Post on 31-Jan-2018
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Diagram Alir Penelitian
Selesai
Penuangan Foaming Agent, Pengadukan dan tahap foaming
Analisis Hasil
Kesimpulan
Pracoba & Penentuan Parameter Eksperimen
Penyiapan Alat
Proses Pembuatan Aluminium Foam
Peleburan Aluminium
Karakterisasi Produk Aluminium Foam
Pengujian Densitas
Uji Tekan
Karakterisasi awal bahan
Penimbangan dan pencampuran bahan
Karakterisasi morfologi & distribusi sel
Pengujian Mekanik Spektroskopi Mikroskopi
XRD
Penyiapan bahan
Penyiapan Proses
Studi Literatur
Mulai
Gambar III. 1 Diagram alir eksperimen
Muhammad Fida Helmi 13703040 44
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan serangkaian tahapan proses, agar tujuan untuk
mendapatkan kesimpulan dapat dilakukan secara sistematis. Penelitian dimulai
dengan peninjauan pustaka yang dapat mendukung dasar teori dan kerangka berpikir
awal. Setelah mendapatkan literatur yang sesuai, maka dipilihlah rute proses yang
cocok mempertimbangkan ketersedian bahan dan alat pendukung. Setelah
mendapatkan kepastian rute proses yang akan digunakan, maka selanjutnya
dilakukan pracoba untuk mendapatkan perkiraan kisaran parameter yang sesuai.
Adapun parameter utama yang akan dipelajari adalah, rasio antara campuran
foaming agent dan temperatur pencampuran foaming agent kedalam aluminium cair,
terhadap densitas; morfologi, distribusi, persen area sel; dan kemampuan penyerapan
energi mekanik.
Setelah penentuan parameter proses dilakukan, selanjutnya adalah penyiapan bahan
yang terdiri dari paduan aluminium sebagai matriks dan campuran foaming agent.
Tahapan penyiapan juga diantaranya adalah pencarian spesifikasi dan karakterisasi
bahan campuran foaming agent yang digunakan.
Proses pembuatan aluminium foam yang dilakukan merupakan rute Direct foaming-
melt based process. Rute ini dilakukan dengan melelehkan paduan aluminium,
menuangkan campuran foaming agent, pengadukan, dan pengembangan (foaming).
Karakterisasi produk Aluminium Foam dilakukan dengan pengujian densitas,
mikroskopi, spektroskopi dan pengujian mekanik. Hasil karakterisasi dari berbagai
macam metode pengujian kemudian menghasilkan data-data yang kemudian
digunakan untuk menganalisis hasil penelitian. Analisis dilakukan dengan
mempelajari hasil karakterisasi dan tinjauan pustaka sehingga dihasilkan kesimpulan
sebagai jawaban dari tujuan awal penelitian.
III.1 Pracoba dan Penentuan Parameter Eksperimen Pracoba dilakukan untuk mencoba rute proses yang paling mungkin dilakukan,
diantara berbagi rute proses produksi aluminium foam. Seperti yang telah dijelaskan
sebelumnya pada bagian tinjauan pustaka, secara komersil pembuatan aluminium
foam terdiri dari direct foam dan indirect foam. Rute proses yang dipilih nantinya
disesuaikan dengan kemudahan dan ketersedian alat serta bahan. Pracoba dilakukan
secara trial & error.
Muhammad Fida Helmi 13703040 45
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
III.1.1 Rute Sintering Serbuk Gergaji Aluminium dengan Hot Compaction Pada kesempatan pertama, dilakukan rute proses pembuatan dengan men-sinter
serbuk gergaji aluminium. Limbah dari serbuk gergaji aluminium dibersihkan dari
partikel pengotor dengan meshing dan dibersihkan dari oli dan oksida dengan
menggunakan larutan pickling NaOH. Tahap sintering menggunakan hot compaction.
Serbuk gergaji aluminium yang telah bersih, dikompaksi dengan menggunakan dies
yang dilingkupi dengan komponen elemen pemanas. Pemberian tekanan saat
kompaksi dilakukan dengan memakai mesin uji bending Targronocki sementara
proses sintering dilakukan.
Rute proses pracoba pertama gagal menghasilkan aluminium foam. Hal ini
disebabkan karena ketidakmampuan komponen elemen pemanas untuk
menghasilkan temperatur sintering sebesar 5500C. Diperkirakan, perlu penghitungan
lebih lanjut jenis dan jumlah lilitan elemen pemanasnya. Setelah dilakukan perbaikan
pada komponen elemen pemanasnya, temperatur sintering yang diinginkan sebesar
5500C dapat dicapai. Akan tetapi, aluminium foam tidak juga berhasil dibuat. Serbuk
gergaji aluminium hasil pracoba, tidak mengalami difusi atau penempelan dengan
serbuk lainnya. Serbuk aluminium terlihat hangus yang diperkirakan terjadi karena
penambahan oksida. Diperkirakan, serbuk aluminium tidak dapat berdifusi dan
menempel karena tebalnya lapisan oksida pada serbuk, akibat kenaikan temperatur
pada atmosfer terbuka.
III.1.2 Rute Sintering Serbuk Gergaji Aluminium dengan Atmosfer Gas Reduktor Pada kesempatan kedua, digunakan perbaikan rute proses dengan pemakaian
atmosfer gas reduktor saat sintering berlangsung. Hal ini, merupakan usaha
perbaikan dari rute pertama, yang bertujuan mereduksi lapisan oksida yang telah ada
dan bertambah saat proses sintering terjadi.
Serbuk gergaji aluminium disiapkan seperti halnya pada rute proses pertama.
Selanjutnya dikompaksi menggunakan dies dan mesin uji bending Targronocki. Green
product yang dihasilkan dari kompaksi tanpa binder, kemudian di-sinter menggunakan
tube furnace yang dialiri gas reduktor. Gas H212%-Ar, dipilih sebagai reduktor, yaitu
gas hidrogen sebagai reduktor dan argon sebagai gas inert-nya. Temperatur
dinaikkan dari suhu kamar sampai temperatur sintering, kemudian ditahan selama
Muhammad Fida Helmi 13703040 46
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
satu jam (holding time) agar proses difusi berlangsung sempurna, kemudian sampel
didinginkan dalam tungku sampai mendingin pada temperatur kamar. Temperatur
sintering yang dipakai adalah sebesar 450-5000C. Penyemburan gas reduktor
dimulai pada kenaikan T > 1500C, dan diakhiri saat penurunan temperatur T < 1500C,
karena sebelumnya telah diperkirakan bahwa proses oksidasi akan bertambah pada
T=1500C keatas.
Rute proses kedua ternyata juga tidak menghasilkan aluminium foam yang diinginkan.
Meskipun temperatur sintering dapat dicapai dan digunakan pula gas reduktor, serbuk
gergaji aluminium tidak bedifusi dan menempel dengan baik. Hasil yang didapatkan,
tidak jauh berbeda dengan rute pertama, walaupun terlihat tidak terlalu hangus
menghitam. Diperkirakan lapisan oksida masih terlalu tebal saat awal dan proses
sintering berlangsung sehingga menghambat terjadinya difusi. Artinya gas reduktor,
masih belum mampu mereduksi lapisan oksida. Setelah dilakukan pengkajian ulang
menggunakan diagram Ellingham, ternyata disosiasi oksida Al2O3 dilakukan dengan
pH2 yang relatif tinggi pada temperatur diatas 16000C. Hal ini, cukup menjelaskan
bahwa rute proses sintering menggunakan serbuk gergaji aluminium sangat sulit
untuk dilakukan, mengingat kereaktifan pembentukan lapisan oksida alumina yang
tinggi, sesuai energi bebasnya.
III.1. 3 Rute Invesment Casting dengan Menggunakan Preform Garam Pada kesempatan ketiga, digunakanlah rute invesment casting dengan menggunakan
preform garam. Rute proses ini dilakukan dengan tiga tahapan, yaitu: tahap pertama
adalah penyiapan preform (cetakan) dengan cara men-sinter bongkahan partikel
garam pada 8000C. Garam digunakan karena temperatur sinter yang relatif rendah,
namun masih diatas temperatur leleh aluminium, juga selain harganya yang murah.
Tahap kedua, dilakukan dengan melelehkan paduan aluminium sekitar 6600C,
menginfiltrasikan kedalam preform. Proses infiltrasi menggunakan bantuan gaya
gravitasi. Tahap ketiga, dilakukan dengan pelarutan preform garam sehingga
didapatkan aluminium foam bersel terbuka.
Penggunaan rute invesment casting dengan menggunakan preform garam ternyata
tidak juga dapat menghasilkan aluminium foam yang diinginkan. Hal ini dikarenakan
sulitnya mengatur bongkahan garam yang berbentuk seragam, juga menentukan
proses sintering yang tepat sehingga didapatkan preform berongga yang bagus.
Muhammad Fida Helmi 13703040 47
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
Kesulitan juga terjadi saat tahap infiltrasi aluminium cair dilakukan. Bantuan gaya
gravitasi dinilai sangat kurang agar aluminium cair mengisi celah-celah preform.
Diperlukan bantuan kombinasi keadaan vakum pada preform dan penambahan
tekanan saat infiltrasi terjadi. Mengingat fasilitas tersebut sulit untuk didapatkan, maka
pembuatan aluminium foam dengan rute ini tidak bisa dilakukan.
III.1.4 Rute Direct Foaming Menggunakan CaCO3 Sebagai Foaming Agent Pada kesempatan pracoba keempat, digunakan rute direct foaming menggunakan
CaCO3 sebagai foaming agent. Rute proses ini dilakukan dengan melelehkan paduan
aluminium didalam crucible menggunakan tungku listrik. Sementara itu disiapkan
CaCO3 sebagai foaming agent dan alat pengaduk berupa mesin drill/bore tangan.
Setelah paduan aluminium meleleh seluruhnya, lalu diukur temperaturnya, maka
dituangkan foaming agent secara perlahan sambil dilakukan pengadukan dengan rpm
rendah. Setelah semua foaming agent tertuang, pengadukan dilakukan dengan
kecepatan sekitar 550 rpm.
Hasil yang didapat, ternyata tidak telalu memuaskan. CaCO3 menggumpal diatas
aluminium cair dan temperatur drop terlalu cepat sehingga proses foaming tidak
maksimal. Maka, dilakukan perbaikan dengan menambahkan serbuk aluminium
sebagai campuran foaming agent, untuk memperbaiki wettabilty aluminium cair
terhadap foaming agent. Kemudian, pelelehan paduan aluminium juga diganti
menggunakan induction furnace, agar temperature drop bisa dihindari. Hasilnya,
proses foaming pada aluminium cair dapat berjalan secara baik.
III.1. 5 Parameter Eksperimen Melalui pracoba dengan rute direct foaming menggunakan CaCO3 sebagai foaming
agent, maka kemudian ditentukanlah parameter-parameter eksperimen dalam
pembuatan aluminium foam. Paramater yang divariasikan adalah rasio antara
pencampuran CaCO3 dan serbuk aluminium dan temperatur penuangan foaming
agent kedalam aluminium cair. Sedangkan, parameter proses yang lain diusahakan
tetap pada kisaran tertentu, mengingat sulitnya penanganan proses. Parameter yang
digunakan ditabelkan sebagai berikut:
Muhammad Fida Helmi 13703040 48
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
Tabel III. 1 Parameter awal proses pembuatan aluminium foam Tahap I
No Rasio CaCO3 : Al powder (%w) Temperatur (0C) 1 10 : 0 750 2 10 : 1 750 3 10 : 3 750 4 10 : 5 750
Tahap II No Rasio CaCO3 : Al powder (%w) Temperatur (0C) 5 10 : 3 800 6 10 : 3 700 7 10 : 3 650
III.2 Penyiapan Proses Penyiapan proses yang dilakukan tentunya menyangkut dengan tersedianya
peralatan dan bahan proses. Dalam proses ini penyiapan proses yang dilakukan
terdiri dari:
III.2.1 Penyiapan Alat Alat yang digunakan dan disiapkan pada proses ini diantara lain adalah :
Twin shell mixer merupakan alat pencampur berbentuk huruf V, dengan
mekanisme difusi. Mekanisme tersebut muncul dengan pergerakan individu
partikel-partikel ke serbuk secara keseluruhan.
Crucible berbentuk silinder yang terbuat dari fireclay dipakai sebagai wadah untuk
melelehkan paduan aluminium. Permukaan dalam crucible dilapisi dengan serbuk
grafit agar aluminium tidak menempel pada permukaan. Selanjutnya crucible
diletakkan didalam induction furnace dan disangga oleh pasir silika.
Batang pengaduk yang terbuat dari baja karbon rendah yang dibentuk menyiku
pada ujungnya. Bentuk menyiku dibuat agar terjadi proses pergeseran pada
aluminium cair sehingga foaming agent dapat terdispersi secara merata sebelum
mengalami dekomposisi. Pada saat penggunaan, batang pengaduk terlebih
dahulu dipanaskan, agar tidak terjadi pembekuan aluminium pada permukaan
batang (chilling).
Mesin hand drill, dengan merek BoschTM GSB 550 RE Professional digunakan
untuk mengaduk aluminium cair dengan kecepatan yang diinginkan, yaitu: 60 rpm
saat pemasukan foaming agent, dan 550 rpm saat pengadukan untuk
mendispersikan foaming agent kedalam aluminium cair. Pengaturan kecepatan
dilakukan melalui alat yang terdapat pada mesin hand drill, dengan tingkat
penekanan tertentu pada tombol drill.
Muhammad Fida Helmi 13703040 49
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
Gambar III. 2 Mesin hand drill dan batang pengaduk yang digunakan pada proses
Thermocouple type K, dengan merek YokogawaTM digunakan untuk menentukan
temperatur yang digunakan dalam proses pembuatan Aluminium foam. Alat ini
sangat sensitif pada frekuensi elektromagnet yang dihasilkan oleh induction
furnace. Oleh karena itu, saat pemakaian thermocouple ini, induction furnace perlu
untuk dimatikan terlebih dahulu.
Induction Furnace digunakan untuk melelehkan paduan aluminium. Cara
kerjanya adalah dengan mengalirkan arus AC pada lilitan induksi sehingga
menghasilkan medan magnetik, yang kemudian mengalirkan arus pada logam.
Aliran arus ini digunakan untuk memanaskan dan melelehkan logam. Jumlah
energi yang diserap oleh material logam tergantung oleh intensitas medan
magnetik, resistivitas elektrik dari beban, dan frekuensi operasi. Penyiapan
dilakukan dengan mengalirkan air pendingin, menyalakan trafo dan mengatur
eksitasi arus yang digunakan sebesar 30 unit.
Gambar III. 3 Induction furnace dan trafo yang digunakan pada proses
Muhammad Fida Helmi 13703040 50
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
III.2.2 Penyiapan Bahan Karakterisasi Awal Bahan Bahan yang digunakan untuk proses pembuatan aluminium foam pada eksperimen ini
terdiri dari paduan aluminium 7055 T-7751, CaCO3 light buatan taiwan, aluminium
powder bermerek MerckTM. Tabel III. 2 Komposisi kimia paduan aluminium 7055 (%wt)[2]
Penimbangan dan Pencampuran Bahan Berat Aluminium yang digunakan pada eksperimen sekitar 180-220 gram.
Menyesuaikan kapasitas crucible dan induction furnace yang dipakai, selain volume
spesimen uji tekan yang nantinya akan dibuat. CaCO3 yang digunakan sebagai
foaming agent, mempunyai berat sebesar 3 % dari berat aluminium yang dilelehkan.
Persen angka ini merupakan jumlah optimal, yang didapatkan dari eksperimen
sebelumnya.
Gambar III. 4 Alat penimbang yang digunakan saat penyiapan bahan
Penambahan serbuk aluminium kepada CaCO3, dalam campuran foaming agent,
dimaksudkan untuk menambah wettabiliy dari CaCO3. Mengingat, CaCO3 tidak dapat
Muhammad Fida Helmi 13703040 51
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
tercampur dengan mudah kedalam aluminium cair karena wettability-nya yang cukup
rendah.
Pencampuran CaCO3 dengan serbuk aluminium menggunakan metode dry powder
mixing via difusi. Dry powder mixing menggunakan alat twin shell yang diputar
dengan bantuan mesin bubut (turning machine) dengan rotasi rata-rata sebesar 180
rpm, selama 30 menit.
Gambar III. 5 Proses pencampuran foaming agent menggunakan twin shell dan mesin bubut
III.3 Proses Pembuatan Aluminium Foam Setelah melakukan tahapan penyiapan proses, mulai dari alat sampai bahan yang
akan digunakan, maka proses pembuatan aluminium foam dapat segera dimulai.
Pembuatan aluminum foam yang digunakan menggunakan proses direct foaming,
menggunakan foaming agent. Artinya, proses akan dimulai dengan peleburan
aluminium menjadi cair, pengukuran temperatur tuang, penuangan campuran foaming
agent, pengadukan, foaming, lalu pelepasan produk aluminium foam dari crucible.
Muhammad Fida Helmi 13703040 52
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
Gambar III. 6 Rangkaian tahapan proses pembuatan aluminium foam
III.3.1 Peleburan Aluminium Persiapan yang dilakukan untuk melebur aluminium adalah penyiapan crucible dan
induction furnacenya. Crucible yang digunakan dimasukkan kedalam bagian induction
furnace, lalu bagian yang kosong diantara keduanya dipadatkan menggunakan pasir
silika. Terlebih dahulu, crucible dilumuri dengan serbuk grafit, agar tidak terjadi
pelekatan aluminium cair pada dinding crucible.
Potongan aluminium yang telah ditimbang, kemudian dimasukkan kedalam crucible
dengan pengaturan supaya ruang kosong yang dibentuk antara potongan aluminium
paling kecil. Hal ini, dimaksudkan agar proses induksi listrik berjalan secara efisien.
Selain itu, digunakan juga penutup logam diatas crucible, yang dimaksudkan untuk
mengefisienkan induksi listrik selama proses peleburan berlangsung. Pendingin air
dibuka, dan travo sebagai suplai energi diatur dengan eksitasi sebesar 30. Proses
peleburan aluminium sendiri memerlukan waktu sekitar 20-30 menit, sesuai
temperatur akhir yang diinginkan.
Peleburan aluminium dengan induction furnace
Pengukuran mperatu te r
Pengadukan (550 rpm) 40-60 detik
Loading bahan aluminium
Penuangan foaming agent Foaming 10-60 detik Pengempesan 20-30 detik
60-120 detik
Muhammad Fida Helmi 13703040 53
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
III.3.2 Penuangan Foaming Agent, Pengadukan dan Tahap Foaming Aluminium yang telah mencair, kemudian diukur temperaturnya secara berulang
menggunakan thermocouple tipe K. Selama pengukuran, induction furnace dimatikan
suplai listriknya agar frekuensi induksi tidak mengganggu pengukuran temperatur
dengan thermo couple. Setelah didapatkan temperatur yang cocok sesuai parameter
proses yang diinginkan, maka campuran foaming agent siap untuk dituangkan
kedalam aluminium cair.
Saat penuangan, induction furnace masih menyuplai listrik, lalu dilakukan
pengadukan secara perlahan, agar tidak terjadi penggumpalan. Selain itu,
pengadukan dengan kecepatan rendah dilakukan agar selama penuangan, campuran
foaming agent tidak terbuang terlalu banyak yang disebabkan putaran batang
pengaduk, mengingat campuran yang sangat ringan. Penuangan campuran foaming
agent kedalam aluminium cair berserta pengadukan, kurang lebih waktunya berkisar
diantara 60-120 detik.
Setelah foaming agent yang dituangkan habis, kemudian pengadukan dilakukan
dengan putaran yang tinggi, sekitar 550 rpm. Selama pengadukan berlangsung,
batang pengaduk diarahkan secara berputar, agar tidak terjadi penggumpalan
disekitar dinding crucible. Tahap pengadukan ini cukup kritis, karena diinginkan
campuran foaming agent dapat terdispersi secara merata, dan tidak adanya lipatan-
lipatan diantara lapisan aluminium cair akibat adukan. Selama pengadukan,
aluminium cair akan mengembang secara perlahan, menandakan proses foaming
mulai berlangsung. Pengadukan aluminium cair ini kurang lebih dilakukan dengan
waktu berkisar antara 40-60 detik.
Tahap selanjutnya adalah mengeluarkan batang pengaduk dari aluminium cair (semi-
solid) yang mulai mengembang secara signifikan. Selama tahap foaming, kurang
lebih membutuhkan waktu sebesar 10-60 detik. Kemudian setelah aluminium semi-
solid berhenti mengembang, maka travo induction furnace dimatikan. Setelah
dimatikan, temperatur akan perlahan turun dan terjadi pengempisan (collapse) dari
aluminium semi-solid selama 20-30 detik. Aluminium semi-solid, yang menjadi bakal
aluminium foam kemudian didinginkan didalam induction furnace yang telah
dimatikan. Setelah mendingin, crucible dilepas dari induction furnace, lalu aluminium
foam dapat dikeluarkan dari crucible.
Muhammad Fida Helmi 13703040 54
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
III.4 Karakterisasi Produk AlumiumFoam Produk Aluminium Foam dikarakterisasi melalui 4 macam pengujian, yaitu: pengujian
densitas, mikroskopi, spektroskopi X Ray Diffraction, dan pengujian tekan.
III.4.1 Pengujian Densitas Pengujian densitas digunakan untuk mengetahui perbandingan antara berat dan
volume produk aluminium foam yang dihasilkan. Dari pengujian ini akan didapatkan
pula perkiraan densitas porositas atau sel pada produk aluminium foam. Densitas
produk, kemudian akan dibandingkan dengan densitas paduan aluminium padat
sehingga didapatkan rasio densitas spesifik dari aluminium foam yang nilainya
berkisar antara 0 sampai 1.
Penentuan densitas aluminium foam dilakukan pada produk utuh, dan produk yang
telah dibentuk kotak. Untuk menentukan volume produk utuh, maka dilakukan
pengukuran dengan memanfaatkan prinsip archimedes. Aluminium foam utuh
dimasukkan kedalam bejana air, kemudian kenaikan permukaan air didalam bejana
dihitung. Jumlah kenaikan permukaan air lalu dikalikan dengan luas permukaan
bejana sehingga didapatkan pendekatan nilai volume dari aluminium foam.
Gambar III. 7 Penentuan densitas aluminium foam bulk secara sederhana menggunakan
prinsip archimedes
Sedangkan aluminium foam yang telah dibentuk kubus pada bagian foamnya, maka
penentuan densitas digunakan dengan cara sederhana. Kubus aluminium foam
ditimbang dan diukur volumenya, lalu setelah itu densitas didapatkan dengan cara
membandingkan berat dan volume aluiminum foam.
Muhammad Fida Helmi 13703040 55
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
III.4.2 Mikroskopi Mikroskopi dilakukan untuk melihat gambaran morfologi, ukuran, bentuk, area, dan
distribusi pori atau sel aluminium foam. Gambaran ditentukan dengan 2 cara, yaitu
dengan pemotretan penampang melintang pori atau sel berskala milimeter, dan
dengan scanning electron microscope berskala mikrometer atau dibawahnya.
Preparasi sampel Aluminium foam utuh dipotong penampang vertikalnya sehingga didapatkan
gambaran proses foaming atau pengembangan aluminium yang terjadi. Pemotongan
dilakukan dengan menggunakan gergaji tangan. Hasil potongan aluminium foam tadi
kemudian di mounting menggunakan resin + katalis. Pada saat tahapan mounting,
resin + katalis diusahakan untuk dapat memasuki pori-pori foam. Hal ini dilakukan
agar pada saat pengamplasan, sel pori-pori foam tidak mudah rusak atau patah.
Setelah mounting aluminium foam mengering, maka dapat dilakukan proses
pengamplasan.
Selain pemotongan secara vertikal pada bagian aluminium foam utuh, dilakukan pula
preparasi sampel untuk pengujian tekan. Aluminium foam dipotong membentuk
kubus dengan ukuran 30 X 30 X 30 mm3, juga dengan menggunakan gergaji tangan.
Potongan kubus kemudian dirapihkan dimensinya dengan cara diamplas
menggunakan mesin amplas putar. Amplas yang digunakan bernomor 120, 180, 320,
400 dan 2000. Selain untuk memperbaiki dimensinya, pengamplasan juga digunakan
untuk memperlihatkan penampang melintang dari pori-pori aluminium foam. Perlu
diperhatikan disini, bahwa pengamplasan sampel tanpa menggunakan mounting,
sangat rentan terhadap rusaknya bentuk sel.
Preparasi sampel untuk scanning electron microscope (SEM), dilakukan dengan
menentukan terlebih dahulu daerah-daerah yang ingin dilihat secara mikro.
Diantaranya adalah: lipatan sel, permukaan pori, batas permukaan pori, lubang pecah
pada permukaan sel, dan penempelan sisa foaming agent pada permukaan sel.
Penentuan Karakter Mikroskopik Sampel penampang vertikal yang telah dimounting dan sampel berbentuk kubus
kemudian dipotret menggunakan kamera makro. Pengaturan cahaya dan sudut
Muhammad Fida Helmi 13703040 56
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
pemotretan perlu diperhatikan agar hasilnya dapat mempelihatkan pembedaan antara
rangka sel dan pori.
Pada sampel berbentuk kubus, dilakukan pemotretan pada kesemua sisi. Penting
diperhatikan, bahwa pada beberapa gambar, gambaran sel dan pori yang dihasilkan
tidak terlalu baik. Hal ini dikarenakan pada saat pengamplasan rangka sel seringkali
patah atau rusak. Oleh karena itu, beberapa gambar perlu diperbaiki (edit)
menggunakan software PhotopaintTM, agar dapat menggambarkan pendekatan
bentuk pori dan sel yang lebih baik.
Analisis gambaran mikroskopi pada hasil pemotretan dilakuan dengan bantuan
software Image Pro 5.0TM, untuk menentukan area, diameter, persen area, perimeter,
distribusi pori, dan lain sebagainya.
Scanning Electron Microscope (SEM) Penentuan mikroskopik menggunakan instrumen SEM Phillips XL-20 dilakukan di
Laboratorium Metalurgi ITB. Sampel yang akan ditinjau, terlebih dulu diletakkan diatas
holder aluminium, menggunakan perekat lem. Dikarenakan sampel yang akan ditinjau
adalah material yang konduktif, maka tidak perlu digunakan pelapisan emas terlebih
dahulu. Sampel dimasukkan kedalam ruang vakum, sementara itu elektron
dibangkitkan dari filamen lalu dipercepat sehingga menumbuk sampel. Pantulan
elektron menghasilkan secondary electron, back-scattered electron, dan X-Ray.
Secondary electron ditangkap dan divisualisasikan menjadi gambaran gelap terang
sesuai dengan kontur mikro sampel. Hasil gambaran SEM kemudian dapat dianalisis
dengan pembesaran .
Gambar III. 8 Instrumen SEM-EDS Philips XL-20 dan gold coater
Muhammad Fida Helmi 13703040 57
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
III.4.3 Spektroskopi Karakterisasi spektroskopi dilakukan untuk mengetahui kemungkinan munculnya fasa
oksida-oksida pada permukaan pori atau sel. Jenis spektroskopi yang dipakai pada
eksperimen ini adalah X Ray diffraction.
X-Ray Diffraction Karakterisasi X-Ray Diffraction dilakukan di PPGL survey geologi. Alat yang
digunakan bermerek Philllips PANalyticalTM. Preparasi sampel dilakukan dengan
mengikir sel-sel aluminium foam yang diperkirakan mengandung oksida, berdasarkan
pengamatan perubahan warna yang terjadi. Hasil kikiran, kemudian dihaluskan lebih
lanjut menggunakan mortar. Setelah sampel siap, maka karakterisasi XRD pun
dimulai, sampai akhirnya didapatkan data utama berupa grafik intensitas terhadap 2Ө.
Data yang didapat dari alat XRD kemudian diolah menggunakan bantuan software
“X’pert Pro” dan diverifikasi menggunakan software “X-Powder” dan database
PCPDFWIN98.
III.4.4 Pengujian Mekanik Pengujian mekanik yang digunakan untuk menguji kemampuan aluminium dalam
penyerapan energi mekanik, adalah dengan pengujian tekan. Dalam aplikasi
aluminium foam sebagai penyerap energi tabrakan, maka seharusnya pengujian
dilakukan dengan menggunakan beban impak (strain rate = 102 – 104 s-1). Akan
tetapi, pada pengujian ini, penyerapan energi didekati menggunakan pengujian quasi
-statik (strain rate sebesar 10-5 – 10-1 s-1).
Uji tekan dilakukan di Laboratorium Metalurgi ITB, menggunakan mesin uji universal
(Universal Testing Machine) INSTRON 1195. Mesin uji ini dimodifikasi dengan
memposisikan load cell dibawah landasan spesiman uji dan crosshead yang bergerak
menekan dengan kecepatan konstan. Mesin INSTRON 1195 memiliki kapasitas
beban sebesar 10 ton, tetapi dalam pengujian ini dipakai sel beban sebesar 1 ton.
Sedangkan kecepatan penekanan crosshead yang digunakan pada mesin uji ini
adalah sebesar 1 mm / menit atau setara 1.8 x 10-3 s-1.
Muhammad Fida Helmi 13703040 58
Tugas Sarjana Teknik Material BAB III 2008 Metodologi Penelitian
Gambar III. 9 Mesin Universal Testing Machine INSTRON 1195, beserta crosshead dan
loadcell-nya
Penyiapan sampel uji tekan dimulai dengan pemotongan produk aluminium foam
membentuk kubus, dengan menggunakan gergaji tangan. Pengujian tekan untuk
metal foam mensyaratkan ukuran dimensi minimal sampel adalah 9 kali dari diameter
pori, agar didapatkan sifat mekanik dari foam secara utuh. Maka, ukuran sampel yang
dipakai dalam pengujian ini adalah sebesar 30 X 30 X 30 mm3. Sampel kemudian
dihaluskan dan diratakan menggunakan piringan amplas, menggunakan amplas 180,
240, 400, dan 2000.
Gambar III. 10 Spesimen kubus untuk pengujian tekan berdimensi 30 X 30 X 30 mm3
Setelah sampel selesai dipersiapkan, maka pengujian dimulai. Pengujian dilakukan
dengan memberikan regangan negatif (tekan) secara konstan. Kemudian, kenaikan
beban yang teramati oleh load cell, akan direkam oleh komputer. Data yang
dihasilkan adalah berupa kurva beban (Kg) terhadap perubahan regangan (mm/mm).
Selama pengujian tekan, sampel dipotret pada tahapan reduksi 15%, 30%, 45%,
60%.
Muhammad Fida Helmi 13703040 59