Perbandingan Physical Vapor Deposition (PVD), Chemical Vapor Deposition

(CVD) dan Diffusion Hardening

Pengerasan permukaan (surface hardening) merupakan suatu proses yang

bertujuan untuk meningkatkan ketahanan aus dari material tanpa mengurangi sifat

ketangguhan dari material tersebut [1,2]. Pengerasan permukaan memiliki beberapa

keuntungan, yaitu pada baja dapat digunakan baja karbon renda dan sedang yang

murah untuk didapatkan permukaan yang keras dengan ketangguhan yang tinggi

tanpa terjadinya distorsi dan cracking. Terdapat tiga tipe perlakuan pengerasan

permukaan (Davis, 2002), dengan masing-masing tipe memiliki prinsip yang

berbeda, yaitu thermochemical diffusion/diffusion hardening, applied

energy/thermal method, dan surface coating/surface-modification method.

Metode physical vapor deposition (PVD) dan chemical vapor deposition

(CVD) termasuk ke dalam tipe surface coating yang merupakan proses

pendepositan lapisan yang keras pada permukaan material menggunakan senyawa

yang berbeda secara struktur kimia dan sifatnya.

PVD merupakan proses yang melibatkan pembentukan lapisan coating

pada permukaan material dengan prinsip deposisi atau pengendapan secara fisik

paritikel-partikel atom, ion atau molekul dari bahan pelapis/coating. Terdapat tiga

teknik untuk melakukan proses PVD, yaitu thermal evaporation, sputtering, dan

ion plating. Pada teknik thermal evaporation material akan dipanaskan dalam

kondisi yang vacuum, kemudian dengan temperatur yang cukup tinggi atom-atom

akan menguap dari sumber dan akan mengendap pada material yang akan dilapisi [2]. Pada sputtering material akan dilapisi

dengan proses penghamburan atom secara

mekanik dengan menjatuhkan kejut ion-ion

atau atom-atom yang berenergi dan

biasanya menggunakan atom Argon.

Benturan atom Argon mampu

mengeluarkan atom target yang kemudian

menuju logam yang dilapis (substrat) dan

part lain yang ada dalam chamber[2].

Sedangkan untuk proses ion plating, prinsip dasarnya sama seperti proses

evaporation. Pada proses ini sumber pelapisnya berasal dari kawat yang dijadikan

sebagai anoda, sedangkan material yang akan dilapisi akan menjadi katoda dengan

menggunakan sumber DC dengan tegangan antara -500 hingga -5000 V, sehingga

atom bergerak cepat menuju ke substrate dan menghasilkan lapisan yang lebih

rapat dan kuat[2]. Kelebihan dari proses ini adalah: proses dapat dikontrol dengan

mudah, temperatur deposisi yang rendah, hasil lapisan yang rapat dan baik.

Sedangkan kekurangannya yaitu proses vakum yang membutuhkan biaya yang

besar, ukuran komponen yang dapat dilapisi terbatas, serta laju pelapisan yang

rendah.

CVD merupakan proses yang

menghasilkan lapisan coating secara

kimiawi atau dengan reaksi kimia pada

permukaaan material yang dipanaskan [2]. Seperti terlihat pada gambar di

samping, pelapisnya berupa gas yang akan bereaksi dengan permukaan material

saat pemanasan berlangsung dan menghasilkan lapisan yang keras serta

menghasilkan produk gas yang akan dibuang melalui reactor, dengan persamaan

reaksi sebagai berikut:

MClx + H2 + 0.5N2 = MN + xHCl

MClx + CH4 = MC + xHCl

Contohnya:

TiCl4 + CH4 = TiC + 4HCl

TiCl4 + 1/2N2 + 2H2 = TiN + 4HCl

TiCl4 + NH3 + 1/2H2 = TiN + 4HCl

Kelebihan dari CVD, yaitu hasil lapisan yagn memiliki kekerasan yang

tinggi, gaya adhesi yang baik, dan kerataan hasil lapisan yang baik. Sedangkan

kekurangan dari proses ini yaitu menggunakan temperatur yang tinggi, serta

pengaruh terhadap lingkungan akibat gas yang dihasilkan. Baik PVD dan CVD

digunakan untuk menambah ketahanan aus pada baja perkakas.

Sedangkan proses pengerasan dengan prinsip difusi (diffusion hardening)

melibatkan modifikasi komposisi kimia pada permukaan material dan

membutuhkan energi panas agar proses difusi tersebut berlangsung [1]. Metode ini

menggunakan berbagai macam senyawa pengeras seperti karbon, nitrogen atau

boron dalam bentuk gas, liquid, ataupun ion yang akan berdifusi pada permukaan

material. Proses ini akan menghasilkan berbagai macam variasi profil kedalaman

dan kekerasan yang bergantung pada temperatur dan lama waktu prosesnya.

Gambar 1.1 Perbandingan antara PVD, CVD dan Diffusion Hardening[2]

Daftar Pustaka

[1] ASM Handbook Volume 4: Heat Treating. 19991: ASM International.

[2] Davis, J.R. 2002. Surface Hardening of Steels: Understanding the Basics.

USA: ASM International.

[3] Myrna, Ariati. Handouts Perlakuan Panas dan Rekayasa Permukaan:

Berbagai Proses Surface Engineering. Departemen Metalurgi dan

Material FTUI. Depok: 2013.

[4] http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1558 tanggal 19 Februari 2014

pukul 20:18

[5] http://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=1552 diakses tanggal 19

Februari 2014 pukul 20:25

Dalam belajar kimia, sebaiknya teman-teman pembaca

mengetahui tentang rumus kimi dan struktur, berikut

penjelasan mengenai hal tersebut.

Rumus kimia adalah rumus yang menyatakan

lambang atom dan jumlah atom unsur yang menyusun

senyawa. Rumus kimia disebut juga rumus molekul,

karena penggambaran yang nyata dari jenis dan jumlah

atom unsur penyusun senyawa yang bersangkutan.

Berbagai bentuk rumus kimia sebagai berikut:

1. Rumus kimia untuk molekul unsur

monoatomik.

Rumus kimia ini merupakan lambang atom unsur itu

sendiri.

Contoh :

Fe, Cu, He, Ne, Hg.

2. Rumus kimia untuk molekul unsur diatomik.

Rumus kimia ini merupakan penggabungan dua atom

unsur yang sejenis dan saling berikatan.

Contoh :

H2, O2, N2, Cl2, Br2, I2.

3. Rumus kimia untuk molekul unsur poliatomik.

Rumus kimia ini merupakan penggabungan lebih dari

dua atom unsur yang sejenis dan saling berikatan.

Contoh :

O3, S8, P4.

4. Rumus kimia untuk molekul senyawa ion

Merupakan rumus kimia yang dibentuk dari

penggabungan antar atom yang bermuatan listrik, yaitu

ion positif (kation) dan ion negatif (anion). Ion positif

terbentuk karena terjadinya pelepasan elektron (Na+,

K+, Mg2+), sedangkan ion negatif terbentuk karena

penangkapan elektron (Cl-, S2-, SO42-).

Penulisan rumus kimia senyawa ion sebagai berikut.

-         Penulisan diawali dengan ion positif (kation)

diikuti ion negatif (anion).

-         Pada kation dan anion diberi indeks, sehingga

didapatkan senyawa yang bersifat netral (jumlah

muatan (+) = jumlah muatan (-)).

-         Bentuk umum penulisannya sebagai berikut.

Contoh :

Na+ dengan Cl- membentuk NaCl.

Mg2+ dengan Br- membentuk MgBr2.

Fe2+ dengan SO42- membentuk FeSO4.

5. Rumus kimia untuk senyawa biner nonlogam

dengan nonlogam.

Penulisan rumus kimia ini berdasarkan kecenderungan

atom yang bermuatan positif diletakkan di depan,

sedangkan kecenderungan atom bermuatan negatif

diletakkan di belakang menurut urutan atom berikut ini.

B – Si – C – S – As – P- N – H – S – I – Br – Cl – O  – F

Contoh :

CO2, H2O, NH3.

6. Rumus kimia /rumus molekul senyawa organik.

Rumus ini juga menunjukkan jenis dan jumlah atom

penyusun senyawa organik yang berdasarkan gugus

fungsi masing – masing senyawa.

Contoh :

CH3COOH            : asam asetat

CH4 : metana (alkana)

C2H5OH          : etanol (alkohol)

7. Rumus kimia untuk senyawa anhidrat.

Anhidrat merupakan sebutan dari garam tanpa air

kristal (kehilangan molekul air kristalnya) atau H2O.

Contoh :

CaCl2 anhidrous    atau   CaCl2.2H2O.

CuSO4 anhidrous   atau   CuSO4.5H2O.

8. Rumus kimia untuk senyawa kompleks.

Penulisan rumus senyawa dan ion kompleks ditulis

dalam kurung siku [...].

Contoh :

Na2[MnCl4]

[Cu(H2O)4](NO3)2

K4[Fe(CN)6]

RUMUS EMPIRIS

Rumus empiris merupakan rumus kimia yang

menyatakan jenis dan perbandingan paling sederhana

(bilangan bulat terkecil) dari atom – atom penyusun

senyawa.

Contoh :

C12H22O11 (gula)

CH2O                    (glukosa)

C2H6O                   (alkohol)

CHO2 (asam oksalat)

RUMUS STRUKTUR

Rumus struktur merupakan rumus kimia yang

menggambarkan posisi atau kedudukan atom dan jenis

ikatan antar atom pada molekul.

Rumus struktur ikatan.

Rumus struktur secara singkat dituliskan :

CH3CH3

CH3COOH

RUMUS BANGUN/BENTUK MOLEKUL

Adalah rumus kimia yang menggambarkan kedudukan

atom secara geometri/ tiga dimensi dari suatu molekul.