gambar 9. Grafik kapasitas redaman dan modulus elastisitas beberapa MMC

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa Al/Gr memiliki kapasitas redaman

yang paling tinggi namun hal tersebut berbanding terbalik dengan modulus

elastisitasnya.

IV. KESIMPULAN

Kesimpulan yang didapatkan dari penulisan makalah ini adalah:

1. Penambahan Gr dapat menambah ketahanan aus aluminium.

2. Penambahan Gr terlalu banyak dapat meningkatkan risiko terjadinya

korosi.

3. Penambahan Gr terlalu banyak dapat menurunkan modulus elastisitas.

4. Komposit Al/Gr dapat digunakan sebagai komponen-komponen luar

angkasa karena memiliki sifat kuat, ringan, serta tahan aus.

DAFTAR PUSTAKA

Badiey, M. dan Abedian, A. 2010. Application of Metal Matrix Composites in A

Satellite Boom to Reduce Weight and Vibrations as A Multidisciplinary

Optimization. 27-th International Congress of The Aeronautical Sciences, ICAS 2010.



11

Baradeswaran, A. dan Elayaperumal, A. 2011. Effect of Graphite Content om

Tribological Behaviour of Aluminium Alloy-Graphite Composite.

European Journal of Scientific Research Vol. 53 No. 2 (2011). pp. 163-170

Basavarajappa, S., dan Chandramohan, G. 2005. Dry Sliding Wear Behaviour of Hybrid Metal Matrix Composites. Materials Science (MEDZIAGOTYRA)Vol. 11 No. 3. 2005. pp. 253-257.

Department of Defense Handbook. 2002. Composite Materials Handbook Vol. 4Metal Matrix Composites. USA: Department of Defense Handnook.

Lu, H., Wang, X., Zhang, T. Cheng, Z., dan Fang, Q. 2009. Design, Fabrication,

and Properties of High Damping Metal Matrix Composites. Materials

2009, 2. pp. 958-977.

Rawal, S. 2001. Metal-Matrix Composites for Space Applications. JOM, 53 (4)2001. pp. 14-17.

Sherif, E.M., Almajid, A. A., Latif., F. H., dan Junaedi, H. 2011. Effects of

Graphite on The Corrosion Behavior of Aliminium Graphite Composite in

Sodium Chloride Solutions. Int. J. Electrochem. Sci., 6 (2011). pp. 1085-

1099.

Smith, William F. 1996. Principles of Material Science and Engineering. Mc.

Graw-Hill. United States of America.

Thomson, E. 2006. Base Metal Handbook. Cambridge: Woodhead Publishing.

komposit kelompok 1

Documents