Universitas Indonesia

Didi Rooscote – 1106070003

Assignment 1 – Interface on Composite Paper

Effect of aging on interface characteristics of Al-Mg-Si/SiC composites

Alumunium berpenguat SiC merupakan salah satu jenis Metal Matrix Composite.

Aluminium matrix composite didesain untuk memiliki ketangguhan yang cukup pada

matrixnya dengan penambahan reinforce yang memiliki kekerasan, kekakuan serta kekuatan

dari keramik. Penggunaan aluminium composite sangat luas di industry seperti aerospace,

energy dan kebutuhan militer. Distribusi partikel SiC di dalam matrix aluminium berpengaruh

kuat pada sifat mekanik dari Al komposit. Oleh karena itu dibutuhkan parameter dari mixing

dan proses sekunder untuk meningkatkan distribusi dari partikel SiC di dalam matrix

aluminium. Namun selain itu, interface antara partikel SiC dengan matrix aluminium berperan

penting dalam menentukan sifat mekanik dari Al komposit. Reaksi yang mungkin terjadi pada

interface Al dengan SiC yaitu sebagai berikut

2SiO2 + 2Al + 5Mg MgAl2O4 + 2Mg2Si

4Mg + SiO2 2MgO + Mg2Si

4Al + 3SiO2 2Al2O3 + Si

Kehadiran unsur Mg pada paduan aluminium Al-Mg-Si mendorong pembentukan

spinel MgAl2O4 atau MgO pada interface Si dengan Al yang dapat meningkatkan perilaku

pembasahan partikel SiC dengan matrix serta meningkatkan interface bonding. Telah

dibuktikan pada penelitian sebelumnya ikatan Al dengan Spinel lebih kuat dibandingkan

dengan Al4C3.

Komposit Al/SiC ini diproduksi menggunakan metode metalurgi serbuk yang terdiri

dari tahapan ball milling serbuk Al 6066 dengan komposisi Al-1.2Mg, 1.1Si, 0.9Cu. Kemudian

sampel dilakukan extrusi setelah dilakukan soaking pada suhu 480 C selama 30 menit. Setelah

itu sampel dilakukan proses hot rolled menjadi lembaran yang akan dilakukan proses aging

pada suhu 180oC dalam beberapa variasi waktu.

Untuk membuktikan pengaruh aging pada puncak dilakukan beberapa karakterisasi

yang terdiri SEM, XRD dan TEM. Serbuk SiC yang digunakan memiliki bentuk polyhedral

dengan ukuran berkisar antara 1-10 mikron. Struktur mikro dari komposit diamati dan diamati

adanya perbedaan yaitu pada komposit yang dilakukan aging terdapat precipitate pada matrix

yang ditunjukkan pada gambar C. Precipitates tersebut merupakan Mg2Si Beta. Pengujian

Universitas Indonesia

kekerasan juga membuktikan adanya peningkatan kekerasan pada waktu aging 5 jam mencapai

nilai maksimum dari kekerasan yang dihasilkan. Dan setelah itu terjadi penurunan kekerasan

seiring dengan menigkatnya waktu aging pada komposit. Hasil XRD menunjukkan perbedaan

dua sampel yaitu sampel tanpa aging menunjukkan adanya Al dan SiC yang dominan pada

puncak XRD sedangkan pada komposit yang dilakukan aging menunjukkan adanya kehadiran

dari Mg2Si dan MgAl2O4.

Didalam komposit mekanisme perpatahan dari partikel SiC umumnya disebabkan

particle pull out akibat kekuatan interface SiC/Al dengan partikel SiC. Jika partikel lebih kuat

maka akan terjadi pull out namun jika interface lebih kuat yang terjadi partikel SiC akan

mengalami fracture.

Gambar 1. (a) Ukuran partikel serbuk SiC, (b) Struktur mikro komposit dengan kondisi non aging, (c) aging. (d)

grafik kekerasan hasil aging, (e) hasil pengujian XRD pada kondisi berbeda

Dilakukan pengujian Tarik untuk melihat perpatahan yang terjadi dibawah pengamatan

SEM pada dua kondisi yang berbeda. Gambar a dan b merupakan sampel komposit yang tidak

dilakukan proses aging. Terlihat bahwa terjadi dekohesi antara partikel SiC dengan matrix

aluminium yang menandakan bahwa interfeace yang terbentuk antara SiC dengan Al tidak

membentuk ikatan yang kuat yang menyebabkan debonding matrix dengan penguat.

Berbeda dengan kondisi sampel yang dilakukan aging terlihat pada gambar c dan d.

partikel SiC tidak menunjukkan adanya debonding yang menandakan terbentuknya interface

Universitas Indonesia

yang kuat antara partikel SiC dengan matrix Al. Dilakukan penembakan menggunakan EDS

untuk melihat bagian partikel apa terlihat debonding. Hasil pengujian menunjukkan bahwa

unsur Si merupakan unsur dengan peak paling tinggi bisa dipastikan bahwa partikel tersebut

merupakan SiC.

Gambar 2. Morfologi perpatahan hasil pengujian Tarik (a,b) non aging, (c,d) aging, (e) hasil pengujian EDS

pada bagian yang dilingkari

Selain itu untuk memastikan perbedaan fasa yang ada antara kondisi yang berbeda pada

daerah interface dilakukan pengujian pemetaan unsur dan pengujian HRTEM. Pemetaan unsur

menunjukkan hasil ciri untuk komposit yang tidak dilakukan proses aging terdapat lapisan tipis

terang yang diidentifikasi sebagai MgO karena hasil menunjukkan lapisan ini sebagian besar

terdiri dari Mg dan O. Namun pada kondisi dilakukan proses aging selama 5 jam lapisan MgO

hilang pada daerah interface dan lapisan berubah menjadi partikel terisolasi dengan ukuran 50-

100nm yang terdistribusi sepanjang interface SiC dengan Al. pemetaan unsur mengindikasikan

bahwa partikel tersebut terdiri dari sejumlah Al, Mg dan O. unsur ini dapat di identifikasi

sebagai kehadiran adanya senyawa spinel MgAl2O4.

Universitas Indonesia

Gambar 3. Foto hasil pemetaan unsur dan HRTEM pada interface (a) non aging (b) aging

Gambar hasil pengujian HRTEM dengan kondisi non aging menunjukkan perilaku

wetting yang baik dari partikel keramik terhadap logam dan bonding yang baik antara partikel

keramik dengan logam. Ketebalan dari lapisan MgO yang terbentuk sekitar 10 nm.

Pembentukan dari interface sangat tergantung pada kandungan Mg. MgO terbentuk pada

interface dengan kondisi tingkat Mg yang tinggi. Pada kondisi non aging terdapat kandungan

Mg yang tinggi pada matrix komposit. Sedangkan pada kondisi aging terbentuk precipitate

Mg2Si yang terdistribusi pada matrix yang mengkonsumsi cukup banyak unsur Mg. Kondisi

ini menyebabkan system memiliki kandungan Mg yang rendah sehingga pembentukan dari

MgAl2O4 partikel pada interface lebih mudah terjadi.