Pengujian logam dan material

Pengujian MATERIAL dan METALOGRAFiANALISis THERMAL DSC dan TMAAnggota kelompok 2Murti Handayani3334111212Aditha Yolanda3334130321Erika Lastri3334130379Hany Kusumawati3334131303Merliana Krisencia Waluyo3334132309INTRODUCTIONAnalisis Termal adalah cabang ilmu material dimana sifat bahan yang dipelajari saat mereka berubah dengan suhu . Analisa termal merupakan suatu analisa dengan memberikan input kalor untuk mengetahui karakterisasi dari sampel. Suatu analisa termal memiliki keuntungan yaitu jumlah material yang dibutuhkan hanya sedikit. Hal ini memastikan keseragaman distribusi suhu dan resolusi yang tinggi.Beberapa metode yang umum digunakan - ini dibedakan dari satu sama lain oleh properti yang diukur:

Differential Scanning Calorimetry (DSC)Yaitu dengan cara membandingkan suhu antara material referensi dan material sampel. Material referensi (referen inert) yang biasa digunakan yaitu alumina (Al2O3). Kenapa memakai alumia? karena termogram alumina menunjukkan konstan sampai suhu 1000oC, menandakan alumina tidak mengalami perubahan sampai suhu tersebut. Sementara material sempel merupakan bahan yang akan diuji secara termal. Suhu sampel dan referen akan sama apabila tidak terjadi perubahan, namun pada saat terjadinya beberapa peristiwa termal seperti pelelehan, dekomposisi atau perubahan struktur kristal pada sampel, suhu dari sampel dapat berada di bawah (apabila perubahannya bersifat endotermik) ataupun diatas (apabila perubahan bersifat eksotermik) suhu referensi.

Endothermic Heat Flow

Exothermic Heat Flow

Hanya material yang tidak korosif yang dapat di analisa dengan menggunakan alat yang sangat sensitif ini, tidak ada bahan organik atau material lainnya yang mengandung F, Cl, Br, tau I

Rentang temperatur antara -120C to 725C, walaupun atsmosfir inert diatas 600C. Temperatur dihitung dengan pengulangan 0.1C.Wadah ada yang terbuat dari Al, Cu, Au, Pt, alumina, dan C dan dapat dipilih untuk menghindari terjadinya reaksi dengan sampel.Atmosfir :nitrogen, udara, oksigen, argon, vacuum, campuran gas yang dikontrolUkuran sampel : 0.5mg - 100mg

DSC ada 2 jenis1. Heat flux DSC2. Power compensation DSC (heat flow)

Heat flux DSCSampel dan referensinya dihubungkan dengan jalur aliran panas dengan tahanan yang rendah. Sampel dan referensi berada pada furnace yang sama atau satu. Perubahan entalpi atau kapasitas panas pada sampel menyebabkan perbedaan temperatur relatif terhadap referensi. Perbedaan temperatur ini di rekam dan dihubungkan dengan perubahan entalpi pada sampel menggunakan hasil uji kalibrasi. Ini merupakan modifikasi dari DTA dengan perbedaan hanya pada sampel dan referensi yang memiliki jalur aliran panas yang bagus. Kelebihan energi yang terjadi antara sampel dan referensi dihantarkan menggunakan penghubung dari metal sehingga hanya terjadi sedikit perbedaan temperatur antara keduanya. Perbedaan temperatur sampel dan referensi proporsional terhadap aliran panas antara keduanya.

Heat flux DSC

Pada dasarnya heat flux DSC ada tiga jenis, yaitu1.The Disk type measuring system

Karakteristik utamanya adalah aliran panas dari furnace melewati disk yang memilki konduktivitas termal medium. Crucible material adalah Al, Al2O3, grafit, Y2O3, Pt/Rh dengan Al2O3 didalamnya atau emas dan lain-lain. Kecepatan pendinginan 10 K/menit. Konstanta waktu 3 detik dan 10 detik.

b.The Cylinder type measuring system

Menggunakan dua aluminium silinder yang diletakkan paralel dan simetris pada furnace. Crucible yang digunakan adalah dari stainless steel. Tipe silinder ini memiliki volume yang lebih besar sehingga mempunyai konstanta waktu yang lebih lama yaitu 4 menit. Pengukuran yang dilakukan pada range temperatur yang lebar yaitu -196 s.d 1500C. Maksimum kecepatan panas 1 K/menit.

c.The Turret type measuring system

Sampel menggunakan silinder kecil yang berlubang. Sangat ideal digunakan untuk mengetahui kemurnian logam. Sejauh ini Turrent measureing system yang paling baik dan bersaing dengan kompensasi DSC dan mikro DSC karena panas berpindah melalui dinding tipis silinder sehingga jalur konduktivitas sangat pendek tercapai. Tipe crucible disebut sebagai T zero sensor memiliki peralatan yang hampir sama dengan DSC klasik. Kecepatan panas 200 K/menit. Waktu konstan hampir sama dengan nol.

Power compensation DSC

Sampel dan referensi diletakkan pada tempat yang berbeda dengan furnace yang terpisah. Keuntungannya bahannya lebih ringan sehingga kecepatan responnya lebih cepat dan kecepatan panas 500C/menit. Ketika reaksi muncul, energi diakumulasi atau dihilangkan untuk mengompensasi perubahan energi pada kedua furnace. Waktu konstan 1,5 detik. Crucible terbuat dari aluminum.

Power compensation DSC

THERMOMECHANICAL ANALYSISThermo Mechanical Analysis merupakan salah satu metode yang digunakan dalam analisa sifat termal material yang meliputi perubahan sifat mekanik, perubahan dimensi, serta perubahan karakteristik material pada berbagai temperatur.

Secara umum. Thermo Mechanical Analysis adalah subdisiplin dari metode Thermo Mechanometry (TM).

Thermo Mechanical Analysis (TMA) mengukur perubahan pada dimensi fisik dari sampel sebagai fungsi dari temperatur dibawah beban dan tegangan yang diaplikasikan.

Thermo Mechanical Analysis (TMA) biasanya digunakan dalam mengukur sifat muai, compression, softens point, bending, dan deformasi plastis-elastis pada material. Peralatan pada Thermo Mechanical Analysis (TMA)Peralatan pada Thermo Mechanical Analysis (TMA) terdiri dari sampel holder (terbuat dari kwarsa atau super alloy steel) dengan dimensi yang stabil pada perubahan temperatur, measuring probe (perangkat ini sangat sensitif terhadap perubahan dimensi), dapur yang terprogram, serta suatu Linear Variable Displacement Transducer (LVDT) untuk mengukur perubahan panjang material, pembebanan pada sampel melalui probe (core rod dan push rod), dan sensor temperatur (biasanya thermocouple).

Sampel ditempatkan pada holder dan probe yang sehingga terjadi kontak langsung antara probe dengan permukaan sampel.Beban yang terukur (tertentu) diberikan kepada sampel dan program pengukur temperatur dijalankanPada saat sampel memuai, melunak, ataupun mengkerut, posisi dari probe akan berubah.Perubahan posisi diukur oleh LVDT, yang menyediakan tegangan sebanding dengan defleksi dari probe

Jenis - jenis probeProbe biasanya juga terbuat dari kwarsa atau baja paduan. Probe mempunyai beberapa jenis bentuk, bentuk dari probe tersebut menentukan tipe perubahan dimensi yang akan diukur.

Beberapa bentuk probe untuk mode deformasi three point bending dan material yang digunakan (dari kiri : kwuarsa, stainless steelPeralatan dari TMA harus dikalibrasi temperatur maupun perubahan dimensinya pada setiap pengukurnya. Temperatur dikalibrasi menggunakan tipe yang sama pada metode standar melting point yang digunakan pada DSC. Material yang biasa digunakan untuk kelaibrasi terdiri dari In, Sn, Zn, dan Al. LVDT dikalibrasi menggunakan standar dengan koefisien linear termal dari material yang sudah biasa digunakan, contohnya Al. Koefisien linear termal ekspansi, ditentukan oleh persamaan 1.

Dimana : Lf = panjang sampel akhir Lo= panjang sampel awal. Tf dan To = temperatur akhir dan awal dalam oC. Perhitungan nilai dari dibandingkan dengan nilai literatur.

Aplikasi TMATMA biasa digunakan untuk mengukur ekspansi, kompresi, relaksasi elastic, penetrasi, titik pelunakan (softening point), transisi gelas, penyusutan, swelling dan modulus elastic (kekakuan atau ketahanan material terhadap deformasi elastic dimana material kaku adalah material dengan modulus kekakuan yang tinggi). TMA digunakan untuk mengarakterisasi polimer, logam, lapisan (coating), keramik, gelas dan material komposit. Salah satu contoh penggunaan TMA adalah pengukuran perilaku ekspansi dari papan sirkuit (printed circuit boTMA juga digunakan untuk mengarakterisasi serat polimer. Proses karakterisasi ini merupakan proses yang penting pada industri tekstil.Pengukuran Tg menggunakan expansion probe

Suhu transisi gelas untuk seluruh sampel dapat ditentukan dengan melihat perubahan pada kemiringan atau slope pada kurva tersebut. Salah satu sampel menunjukkan pelelehan solder yang digunakan pada papan ini pada suhu 180oC. Pada suhu di atas 300oC, masing-masing papan menunjukkan ekspansi yang tajam. Titik ini merupakan titik dimana papan mengalami delaminasi yang disebabkan oleh pelepasan sejumlah internal stress yang besar pada material komposit. TERIMAKASIH