PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN (Layer Addition)

Pertemuan 22

Matakuliah : D0234/Teknologi ProsesTahun : 2007/2008

Bina Nusantara

Learning Outcomes

Outline Materi :

• Coating

• Thermal surfacing

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Mahasiswa dapat menerangkan pproses pengolahan permukaan dengan menambahkan lapisan pada per-mukaan benda kerja

.

Bina Nusantara

PENGOLAHAN PERMUKAAN

Perlakuan untuk membuat lapisan permukaan baru atau memodifikasi permukaan untuk memperoleh sifat teknis dan sifat mekanis sesuai dengan persyaratan desain yang diinginkan

Sifat teknik dan mekanik yang dapat ditingkatkan:• kekerasan permukaan• ketahanan aus• ketahanan terhadap pengelupasan• ketahanan terhadap korosi• ke tahanan terhadap erosi• ketahanan terhadap goresan dan benturan• dan lain-lain

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Bina Nusantara

SURFACEPROCESSINGOPERATIONS

LAYERADDITION

SURFACEMODIFICATION

COATING

ELECTRO CHEMICALPLATING

DIFFUSIONMETHODS

SELECTIVEHARDENINGMETHODS

THERMALSURFACING

CHEMICAL VAPORDEPOSITION (CVD)

PHYSICAL VAPORDEPOSITION (PVD)

THERMAL SPRAY

HARDFACING

CARBURIZING

NITRIDIING

CARBONITRIDIING

FLAME HARDENING

LASER HARDENING

ELECTRON BEAMHARDENING

ION IMPLANTATION

VECUUMEVAPORATION

SPUTTERING

ION PLATING

INDUCTIONHARDENING

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

KLASIFIKASI METODE PENGOLAHAN PERMUKAAN

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

LAYER ADDITIONMengolah permukaan dengan menambahkan lapisan baru di atas permukaan material dasar.

COATINGCoating adalah proses pelapisan dengan logam, atau oksida, atau senyawa organik (misalnya pengecetan), terhadap material dasar logam maupun non-logam.

Terdapat berbagai macam proses coating antara lain :• electro chemical plating,• physical vapor deposition, • chemical vapor deposition.

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Electro chemical plating adalah proses elektrolisa dimana ion-ion logam pelapis dalam larutan elektrolit dideposisikan pada permukaan bendakerja.

Sebagai sumber daya digunakan listrik arus searah yang dihubungkan dengan anode (logam pelapis) dan katode (bendakerja yang dilapisi).

ELECTRO CHEMICAL PLATING

Gambar 22.1. Skema electro chemical plating

Bina Nusantara

• mencegah terjadinya korosi• memperindah penampilan• meningkatkan ketahanan aus • meningkatkan konduktifitas listrik• meningkatkan mampu solder (solderability)• memperlicin permukaan

Tujuan

Contoh pemakaian

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Pelapis seng digunakan untuk kawat, kotak saklar listrik, dan berbagai macam logam lembaran, dan sebagai material dasar pada umumnya baja.

Pelapis nikel berfungsi untuk meningkatkan keta-hanan korosi dan memperindah penampilan; banyak digunakan untuk asesoris mobil dan peralatan konsumen lainnya.

Pelapis kromium berfungsi untuk meningkatkan kekerasan, ketahanan korosi, dan memperindah penampilan; banyak digunakan untuk ring piston, kelep mesin, landing gear, rol, peralatan mobil, dan lain-lainnya.

.

.

.

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

PHYSICAL VAPOR DEPOSITION

Physical vapor deposition (PVD) dilakukan dalam ruang hampa dimana material pelapis dirubah ke fase uap dan dideposisikan pada permukaan material dasar sehingga terjadi lapisan yang sangat tipis (thin film).

Sebagai pelapis dapat digunakan berbagai macam material seperti paduan (alloy), keramik, dan senyawa unorganik lainnya, dan juga dapat digunakan plastik.

Sedang material dasar yang dilapisi, dapat berupa logam, gelas, dan plastik.

+

-

TEG TINGGI RF/ DC

GAS ARGON

plsm-elkt

VAKUM

BENDA KERJA

Gambar 22.2. Skema sputtering pada proses PVD

Bina Nusantara

Terdapat 3 jenis mekanisme PVD :• penguapan dalam ruang hampa (vacuum evaporation)• pemercikan/pancaran partikel atom (sputtering)• pelapisan ion (ion plating)

• proses pelapisan anti refleksi pada lensa optik• rangkaian penghubung dalam integrated circuit (IC)• proses pelapisan perkakas potong dengan TiN • proses pelapisan pada cetakan plastik

Contoh pemakaian :

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

VACUUM EVAPORATIONMaterial yang akan dideposisikan dipanaskan pada temperatur cukup tinggi hingga menguap.

Pemanasan pada umumnya dilakukan dengan menggunakan pemanas resistansi listrik.

Pemanasan dilakukan di ruang hampa, sehingga temperatur yang dibutuhkan untuk menguapkan lebih rendah dibandingkan bila pemanasan dilakukan pada tekanan atmosfer.

Atom-atom yang menguap akan meninggalkan sumbernya dan bergerak lurus menumbuk permukaan bendakerja.

Karena bidang yang ditumbuk relatif dingin, maka uap akan menjadi padat dan membentuk lapisan tipis.

Gambar 22.3 Skema vacuum evaporation PVD

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

SPUTTERINGBila suatu target (pelapis) dalam bentuk padatan (atau cairan) ditumbuk dengan partikel atom yang memiliki energi cukup tinggi, maka atom-atom permukaan target akan terlepas. Proses ini dikenal sebagai sputtering.

Partikel atom berenergi tinggi dapat diperoleh dengan melewat-kan gas yang telah terionisasi, misalnya argon, dalam suatu medan listrik sehingga terbentuk plasma (Ar+).

Atom-atom permukaan yang terlepas dari sumbernya akibat tumbukan plasma tersebut, akan bergerak dari katode (target) ke anode (bendakerja/substrat), dan kemudian berdeposisi membentuk lapisan tipis pada permukaan bendakerja.

Gambar 22.4. Skema sputtering PVD

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

ION PLATING

Merupakan kombinasi antara proses sputtering dengan vacuum evaporation.

Dalam proses ion plating, bendakerja berfungsi sebagai katode: partikel atom plasma akan menumbuk permukaan bendakerja sehingga menjadi sangat bersih.

Material target dipanaskan untuk menghasilkan uap pelapis dengan cara yang sama seperti pada proses vacuum evapora-tion.

Molekul uap dilewatkan melalui plasma dan berdeposisi mem-bentuk lapisan pada permukaan bendakerja.

Kelebihan dari cara ini dapat menghasilkan lapisan dengan berbagai macam ketebalan dan memiliki ikatan yang sangat kuat sehingga lapisan tidak mudah terlepas dari material dasarnya.

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

CHEMICAL VAPOR DEPOSITIONChemical vapor deposition (CVD) dilakukan dalam reaktor, yang terdiri dari :• sistem suplai reaktan (reactant supply system),• ruang deposisi (deposition chamber), dan• sistem daur ulang (recycle/disposal system)

Gas-gas dari sistem suplai reaktan dimasukkan ke dalam ruang deposisi.

Karena temperatur cukup tinggi, maka gas-gas tersebut akan berdekomposisi membentuk lapisan di atas permu-kaan bendakerja (substrat).

Limbah beracun, korosif, dan/atau mudah terbakar di-kumpulkan dan diproses dalam sistem daur ulang.

Gambar 22.5. Skema chemical vapor deposition (CVD)

Bina Nusantara

gas

koil

trap

pompa vakum

substrat

Gambar 22.6 Reaktor CVD termal

REAKTOR CVD TERMAL

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Beberapa contoh reaksi dalam CVD

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

Kelebihan dan kekurangan dibandingkandibandingkan dengan proses PVD

Kelebihan• dimungkinkan untuk mendeposisi material tahan api,

• dimungkinkan untuk mengontrol besar butir,

• tidak memerlukan ruang hampa, dan

• memiliki ikatan yang kuat antara pelapis dengan permukaan material yang dilapisi.

Kekurangan• diperlukan ruang yang tertutup rapat dan pompa khusus

agar dampak korosi dan/atau racun dapat dihindarkan,

• beberapa reaksi memerlukan biaya yang mahal, dan

• efisiensi pemanfaatan material rendah.

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

THERMAL SURFACING

Thermal surfacing adalah suatu metode pelapisan permukaan material dasar dengan menggunakan energi panas, dengan tujuan untuk memperoleh ketahanan terhadap korosi, erosi, aus, dan oksidasi temperatur tinggi.

Terdapat berbagai macam proses thermal surfacing antara lain :• thermal spraying,• hard facing, dll.

Bina Nusantara

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN

THERMAL SPRAYINGThermal spraying adalah suatu teknik pelapisan dimana material pelapis dalam keadaan lebur atau semi lebur disem-protkan hingga membeku dan melekat pada permukaan mate-rial dasar.

Pada mulanya teknik ini digunakan untuk memperbaiki bagian komponen yang telah aus, tetapi kemudian dikembangkan dalam berbagai produk manufaktur untuk mendapatkan sifat tahan korosi, temperatur tinggi, aus, memperbaiki konduktivitas listrik, dan melindungi terhadap pengaruh elektromagnetik.

HARD FACINGHard facing adalah suatu teknik pelapisan dimana paduan logam digunakan sebagai deposit proses pengelasan pada permukaan material dasar.

Dalam hal ini akan terjadi proses peleburan antara material pelapis dan material dasar sehingga terjadi ikatan metalurgi yang sangat kuat.

Teknik ini banyak digunakan untuk melapisi permukaan material dasar atau memperbaiki bagian komponen yang telah aus, atau mengalami erosi dan/atau korosi.

Teknik pengelasan yang sering digunakan adalah oxyacetylene gas welding, dan berbagai macam arc welding.

Bina Nusantara

SELESAI

TERIMA KASIH

PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN