SINTESA LAPISAN KOMPOSIT AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada PELAT

BAJA KARBON RENDAH

(Skripsi)

Oleh

HARIYATI

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

i

ABSTRAK

SINTESA LAPISAN KOMPOSIT AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada PELAT

BAJA KARBON RENDAH

Oleh

HARIYATI

Material serbuk yang digunakan sebagai coating pada pelat baja karbon rendah

adalah AlNiCrCu-(MoO3-SiO2). Material serbuk tersebut dicampur dan dimiling

untuk menjadi lebih halus dengan menggunakan teknik paduan mechanical

alloying (MA). Setelah serbuk dimiling akan menempel pada substrat baja karbon

rendah. Dilakukan Uji oksidasi siklik pada temperatur 800°C selama 10x

pengulangan dengan waktu penahan 200 jam dimana 1x pengulangan diperlukan

waktu selama 20 jam. Hasil penampang lintang dapat memperlihatkan bahwa

coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) terdeposisi dengan baik pada substrat baja

karbon rendah dengan menggunakan metode mekanik mechanical alloying dan

memiliki nilai rata-rata ketebalan coating sebesar 38,162-52,662µm. Hasil analisis

surface morfologi permukaan coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan

penambahan konsentrasi (MoO3-SiO2) sebesar 42% memperlihatkan bahwa

semakin besar konsentrasi (MoO3-SiO2) yang digunakan maka pori yang terlihat

pada permukaan semakin sedikit. Hasil uji oksidasi siklik pada suhu 800°C

selama 10x pengulangan dengan waktu penahan 200 jam dimana 1x pengulangan

diperlukan waktu selama 20 jam memperlihatkan bahwa semakin bertambahnya

konsentrasi (MoO3-SiO2) yang digunakan maka pertambahan massa akan

meningkat hal ini dikarenakan oksigen yang berdifusi masuk ke permukaan

semakin cepat.

Kata kunci. Baja karbon rendah, Mechanical Alloying (MA), Pelapis AlNiCrCu-

(MoO3-SiO2) dan Oksidasi Siklik

ii

ABSTRACT

SYNTHESA OF ALNiCrCu-(MoO3-SiO2) COMPOSITE LAYER ON

PLATE LOW CARBON STEEL

By

HARIYATI

The powder material used as a coating on low carbon steel plates is AlNiCrCu-

(MoO3-SiO2). The powder material is mixed and milled to be smoother by using a

mechanical alloying (MA) alloy technique. After the powder is ground it will stick

to the low carbon steel substrate. Cyclic oxidation test was carried out at 800°C

for 10x repetition with 200 hours holding time where 1x repetition was needed for

20 hours. The cross section results can show that the AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)

coating are well deposited on low carbon steel substrates using mechanical

alloying mechanical methods and has an average coating thickness value of

38,162 µm-52,662 µm. The results of surface morphology analysis of AlNiCrCu-

(MoO3-SiO2) with 42% concentration (MoO3-SiO2) added showed that the greater

the concentration (MoO3-SiO2) used, the less visible pores on the surface. The

results of the cyclic oxidation test at a temperature of 800°C for 10x repetition

with a holding time for 200 where the repetition 1x repulsively humiliated for 20

hours shows that the increasing concentration (MoO3-SiO2) is used, the increase

because of diffuse oxygen.

Key words. Low carbon steel, Mechanical Alloying (MA), AlNiCrCu-(MoO3-

SiO2) coating and Cyclic Oxidation

iii

SINTESA LAPISAN KOMPOSIT AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada PELAT

BAJA KARBON RENDAH

Oleh

HARIYATI

Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA SAINS

Pada

Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Lampung

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2019

7

RIWAYAT HIDUP

Martapura diselesaikan pada tahun 2009, Sekolah

Menengah Pertama (SMP) di SMP Negeri 1 Martapura diselesaikan pada tahun

2012, dan Sekolah Menengah Atas (SMA) di SMA Negeri 2 Martapura

diselesaikan pada tahun 2015.

Selanjutnya pada tahun 2015 penulis diterima sebagai mahasiswa Jurusan Fisika

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam melalui jalur Seleksi Nasional

Masuk Perguruan Tinggi Negeri (SNMPTN). Selama menjadi mahasiswa, penulis

aktif di kegiatan kampus yaitu Himpunan Mahasiswa Fisika sebagai Anggota

Saintek. Pada tahun 2016 penulis pernah menjadi peserta KWI (Karya Wisata

Ilmiah).

Penulis melakukan Praktik Kerja Lapangan (PKL) di Balai Riset dan Standarisasi

Industri Bandar Lampung dengan judul “Pengaruh Warna Pada Bahan Plasticizer

Terhadap Kelenturan Bioplastik dari Silika Sekam Padi”. Pada tahun 2019 penulis

Penulis dilahirkan di Martapura, Kecamatan Martapura

Kabupaten Oku Timur, pada tanggal 15 November

1996. Penulis merupakan putri sulung dari pasangan

Bapak Edi dan Ibu Misitun. Jenjang pendidikan

dimulai dari Sekolah Dasar (SD) di SD Negeri 11

Martapura diselesaikan pada tahun 2009,

vii

melaksanakan KKN (Kuliah Kerja Nyata) di desa Gunung Terang, Kecamatan

Gunung Terang, Kabupaten Tulang Bawang Barat selama 32 hari. Kemudian

penulis melaksanakan penelitian dengan judul “Sintesa Lapisan Komposit

AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada Pelat Baja Karbon Rendah’’sebagai tugas akhir di

Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas

Lampung.

ix

MOTTO

“Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.

Maka apabila kamu telah selesai dari suatu urusan,

kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan yang

lain dan hanya kepada Tuhanlah hendaknya kamu

berharap (Q.S. Al-Insyiroh: 6-8)”

Terasa sulit ketika aku merasa harus melakukan

sesuatu. Tetapi, menjadi mudah ketika aku

menginginkannya

‘’Jangan menuntut Tuhanmu karena tertundanya keinginanmu Tetapi tuntutlah dirimu karena menunda perintah Tuhanmu’’

(Hariyati)

x

PERSEMBAHAN

Dengan mengucapkan syukur Alhamdu lillahi rabbil’ alamin kepada ALLAH SWT. Kupersembahkan karyaku ini

kepada:

Kedua Orang tuaku yang selalu memberikan do’a, kasih sayang, dan

menjadi penyemangatku di setiap langkah, serta keluarga besar yang

selalu memberikan bantuan, dukungan dan semangat.

xi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, yang telah memberikan

kesehatan dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang

berjudul “Sintesa Lapisan Komposit AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) Pada Pelat Baja

Karbon Rendah”. Tujuan penulisan skripsi ini adalah sebagai salah satu

persyaratan untuk mendapatkan gelar S1 dan melatih mahasiswa untuk berpikir

cerdas dan kreatif dalam menulis karya ilmiah. Penulis menyadari masih banyak

kekurangan dalam skripsi ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan

saran yang membangun. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi

semua. Aamiin.

Bandar Lampung, 16 Desember 2019

Penulis,

Hariyati

xii

SANWACANA

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena atas kuasa-Nya

penulis masih diberikan kesempatan untuk mengucapkan terima kasih kepada

pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian penelitian dan skripsi ini,

terutama kepada:

1. Bapak Drs. Pulung Karo Karo, M.Si., selaku Dosen Pembimbing I yang telah

memberikan bimbingan dan arahan yang mendukung dari awal sampai akhir

penulisan.

2. Bapak Didik Aryanto, S.Si., M.Sc., selaku Dosen Pembimbing II yang

senantiasa sabar dalam mengoreksi skripsi dan memberikan masukan-

masukan serta nasehat untuk menyelesaikan skripsi ini dari awal sampai akhir

penulisan.

3. Bapak Drs. Syafriadi, M.Si., selaku Dosen Pembahas yang telah mengoreksi

kekurangan, memberi kritik dan saran selama penulisan skripsi.

4. Kedua orang tuaku Bapak Edi Trianto dan Ibu Misitun yang luar biasa selalu

menyemangatiku. Terimakasih untuk kehadirannya dalam hidupku yang

senantiasa memberikan dukungan, do’a dan semangat yang luar biasa, serta

kebersamaan sampai penulis menyelesaikan skripsi. Serta Keluargaku terima

kasih telah memberikan dukungan, do’a, dan nasihat sehingga penulis dapat

menyelesaikan penulisan skripsi.

xiii

5. Ibu Dra. Dwi Asmi, M.Si., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing Akademik,

terimakasih atas segala nasehat dan motivasi serta semangat yang diberikan

kepada penulis.

6. Bapak Arif Surtono, M.Si., M.Eng., selaku Ketua Jurusan dan para dosen

serta karyawan di Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan

Alam, Universitas Lampung.

7. Bapak Drs. Suratman, M.Sc. selaku Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu

Pengetahuan Alam (FMIPA) Universitas Lampung.

8. Bapak dan Ibu Dosen Jurusan Fisika FMIPA Universitas Lampung, terima

kasih atas segala pelajaran, ilmu, pengalaman, dan motivasi yang telah

diberikan selama di kampus.

9. Sahabat-sahabatku “Himiclub”Ani Setiawati, Mahdaleni, Mutia Utari,

Nuzullia Fitri, dan Hasni Handayani. Terimakasih karena kalian aku mampu

bertahan, kalian selalu ada saat suka maupun duka, saling berbagi dan

menasehati dalam hal apapun.

10. Teruntuk temanku Ade Setiawan, Rara, Ketut, Azizah, Diah dan Bela

Wicaksana terimakasih selalu ada saat suka maupun duka, selalu dengerin

keluh kesahku, selalu nyemangatin dan memberi nasehat dan semangat.

11. Dan Untuk Teman-temanku Semuanya Tugas Akhir di LIPI Tanggerang

Selatan terimakasih banyak untuk semua bantuannya selama penelitian.

12. Teman-teman fisika angkatan 2015, kakak-kakak tingkat serta adik-adik

tingkat yang selama ini memberikan semangat.

13. Almamater tercinta Universitas Lampung

xiv

14. Semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Terimakasih atas

segala ketulusan, bantuan, dukungan, dan do’a.

Semoga Allah SWT memberikan nikmat sehat kepada kita semua. Aamiin.

Bandar Lampung, 16 Desember 2019

Penulis

Hariyati

xv

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ...................................................................................................... i

ABSTRACT .................................................................................................... ii

HALAMAN JUDUL ...................................................................................... iii

HALAMAN PERSETUJUAN ...................................................................... iv

HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................ v

PERNYATAAN .............................................................................................. vi

RIWAYAT HIDUP ........................................................................................ vii

MOTTO .......................................................................................................... ix

PERSEMBAHAN ........................................................................................... x

KATA PENGANTAR .................................................................................... xi

SANWACANA ............................................................................................... xii

DAFTAR ISI ................................................................................................... xv

DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xvii

DAFTAR TABEL .......................................................................................... xix

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ................................................................................... 1

B. Rumusan Masalah .............................................................................. 4

C. Batasan Masalah ................................................................................ 4

D. Tujuan Penelitian ............................................................................... 5

E. Manfaat Penelitian ............................................................................. 5

xvi

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Baja .......................................................................................................... 6

B. Baja Karbon ............................................................................................. 6

1. Pengertian Baja Karbon ....................................................................... 6

2. Klasifikasi Baja Karbon ...................................................................... 7

C. Baja St 41 ................................................................................................. 8

D. Logam ..................................................................................................... 9

1. Aluminium (Al) .................................................................................. 9

2. Nikel (Ni) ............................................................................................. 10

3. Kromium (Cr) ...................................................................................... 11

4. Tembaga (Cu) ...................................................................................... 12

E. Keramik .................................................................................................... 13

1. Molibdenum trioksida (MoO3) ............................................................ 13

2. Silikon dioksida (SiO2) ........................................................................ 14

F. Mechanical alloying (MA) ....................................................................... 15

G. Pengertian Oksidasi .................................................................................. 17

H. Optical Microscopy (OM) ........................................................................ 17

G. X-ray Diffraction (XRD) .......................................................................... 19

III. METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat Penelitian ................................................................. 21

B. Alat dan Bahan Penelitian ........................................................................ 21

1. Alat Penelitian ..................................................................................... 21

2. Bahan Penelitian .................................................................................. 21

C. Prosedur Penelitian ................................................................................... 22

1. Preparasi Substrat ................................................................................ 22

2. Preparasi Serbuk .................................................................................. 22

3. Uji Oksidasi Siklik .............................................................................. 23

D. Diagram Alir ............................................................................................ 24

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan Penampang Lintang

(Cross-section) ......................................................................................... 28

B. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan OM ....................................... 30

C. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan Kekasaran (Rougness) .......... 32

D. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan XRD ..................................... 33

E. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan Oksidasi siklik ...................... 35

F. Hasil Karakterisasi Sampel Menggunakan OM setelah Oksidasi ............ 38

V. KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan ............................................................................................... 41

B. Saran ......................................................................................................... 42

DAFTAR PUSTAKA

xvii

LAMPIRAN 1

LAMPIRAN 2

LAMPIRAN 3

xvii

DAFRTAR GAMBAR

Gambar Halaman

2.1 Mekanisme terjadinya tumbukan .................................................................. 16

3.1 Diagram alir preparasi substrat ...................................................................... 25

3.2 Diagram alir preparasi serbuk ....................................................................... 26

3.3 Diagram alir uji oksidasi siklik ...................................................................... 27

4.1 Hasil analisis penampang lintang (cross-section) .......................................... 28

4.2 Hasil analisis OM sebelum oksidasi .............................................................. 30

4.3 Hasil analisis XRD ......................................................................................... 33

4.4 Hasil analisis oksidasi siklik ......................................................................... 36.

4.5 Hasil analisis OM setelah oksidasi ................................................................ 38

xviii

DAFTAR TABEL

Tabel Halaman

2.1 Komposisi kimia baja St 41 ........................................................................... 8

2.2 Sifat-sifat kromium (Cr) ............................................................................... 11

2.3 Sifat-sifat silikon dioksida (SiO2) .................................................................. 15

4.1 Hasil nilai kekasaran (rougness) .................................................................... 32

1

I. PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Baja karbon rendah memiliki peran penting dalam aplikasi struktural karena

harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan paduan logam lainnya

dan memiliki sifat mekanik yang baik serta mudah diproduksi dan dibentuk

(Canakci et al., 2013). Namun, ketahanan oksidasi pada suhu tinggi menjadi

kelemahan material baja karbon rendah sehingga diperlukan teknik khusus untuk

memperbaiki ketahanan oksidasi tersebut. Ketahanan yang rendah terhadap

oksidasi pada suhu tinggi juga menjadi salah satu faktor yang membatasi

penggunaan baja karbon rendah pada aplikasi yang lebih luas (Aryanto et al.,

2018). Banyak penelitian telah dilakukan untuk meningkatan ketahanan korosi

dan oksidasi pada baja karbon rendah, khususnya penerapan lapisan logam pada

permukaan baja karbon rendah atau biasa disebut dengan pelapisan (coating).

Dalam teknologi coating telah dikembangkan yaitu untuk melindungi struktur

baja karbon rendah dari ketahanan oksidasi. Keuntungan utama dari pelapisan

adalah dapat mempertahankan sifat mekanik baja karbon rendah. Oleh karena itu,

metode ini sering digunakan untuk meningkatkan oksidasi dan ketahanan korosi

baja karbon rendah (Lihong et al., 2011).

2

Pada penelitian sudiro dkk (2018) telah melakukan penelitian tentang ketahanan

oksidasi siklik suhu tinggi pada lapisan 50Cr-50Al paduan mekanik terhadap baja

karbon rendah. Salah satu bahan yang dapat digunakan untuk melapisi baja

karbon rendah adalah Aluminium (Al) karena material yang memiliki sifat

mekanik yang baik, densitas rendah dan dapat memberikan ketahanan terhadap

oksidasi pada temperatur tinggi dengan membentuk lapisan oksida Al2O3 serta

harganya murah (Ahnia et al., 2013). Pada material lainnya yaitu kromium (Cr)

juga memiliki ketahanan oksidasi korosi yang baik dengan membentuk oksida

protektif yaitu Cr2O3.

Bahan lain yang memiliki potensi sebagai bahan pelapis adalah Si. Unsur tersebut

dapat bereaksi dengan oksigen pada suhu tinggi membentuk SiO2 yang bersifat

protektif. Karena SiO2 merupakan bahan yang relatif murah dan tidak beracun,

mempunyai suhu leleh tinggi dan ketahanan oksidasi yang baik pada temperatur

tinggi (Lee et al., 2011). Diharapkan dengan adanya lapisan pelindung dapat

meningkatkan ketahanan korosi dan oksidasi terhadap degradasi lingkungan. Pada

penelitian lain, penambahan unsur Molibdenum (Mo) dapat bereaksi dengan

oksigen pada suhu tinggi dengan membentuk MoO3. Seperti pada penelitian yang

telah dilakukan oleh Prosek dkk (2008) ketahanan oksidasi terus meningkat

dengan bertambahnya kandungan Mo dalam paduan. Beberapa teknik telah

digunakan dalam teknologi coating yaitu dengan menggunakan teknik paduan

mechanical alloying (MA).

Teknik paduan mechanical alloying (MA) telah dikembangkan untuk

meningkatkan sifat permukaan dari material. Metode ini dapat diaplikasikan

3

secara luas untuk sintesis serbuk komposit yang berbeda. Dalam beberapa tahun

terakhir, teknik paduan MA digunakan untuk melapisi permukaan baja karbon

rendah yaitu tumbukan antara bola-serbuk dan substrat yang menyebabkan

terbentuk lapisan pada permukaan substrat. Proses paduan MA dapat membuat

struktur multikomponen tebal dengan kemampuan ikat yang tinggi pada substrat.

Paduan MA adalah pencampuran dan penghalusan serbuk-serbuk dengan bola-

bola berenergi tinggi untuk mendapatkan serbuk yang homogen. Menurut

(Romankov et al., 2014) menyatakan bahwa teknik paduan MA dapat digunakan

untuk mencampur coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada baja karbon rendah. Pada

paduan mekanik MA ini prosesnya mudah, biaya rendah dan efesiensi waktu

menjadi keunggulan metode ini dibandingkan metode lainnya.

Secara umum propertis suatu material dipengaruhi oleh banyak faktor seperti

komposisi, parameter proses, perlakuan panas, suhu dan lingkungan oksidasi jika

digunakan untuk aplikasi pada suhu tinggi. Pada penelitian ini, dikembangkan

lapisan Al-Ni-Cr-Cu pada baja karbon rendah dengan memvariasikan konsentrasi

SiO2 dan MoO3 pada permukaan baja karbon rendah dengan menggunakan teknik

pemaduan mekanik. Pada penelitian ini dilakukan untuk mengamati sintesa

lapisan komposit AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada pelat baja karbon rendah.

Dikarakterisasi dengan menggunakan penampang lintang (cross-section), optical

microscopy (OM) sebelum oksidasi, kekasaran (rougness), X-ray Diffraction

(XRD), uji oksidasi siklik pada temperatur 800°C selama 10 siklus dalam waktu

200 jam dan OM setelah oksidasi.

4

B. Rumusan Masalah

Rumusan masalah pada penelitian ini adalah:

1. Bagaimana penampang lintang (cross-section) coating AlNiCrCu-(MoO3-

SiO2) terdeposisi pada substrat baja karbon rendah dengan metode paduan

mechanical alloying (MA) ?

2. Bagaimana pengaruh variasi konsentrasi (MoO3-SiO2) pada coating AlNiCrCu

terhadap morfologi permukaan baja karbon rendah dengan metode paduan

mechanical alloying (MA) ?

3. Bagaimana perilaku oksidasi siklik pada coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)

dengan paduan mechanical alloying (MA) ?

C. Batasan Masalah

Batasan masalah yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Substrat yang digunakan adalah baja karbon rendah St 41 berdimensi dengan

panjang 10 mm, lebar 8 mm dan tinggi 3 mm.

2. Metode yang digunakan adalah teknik coating dan mechanical alloying.

3. Material coating yang digunakan adalah AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan

variasi konsentrasi (MoO3-SiO2) adalah 0%, 15%, 29%, 42% dan substrat tidak

terlapisi.

4. Larutan yang digunakan adalah larutan hexan, bensin dan etanol.

5. Uji yang digunakan adalah uji oksidasi siklik dilakukan pada temperatur 800°C

selama 10 pengulangan selama 200 jam setiap 1 kali pengulangan dengan

waktu penahan adalah 20 jam, penampang lintang dan kekasaran.

6. Karakterisasi yang digunakan adalah OM dan XRD.

5

D. Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian yang dilaksanakan ini adalah:

Berdasarkan latar belakang tersebut, tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Mengetahui penampang lintang coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) terdeposisi

pada substrat baja karbon rendah denga metode paduan mechanical alloying.

2. Mengetahui pengaruh variasi konsentrasi (MoO3-SiO2) pada coating AlNiCrCu

terhadap morfologi permukaan baja karbon rendah dengan metode paduan

mechanical alloying.

3. Mengetahui perilaku oksidasi siklik pada coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)

dengan metode paduan mechanical alloying.

E. Manfaat Penelitian

Manfaat dari hasil penelitian ini yaitu:

1. Menghasilkan data penelitian tentang sintesa lapisan komposit AlNiCrCu-

(MoO3-SiO2) pada pelat baja karbon rendah dengan variasi konsentrasi (MoO3-

SiO2) adalah 0%, 15%, 29%, 42% dan substrat yang optimum sehingga

dijadikan acuan untuk optimalisasi selanjutnya.

2. Menambah wawasan mengenai cara pengembangan coating dengan metode

mechanical alloying.

3. Dapat menjadi tambahan referensi penelitian di Lembaga Ilmu Penelitian

Indonesia (LIPI) terutama pada bidang material terutama fisika.

6

II. TINJAUAN PUSTAKA

A. Baja

Baja adalah material logam yang terbentuk dari paduan logam besi (Fe) dan

karbon (C). Besi sebagai unsur dasar dan karbon sebagai unsur paduan utamanya.

Sifat mekanis pada baja tergantung pada kandungan karbon. Kandungan karbon

dalam baja berkisar antara 1,0% hingga 1,7% sesuai dengan tingkatannya. Selain

unsur besi (Fe) dan karbon (C), baja juga mengandung unsur paduan lainnya

seperti mangan (Mn), silikon (Si), tembaga (Cu), fosfor (P) dan sulfur (S).

B. Baja Karbon

1. Pengertian Baja Karbon

Menurut Sumarji (2012) baja karbon merupakan logam dengan kombinasi dari

besi dan karbon serta unsur paduan lain dalam jumlah yang tidak banyak. Pada

umumnya baja karbon mengandung karbon tidak lebih dari 1,7% serta sejumlah

kecil unsur paduan seperti mangan dengan kadar maksimal 1,65%, silikon dengan

kadar maksimal 0,6%, tembaga dengan kadar maksimal 0,6%, fosfor dengan

kadang kurang dari 0,6%, dan sulfur dengan kadar kurang dari 0,6%. Berdasarkan

kadar karbonnya baja karbon digolongkan menjadi tiga jenis yaitu baja karbon

rendah, baja karbon sedang, dan baja karbon tinggi.

7

Fungsi karbon pada baja adalah sebagai unsur pengeras pada logam paduan

dengan mencegah dan menghalangi dislokasi bergeser pada kisi kristal. Karbon

merupakan suatu elemen yang menstabilkan austenit dan meningkatkan rentang

pembentukan austenit pada baja (Wulandari, 2011). Kandungan karbon dari unsur

paduan lainnya akan mempengaruhi sifat-sifat baja yang didapatkan. Kandungan

baja karbon rendah tanpa paduan berkisar sekitar 0,3-1,7% namun biasanya tidak

melebihi 1,5% (Darmanto, 2006). Penambahan kandungan kadar karbon pada

baja untuk dapat meningkatkan kekerasan (hardness) dan kekuatan tariknya

(tensile strength). Namun, disisi lain baja akan menjadi getas dan sulit untuk dilas.

Penambahan karbon juga menghasilkan beberapa perubahan penting terhadap

fasa.

2. Klasifikasi baja karbon

Baja karbon menurut komposisi kimianya dibedakan sebagai berikut:

a. Baja karbon rendah dengan kadar karbon 0,05-0,3% (low carbon steel).

Sifatnya mudah ditempa dan dibentuk. Kandungan baja karbon rendah bersifat

lunak dan kekuatannya lemah. Namun, baja karbon rendah memiliki

ketangguhan dan keuletan yang baik. Disamping itu baja karbon rendah mudah

diproses pemesinan. Biasanya digunakan untuk bodi mobil, bus, konstruksi

kapal, plat, pipa dan lain-lain.

b. Baja karbon menengah dengan kadar karbon 0,3-0,6% (medium carbon steel).

Kekuatannya lebih tinggi daripada baja karbon rendah. Sifatnya sulit

dibengkokkan, dilas dan dipotong. Penggunaannya untuk konstruksi bangunan,

bahan pada komponen mesin, pisau dan lain-lain.

8

c. Baja karbon tinggi dengan kadar karbon 0,5-1,5% (High carbon steel). Sifatnya

sulit dibengkokkan, dilas dan dipotong. Penggunaannya seperti pada baja

kawat, kabel tarik, kikir dan pahat.

C. Baja St 41

Baja St41 merupakan bahan yang sangat kuat dengan struktur butir yang halus.

Baja St41 inimemiliki kadar karbon 0,16%. Karena kadar karbon kurang dari

0,3% maka baja ini termasuk golongan baja karbon rendah. St adalah singkatan

dari baja (steel). Angka baja ini menunjukan bahwa minimum dalam ketangguhan

adalah 41 kg/mm3 (Mustofa, 2009). Baja St 41 adalah jenis baja karbon rendah

yang akan memiliki sifat kuat dan kekerasan yang cukup.

Tabel 2.1. Komposisi kimia baja St41

No Unsur Komposisi (%)

1 Karbon (C) 0,10

2 Mangan (Mn) 0,6

3 Silikon (Si) 0,25

4 Fosfor (P) 0,03

5 Belerang (S) 0,035

6 Besi (Fe) 98,985

Sumber : LIPI Laboratory, 2016

D. Logam

Logam adalah material yang biasanya keras tak tembus cahaya, berkilau, memiliki

konduktivitas listrik dan termal yang baik. Logam umumnya yaitu dapat di bentuk

atau ditekan permanen hingga berubah bentuk atau retak. Sekitar dari 91 hingga

118 unsur dalam tabel periodik logam, sisanyaa adalah non logam atau metal.

Logam adalah material logam seperti besi dan baja yang banyak dimanfaatkan

sebagai industri. Sebagian besar material logam tersebut diaplikasikan pada

9

lingkungan yang bersuhu tinggi. Hal tersebut menyebabkan pembentukan lapisan

oksida pada permukaan material tersebut. Ketahanan logam terhadap oksidasi

dapat ditingkatkan, namun sering berdampak pada penurunan sifat mekanik.

Modifikasi permukaan logam telah menjanjikan untuk meningkatkan ketahanan

oksidasi dengan tetap menjaga sifat mekanik logam. Pemilihan jenis material

pelapis merupakan faktor yang sangat penting. Karena material pelapis yang akan

melindungi substrat dari degradasi lingkungan. Ada beberapa syarat umum yang

harus dimiliki oleh material pelapis seperti material pelapis harus dapat tahan

terhadap lingkungan dan perubahan temperatur. Selain itu, material pelapis secara

mekanik harus terikat pada substrat (Wang, 2015). Material pelapis logam

memiliki macam jenis diantaranya adalah sebagai berikut :

1. Aluminium (Al)

Aluminium adalah elemen ketiga yang paling melimpah di bumi dan merupakan

elemen logam yang paling melimpah. Selama 50 tahun terakhir aluminium sudah

menjadi elemen yang paling banyak digunakan pada dunia industri setelah besi.

Aluminium pertama kali ditemukan oleh Sir Humphry Davy pada tahun 1808

dalam keadaan tidak murni (Methers, 2002).

Aluminium mempunyai 3 sifat utama dalam aplikasinya yaitu kerapatan yang

rendah, kekuatan mekanik yang tinggi yang diperoleh dengan paduan yang cocok

dan perlakuan panas yang sesuai dan ketahanan korosi yang tinggi. Aluminium

juga bersifat sebagai konduktor listrik dan panas yang baik, mempunyai elastisitas

tinggi, murah dan tidak beracun. Sifat tersebut menjadi landasan dalam banyak

aplikasi aluminium dengan dipadukan dengan elemen lain seperti pembuatan foil

10

untuk membuat material berkekuatan rendah dan ringan untuk bangunan, material

kemasan, kaleng minuman dalam industri kemasan, membuat konduktor listrik,

berkekuatan tinggi untuk membuat pesawat dan kendaraan lapis baja.

2. Nikel (Ni)

Nikel (Ni) merupakan jenis logam yang memiliki peran penting dalam kehidupan

dan memiliki banyak aplikasi dalam dunia industri. Nikel juga digunakan sebagai

komponen paduan baja tahan karat dan khusus pada baja terutama dalam bentuk

logam nikel murni atau sebagai paduan feronikel karena dapat meningkatkan

ketahanan korosi dan panas serta ketangguhan (Cunat, 2004).

Logam nikel banyak dimanfaatkan untuk pembuatan baja tahan karat (stainless

steel). Nikel merupakan logam berwarna kelabu perak yang memiliki sifat fisik

yaitu kekuatan dan kekerasan nikel menyerupai kekuatan dan kekerasan besi

mempunyai sifat daya tahan terhadap karat dan korosi pada udara terbuka memilki

sifat yang lebih stabil daripada besi (Guilbert, 1986).

Nikel memiliki beberapa kegunaan antara lain:

1. Bahan baku pembuatan stainless steel, sering disebut baja putih.

2. Pembuatan logam campuran (alloy) untuk mendapatkan sifat tertentu.

3. Untuk pelapisan logam lain (nickel Plating).

4. Bahan untuk industri kimia (sebagai katalis).

5. Bahan untuk industri rumah tangga, karena sifatnya yang fleksibel dan

mempunyai karakteristik yang unik (Sari, 2013).

Nikel diklasifikasikan menjadi dua jenis yaitu nikel sulfida dan laterit. Sekitar

70%

11

70% cadangan nikel dunia adalah laterit dan 30% adalah sulfida sedangkan

produksi nikel dunia sebesar 60% berasal dari sulfida dan sisanya berasal dari

laterit. Indonesia merupakan negara yang memiliki kandungan nikel laterit

terbesar ke-3 di dunia yaitu sebesar 1576 juta ton (Dalvi dkk., 2004). Nikel

mempunyai pengaruh yaitu memperbaiki kekuatan tarik dan menaikkan sifat ulet,

tahan panas, jika pada baja paduan terdapat unsur nikel sekitar 25% maka baja

dapat tahan terhadap korosi. Unsur nikel yang bertindak sebagai tahan karat

(korosi) disebabkan nikel bertindak sebagai lapisan penghalang yang melindungi

permukaan baja.

3. Kromium (Cr)

Kromium (Cr) merupakan elemen ke-21 paling melimpah di bumi. Kromium

banyak terdapat pada tanah, bebatuan, dan air yang terikat dengan senyawa lain.

Kromium pertama kali ditemukan oleh Nicholas-Lous Vauquelin pada tahun 1797

di timbal merah Siberia yaitu pada mineral crocoites, PbCrO. Kata kromium

berasal dari bahasa Yunani yaitu chroma yang berarti warna karena merupakan

senyawa yang mempunyai banyak warna. Sifat-sifat kromium dapat dilihat pada

Tabel 2.2.

Tabel 2.2. Sifat-sifat kromium (Rolinson, 1973).

No Sifat Nilai

1 Warna Abu-abu

2 Nomor Atom (Z) 24

3 Berat Atom 51,996

4 Densitas 7,14 g/cm3

(20°C)

5 Volume Atom 7,29 cm3/mole

6 Titih Leleh 1903±10°C

7 Titih Didih 2642°C

8 Modulus Elastisitas 253,700 kg/cm2

9 Koefisien suatu resistivitas listrik 0,003/°C (0°C)

12

Kromium digunakan dalam pembuatan besi tahan karat, berbagai paduan, sebagai

pelapis, pigmen, katalis, batu bata tahan api dan lainnya. Pada awal 1900-an

kromium banyak digunakan dalam pembuatan produk metalurgi dan tahan api.

khususnya pada besi tahan karat dan dasar bata tahan api. Batu bata tahan api

yang terbentuk dari kromium sangat berguna karena titik lelehnya tinggi.

(Guertin, 2005).

4. Tembaga (Cu)

Tembaga (Cu) adalah logam dengan omor atom 29, massa atom 63,546, titik lebur

1083°C, titik didih 2310°C dan jari-jari atom 1,173Å. Tembaga adalah logam

transisi (golongan IB) mudah regang dan mudah ditempa. Tembaga bersifat racun

bagi makhluk hidup. Tembaga dapat masuk kedalam semua strata lingkungan,

Tembaga yang masuk kedalam lingkungan dapat datang dari bermacam-macam

sumber. Tetapi sumber-sumber masukan tembaga kedalam strata lingkungan yang

umum dan diduga paling banyak adalah dari kegiatan-kegiatan perindustrian.

Tembaga termasuk logam berat essensial, jadi meskipun beracun tetapi sangat

dibutuhkan manusia dalam jumlah yang kecil. Li et al (2014) menyatakan bahwa

Tembaga merupakan logam essensial yang jika berada dalam konsentrasi rendah

dapat merangsang pertumbuhan organisme sedangkan dalam konsentrasi yang

tinggi dapat menjadi penghambat. Kelebihan tembaga dalam perairan sebagai

tempat hidupnya. Konsentrasi tembaga terlarut yang mencapai 0,01 ppm. Dalam

tenggang waktu 96 jam biota yang tergolong dalam mollusca akan mengalami

kematian bila tembaga yang terlarut dalam badan air berada pada kisaran 0,16

sampai 0,5 ppm (Zhao et al., 2014).

13

E. Keramik

Keramik terbaru mencangkup semua bahan bukan logam dan anorganik yang

berbentuk padat. Keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam

atau logam seperti Al2O3, ZrO2, MgO, SiO2, MoO3 dan sebagainya. Sifat keramik

oksida adalah tahan terhadap suhu tinggi sampai dengan suhu 2000°C. Kekuatan

tekan tinggi merupakan sifat yang membuat penelitian tentang keramik terus

berkembang. Bahan keramik lainnya yang digunakan untuk pelapis pada suhu

tinggi adalah silikon dioksida atau silika dan molibdenum tri oksida.

1. Molibdenum trioksida (MoO3)

Molibdenum trioksida adalah senyawa kimia dengan rumus MoO3. Senyawa ini

diproduksi pada skala terbesar dari setiap senyawa molibdenum. Molibdenum

diidentifikasi sebagai element yang mempunyai ciri tersendiri pada tahun 1778

oleh Scheele, yang merupakan pekerja kasar sampai akhir tahun 1880-an ketika

perusahaan logam di Perancis memproduksi baja yang dilapisi dengan baja yang

mengandung molibdenum. Molibdenum juga ditemukan untuk digunakan sebagai

aditif untuk alat baja dan pewarna kimia. Aplikasi industri pertama yang

signifikan dari molibdenum adalah ketika perang dunia I yaitu ketika dibuat alat

baja, dan baja berkekuatan tinggi untuk mesin pesawat terbang. Seiring dengan

banyak penggunaan metalurgi dari logam, senyawa molibdenum banyak

digunakan dalam aplikasi kimia seperti katalisis, perlindungan korosi, dan

pelumas (Jaffee, 2000).

Molibdenum termasuk dalam kelompok VI B dalam tabel periodik, dengan berat

14

atom 95,94, jari-jari atom 145 pm, densitas 10,23 g/cm3 (25ºC/1200ºC), titik leleh

2622ºC, dan titik didih 4840ºC. Molibdenum memiliki banyak kegunaan penting

dalam baja tahan karat, besi cor dan paduan. Molibdenum dapat meningkatkan

ketahanan korosi baja tahan karat dan resistansi fraktur rapuh untuk baja dan besi

cor (Gasik, 2013).

2. Silikon dioksida (SiO2)

Silikon dioksida atau silika adalah senyawa kimia yang terbentuk dari atom silikon

dan oksida (SiO2) dan salah satu senyawa kimia yang paling umum. SiO2 murni

terdapat dalam dua bentuk yaitu kuarsa dan kristobalit. SiO2 selalu terikat secara

empat atom oksigen, namun ikatan-ikatannya mempunyai sifat yang cukup ionik.

Pada tahun 1824, SiO2 diproduksi oleh kimiawan Swedia Jons Jacob Berzelius.

Bahan ini mempunyai sifat yang lebih mendekati boron dan karbon dari pada

magnesium dan kalsium oleh karena itu, kimiawan Skotlandia Thomas Tomson

memberi nama “SiO2”. Dalam literatur kedua nama tersebut masih umum

digunakan di beberapa Negara. Dalam bentuk cair. SiO2 memiliki sifat logam

yang berkaitan dengan termal, dan konduktivitas listrik, namun dalam keadaan

padat SiO2 merupakan semikonduktor. SiO2 dan ferrosilicon bisa digunakan

dalam berbagai aplikasi seperti dalam pembuatan baja, sebagai elemen paduan

untuk meningkatkan sifat mekanik, pemanfaatan SiO2 di industri kimia dapat

berupa minyak cair, gemuk, karet dan resin padat. SiO2 digunakan untuk aplikasi

medis, insulator listrik, pelindung pelapis, cairan hidrolik dan pelumas. Aplikasi

yang terpenting adalah SiO2 dapat digunakan sebagai semikonduktor, bahan baku

dalam industri elektronik (Sudiro, 2013).

15

Bentuk-bentuk SiO2 merupakan beberapa struktur kristal yang penting bukan saja

karena SiO2 merupakan zat yang melimpah dan berguna, tetapi karena strukturnya

dan unit yang mendasar dalam kebanyakan mineral. Kadar SiO2 memiliki dua ciri

utama yaitu :

1. Setiap atom SiO2 berada pada pusat suatu tetrahedron yang terdiri dari dua

atom oksigen.

2. Setiap atom oksigen berada ditengah-tengah antara dua atom SiO2.

Tabel 2.3 Sifat-sifat SiO2

No Sifat Nilai

1 Nama IUPAC Silikon Dioksida

2 Nama lain Kuarsa, silika, silikat dioksida

Silicon (IV) oksida

3 Rumus Molekul SiO2

4 Massa Molar 60,08 g mol-1

5 Penampilan Kristal transparan

6 Titih Lebur 1600-1725°C

7 Titik didih 2230°C

Sumber : LIPI Laboratory, 2016

F. Mechanical Alloying (MA)

Mechanical Alloying (MA) adalah proses pengolahan serbuk logam padatan dan

meliputi penyatuan dan penghancuran ulang partikel serbuk dan proses solid state

serbuk dengan teknik menyertakan pengulangan, penggabungan, penghancuran

dan penggabungan kembali (rewelding) dengan menggunakan high shaker mill

(Suhandi, 2017). MA dapat digunakan untuk sintesis larutan padatan,

nanopartikel, paduan amorf, intermetalik dan komposisi kimia, biasanya

dilakukan di bawah atmosfer Inert dalam ball mill.

Teknik paduan MA telah dikembangkan untuk meningkatkan sifat permukaan dari

16

material. Metode ini dapat diaplikasikan secara luas untuk sintesis serbuk

komposit yang berbeda. Dalam beberapa tahun terakhir teknik paduan MA

digunakan untuk melapisi permukaan baja karbon rendah yaitu tumbukan antara

bola-serbuk dan substrat yang menyebabkan terbentuk lapisan pada permukaan

substrat. Proses paduan MA dapat membuat struktur multikomponen tebal dengan

kemampuan ikat yang tinggi pada substrat. Paduan MA adalah pencampuran dan

penghalusan serbuk-serbuk dengan bola-bola berenergi tinggi untuk mendapatkan

serbuk yang homogen. Mekanisme terjadinya tumbukan ditunjukaan pada

Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Mekanisme terjadinya tumbukan

Selama proses MA partikel campuran serbuk akan mengalami proses pengelasan

dingin dan penghancuran berulang ulang. Ketika bola saling bertumbukan

sejumlah serbuk akan terjebak di antara kedua bola tersebut. Beban impact yang

di berikan oleh bola tersebut akan membuat serbuk terdeformasi dan akhirnya

hancur. Permukaan partikel serbuk campuran yang baru terbentuk memungkinkan

terjadinya proses pengelasan dingin kembali antara sesama partikel sehingga

membentuk pertikel baru yang ukurannya lebih besar dari ukuran semula.

Kemudian partikel tersebut akan kembali mengalami tumbukan dan akhirnya

kembali hancur, begitu seterusnya hingga mencapai ukuran yang nano

(Simanjuntak, 2012).

17

G. Pengertian Oksidasi

Dari sejarahnya istilah oksidasi merupakan sebuah proses dimana suatu oksigen

diambil oleh suatu zat. Dilepasnya elektron oleh suatu unsur selama oksidasi

ditandai dengan meningkatnya bilangan oksidasi unsur tersebut, reaksi oksidasi

adalah reaksi pelepasan elektron. Zat yang mengalami oksidasi atau proses

melepasakan elektron disebut reduktor. Pengertian dari proses oksidasi merupakan

interaksi kontak langsung diantara molekul oksigen dan semua zat yang berbeda

dari benda mati hingga jaringan hidup seperti tumbuhan. Oksidasi akan terjadi

ketika kontak antara unsur radikal bebas dan udara seperti oksigen dan air

(Virtajaya, 2016).

Oksidasi juga bermanfaat untuk pembentukan aluminium yang tahan lama.

Namun, disisi lain oksidasi juga dapat merusak misalnya karat dari sebuah mobil,

dan rusaknya buah segar seperti buah apel yang dipotong akan berubah warnanya

menjadi coklat. Tidak semua bahan yang berinteraksi dengan molekul oksigen

hancur menjadi karat. Proses oksidasi tergantung pada jumlah oksigen yang ada

pada udara dan sifat bahan yang disentuhnya. Ada beberapa jenis oksidasi, tapi

pada penelitian ini yang akan digunakan adalah oksidasi siklik. Oksidasi siklik

merupakan proses oksidasi yang dilakukan secara bersiklus (Saber, 2017).

H. Optical Microscopy (OM)

Microscopy berasal dari kata mikro yang berarti sangat kecil dan alat untuk

melihat objek. Segala ssuatu yang terlalu kecil terlihat oleh mata disebut dengan

mikroskop. Mikroskop membantu kita melihat benda-benda lebih kecil menjadi

18

keliatan lebih besar beberapa kali. Mikroskop merupakan alat yang penting dalam

dunia sains karena mikroskop bias digunakan untuk mengamati mikroorganisme

dan bagian-bagian organisme dan struktur yang tidak nampak oleh mata (diameter

kurang dari 0,1 mm). Dengan sebuah lensa seperti lup, perbesaran bayangan

maksimum hanya 20 kali. Perbesaran ini, dapat melihat organisme seperti bakteri

atau virus. Untuk lebih meningkatkan perbesaran dapat digunakan dua lensa. Cara

inilah yang digunakan pada mikroskop pertama yang dibuat disekitar tahun 1590

oleh ahli pembuat alat-alat laboratorium (Bendersky, 2001).

Antonie van leeuwenhoek (1623-1723) adalah orang yang mempelopori untuk

membuat mikroskop yang digunakan untuk mengamati mikroorganisme.

Mikroskop yang dibuat masih sangat sederhana karena hanya memiliki satu lensa

bikonveks. Telah membuat gambar-gambar yang dilihatnya dibawah mikroskop.

Pada tahun 1680 Robert Hooke menggunakan mikroskop majemuk (gabungan

beberapa lensa) untuk melacak gambar sel dan hewan kecil secara rinci.

Mikroskop alat yang sering digunakan peneliti untuk melihat benda yang

berukuran kecil atau struktur dari material. Cara kerja dari mikroskop optik adalah

cahaya lampu yang dibiaskan oleh lensa kondenser, setelah melewati lensa

kondenser sinar mengenai spesimen dan diteruskan oleh lensa objektif. Lensa

objektif ini merupakan bagian yang paling penting dari mikroskop karena dari

lensa ini dapat diketahui perbesaran yang dilakukan mikroskop. Sinar yang

diteruskan oleh lensa objektif ditangkap oleh lensa okuler dan diteruskan pada

mata atau kamera. Pada microskop ini mempunyai batasan perbesaran yaitu dari

400 kali sampai 1400 kali (Sibilia, 1988).

19

I. X-Ray Diffraction (XRD)

Difraksi sinar-X adalah proses hambatan sinar-X oleh kristal. Sinar-X adalah

gelombang elektromagnetik transversal. Panjang gelombang sinar-X yang

digunakan dalam difraksi sekitar 0,5-2,5Å (Cullity, 1978). Dengan daya tembus

yang cukup besar dan panjang gelombang yang sesuai dengan kisi kristal, sinar-X

dapat digunakan untuk menganalisis struktur Kristal suatu bahan melalui pristiwa

difraksi. XRD merupakan metode karakterisasi yang memberikan informasi

tentang susunan atom, molekul atau ion dalam bentuk padat atau kristal. Analisa

berdasarkan pada pengukuran transmisi dan difraksi dari sinar-X yang dilewatkan

pada sampel padat.

Prinsip kerja XRD secara umum terdiri dari tiga bagian utama yaitu tabung sinar-

X, tempat objek yang teliti dan detektor sinar-X. Mula-mula sinar-X dihasilkan di

tabung sinar-X yang berisi katode untuk memanaskan filamen, sehingga

menghasilkan elektron. Perbedaan tegangan menyebabkan percepatan elektron

akan menembaki objek. Ketika elektron mempunyai tingkat energi yang tinggi

dan menabrak elektron dalam objek dihasilkan pancaran sinar-X. Objek dan

detektor berputar untuk menangkap dan merekam intensitas refleksi sinar-X.

Bila seberkas sinar-X dengan panjang gelombang diarahkan permukaan kristal

dengan sudut datang θ, maka sinar tersebut akan dihamburkan oleh bidang atom

Kristal dan menghasilkan puncak-puncak difraksi yang dapat diamati dengan

peralatan difraksi sinar-X. Syarat yang diperlukan agar berkas yang sejajar ketika

dihamburkan atom-atom kristal atau berinterferensi konstruktif adalah memiliki

beda jarak lintasan tepat n , dimana selisih jarak antara 2 berkas sejajar adalah 2d

20

Sin θ dan memenuhi persamaan Bragg, yang ditunjukkan oleh persamaan 1.

(1)

Dengan n adalah bilangan bulat dan merupakan tingkatan difraksi sinar-X,

adalah panjang gelombang yang dihasilkan oleh katode yang digunakan (Å), d

adalah jarak antar bidang (Å ) dan θ adalah sudut difraksi sinar-X terhadap

permukaan Kristal (°) (Cullity, 1978).

21

III. METODE PENELITIAN

A. Tempat dan Waktu Penelitian

Tempat penelitian ini dilakukan di Pusat Lembaga Penelitian Fisika Ilmu

Pengetahuan Indonesia (LIPI) Serpong Tangerang yang dilaksanakan pada bulan

Januari-April 2019.

B. Alat dan Bahan Penelitian

1. Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah : mesin milling, pinset, gelas

ukur, kertas amplas, jangka sorong, timbangan digital, plastik sampel, cawan,

spatula besi, jar, sarung tangan, alas bata, saringan, botol, plastik sampel, label,

tisu, furnace, Optical Mikroscopy (OM), X-Ray Diffraction (XRD).

2. Bahan Penelitian

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini substrat baja karbon rendah

berdimensi dengan panjang 10 mm3, lebar 8 mm

3 dan tinggi 3 mm

3, serbuk

Aluminium (Al), Nikel (Ni), Kromium (Cr), Tembaga (Cu), Molibdenum trioksida

(MoO3), Silikon dioksida (SiO2), larutan etanol, bensin dan larutan hexan.

22

C. Prosedur Percobaan

Adapun prosedur penelitian ini adalah :

1. Preparasi Sampel

Langkah-langkah preparasi sampel adalah :

1. Menyiapkan bahan yaitu baja karbon rendah berdimensi panjang 10 mm3, lebar

8 mm3 dan tinggi 3 mm

3.

2. bahan baja karbon rendah diamplas dengan menggunakan kertas SiC No. 800-

1200 grid.

3. bahan dibersihkan dengan menggunakan bensin sebanyak 3 kali pengulangan

4. Kemudian bahan dibilas dengan menggunakan larutan etanol yang bertujuan

untuk menghilangkan kotoran yang ada dipermukaan substrat baja karbon

rendah.

5. Substrat baja karbon rendah dikeringkan dengan semprotan udara.

2. Preparasi Serbuk

Langkah-langkah preparasi serbuk adalah :

1. Menyiapkan serbuk Aluminium (Al), Nikel (Ni), Kromium (Cr), Tembaga

(Cu), Molibdenum trioksida (MoO3) dan Silikon dioksida (SiO2).

2. Menimbang serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) sebanyak 10 gram.

3. Mencampur serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan larutan hexan.

4. Kemudian di masukkan kedalam jar dengan kedalaman 125 mL dengan

perbandingan antara bola dan serbuk adalah 10:1.

5. Serbuk akan dimilling dengan menggunakan mesin shaker mill selama 11 jam.

23

6. Setelah semua tercampur ditambah dengan substrat kemudian akan dimilling

kembali selama 3 jam.

Rumus komposisi serbuk :

Massa = mol x Ar

Wt (%) =

x100%

3. Pengujian oksidasi siklik

Langkah-langkah pengujian oksidasi siklik adalah :

1. Mengukur dimensi yaitu panjang, lebar dan tinggi pada masing-masing bahan

baja karbon rendah dengan menggunakan jangka sorong.

2. Menimbang massa pada masing-masing sampel dengan menggunakan

timbangan digital.

3. Sampel yang sudah diukur dimensi yaitu panjang, lebar, tinggi dan massanya

diletakkan ke dalam ceramic crusible.

4. Kemudian ceramic crusible yang berisikan sampel dimasukkan ke dalam

tunggku furnace.

5. Pengujian oksidasi siklik dilakukan pada temperatur 800°C selama 10x

pengulangan dengan waktu penahan 200 jam, dimana 1 kali pengulangan

berlangsung selama 20 jam.

6. Setelah itu sampel dikeluarkan dari dalam tungku furnace dan pendinginan.

7. Sampel ditimbang kembali untuk mengetahui pertambahan massa yang terjadi

pada masing-masing sampel.

D. Karakterisasi

Karakterisasi yang digunakan pada penelitian ini adalah :

24

1. Optical Microscopy (OM)

Analisis OM dilakukan untuk mengetahui surface morfologi permukaan coating

AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) pada permukaan baja karbon rendah.

2. Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD)

Langkah-langkah karakterisasi sampel coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dengan

XRD adalah :

1. Menyiapkan sampel coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)

2. Meletakkan sampel pada tempat sampel (sample holder) kemudian diratakan

menggunakan kaca.

3. Memasukkan sampel ke dalam difraktometer untuk kemudian dilakukan

penembakkan dengan sinar-X.

4. Memulai pengujian difraksi (menekan tombol “start” pada menu di komputer)

di mana sinar-X akan meradiasi sampel yang terpancar dari target Cu dengan

panjang gelombang 1,5406 Å.

5. Setelah pengukuran selesai maka akan diperoleh data hasil difraksi dalam

bentuk soft data yang dapat disimpan dalam bentuk xrdml.

6. Selanjutnya data yang diperoleh akan diolah menggunakan software High

Score Plus v.3.0.5 untuk mengetahui fasa yang terbentuk dari sampel.

25

E. Diagram Alir Penelitian

Diagram alir preparasi substrat ditunjukkan pada Gambar 3.1

- Menyiapkan bahan yaitu baja karbon rendah

berdimensi dengan panjang 10 mm3, lebar 8

mm3 dan tinggi 3 mm

3.

- Bahan diamplas dengan menggunakan kertas

SiC No. 800-1200 grid.

- Bahan dibersihkan menggunakan bensin dan

dibilas menggunakan larutan etanol

- Bahan dikeringkan dengan semprotan udara.

Gambar 3.1 Skema preparasi bahan

Penyiapan bahan

Pengamplasan

Pembilasan

Pengeringan

Substrat

26

Diagram alir preparasi serbuk ditunjukan pada Gambar 3.2

- Menyiapkan serbuk sesuai dengan persen

konsentrasi berat.

- Menyiapkan bola-bola kecil dan besar sebanyak

100 gram.

- Memasukan serbuk dan bola ke dalam jar

berukuran 125 mL.

- Memasukan larutan hexan sedikit demi sedikit

secara perlahan-lahan hingga semua terendam.

- Serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dimilling dengan

menggunakan shaker mill selama 11 jam.

- Serbuk AlNiCrCu-(MoO3-SiO2) dan bahan baja

karbon rendah mencampur kemudian dimilling

kembali menggunakan shaker mill selama 3 jam.

- Karakterisasi menggunakan penampang lintang

(cross-section), kekasaran (rougness), OM dan

XRD.

Gambar 3.2 Skema proses preparasi serbuk

Pencampuran

Karakterisasi

Analisis data

Penyiapan serbuk AlNiCrCu-

(MoO3-SiO2)

Milling

27

Diagram alir pengujian oksidasi siklik ditunjukan pada Gambar 3.3.

- Mengukur sampel dengan menggunakan jangka

sorong.

- Menimbang sampel menggunakan timbangan

digital

- Meletakkan sampel ke dalam ceramic crusible

dan memasukkan kedalam tungku furnace

- Pengujian oksidasi siklik dilakukan pada

temperatur 800°C selama 10x pengulangan

dengan waktu penahan 200 jam, dimana 1x

pengulangan selama 20 jam

- Menimbang pertambahan massa setiap sampel.

- Karakterisasi menggunakan OM

Gambar 3.3 Skema karakteristik oksidasi siklik

Mengukur sampel

menimbang sampel

Pemanasan

Karakterisasi

Analisa data

Kesimpulan

Selesai

A. Kesimpulan

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan diperoleh kesimpulan adalah sebagai

berikut :

1. Hasil penampang lintang dapat memperlihatkan bahwa coating AlNiCrCu-

(MoO3-SiO2) terdeposisi dengan baik pada substrat baja karbon rendah dengan

menggunakan metode mekanik mechanical alloying (MA) dan memiliki nilai

rata-rata ketebalan coating sebesar 38,162 µm-52,662 µm.

2. Hasil analisis surface morfologi permukaan coating AlNiCrCu-(MoO3-SiO2)

dengan penambahan konsentrasi (MoO3-SiO2) sebesar 42% memperlihatkan

bahwa semakin besar konsentrasi (MoO3-SiO2) yang digunakan maka pori

yang terlihat pada permukaan semakin sedikit.

3. Hasil uji oksidasi siklik pada suhu 800°C selama 10x pengulangaan selama

200 jam dimana 1x pengulangan memerlukan waktu selama 20 jam dapat

memperlihatkan bahwa semakin bertambahnya konsentrasi (MoO3-SiO2) yang

digunakan maka pertambahan massa akan meningkat hal ini dikarenakan

oksigen yang berdifusi masuk ke permukaan semakin cepat.

V. KESIMPULAN DAN SARAN

42

B. Saran

Pada penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan pengujian penampang

lintang (cross-section) setelah oksidasi dan pengujian X-ray Diffraction (XRD)

setelah oksidasi.

DAFTAR PUSTAKA

Ahnia F., and Demri, B. 2013. Evaluation of Aluminium coatings in Simulated

marine Environment. Surafce and coatings Technology. Vol. 220. pp. 232-

236.

Aryanto, D., Sudiro, T. 2018. Preparation of Ferrosilicon-Aluminium coating

using a Mechanical Alloying Technique Study of Thermal Anealing on

Their Structural Characteristics. Journal surface and coatings technology.

Vol. 337. Pp. 35-43.

Bandersky. 2001. Optical Microscopy High-Entropy Alloy: A critical Review.

Materials Research Letters. Vol. 2 No. 3. pp 107-123.

Birks, N., Meler, G.H., Fetit, F. S. 2006. Introduction on The High Temperature

Oxidation of Metal Cambridge. Vol. 4 No. 2 pp. 256-265.

Buvet, J., Sumner, J and Simms, N.J.2018. Impacts of Temperature and Surface

Finishupon Steam Oxidation of Austenitic Steel TP347HFG. Journal

material at High Temperatures. Vol. 35 No. 3.

Cabet and Purpey. 2010. Improvement of the Iso Thermal Oxidation Resistance of

CoNiCrAl Coating Sprayed by High Velocity Oxygen Func. Journal

Surface and Coatings Technology. Pp 3723-3728.

Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2013. Formation of Fe-Al

Intermetalic Coating on Low Carbon Steel by Anovel Mechanical alloying.

Vol 247. pp. 24-29.

Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2014. Effects of a New Pre-

milling Coating Procces on The Formation abd Properties of AlNiMnCu

Intermetalic Coating. Journal Powder Technology. pp. 110-117.

Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2014. Effect of Process

Parameters on The Formation of Fe-Al Intermettalic Coating Fabricated by

Mechanical Alloying. Journal of Enginering and materials Sciences. Vol.

21. pp. 595-600.

44

Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2013. Formation of Fe-Al

Intermetallic Coating on Low-Carbon Steel by a Novel Mechanical

Alloying Technique. Journal Powder Technology. pp. 24-29.

Canakci, A., Erdemis, F., Varol, T., and Ozkaya, S. 2014. Microstructure and

Properties of Fe-Al Intermetallic Coatings on The Low Carbon Steel

Synthesized by Mechanical Alloying. pp. 849-858.

Chen, A., Zhang, J., Duan, C., Feng, X., and Shen, Y. 2016. Investigation og Cr-

Al Composite Fabricated on Pure Ti Substrate Mechanical Alloying Method

effects of Cr-Al Ratio and Milling Time on Coating and Oxidation Behavior

Coating. Journal of Alloys and Compounds. Vol. 660. pp. 208-219.

Cullity, B.D. 1978. Elements of X-ray Diffraction Second Edition. Adison Wesley

Publishing Company Inc. United State of America.

Cunat, L., D’onofrio, I., and Gonzalez. 2009. Nanophase Infermetallic Nikel

Obtained by Sintering After Mechanical Alloying. Journal Compound. Vol.

483. pp 154-158.

Darmanto. 2006. Pengaruh Holding Time Terhadap Sifat Kekasaran pada Proses

Carburizing Material Baja Karbon Rendah. Vol. 4 No. 2. pp. 84-92.

Dalvi, A., Bacon, W.G., Osborne, R.C., 2004. The past and The Future of Nickel

Laterites in coatings. Journal Surface and Coatings Thechnology. pp. 1-27.

Eni, Y. 2013. High Temperature Oxidation Resistance Behavior of a FeCrAlSi

Coating. University of Jinan. China.

Fargas G., Roa, J.J., Sefer, B., Pederson, R.M., Anti, and Mateo, A. 2018.

Influence of Cyclic Thermal Treatment on The Oxidation Behavior of Ti-

6Al-2Sn-4Zr-2Mo Alloys. Journal Materials Characterization. pp. 218-224.

Gasik, M. 2013. Handbook of Molibdenum Oksida high Entropy Alloys. USA :

Elsevier. ISBN. 978-08-0977539.

Guertin, J., Jacobs., J. 2015. Chromium (IV) Handbook. New York.

Guilbert, J.M. 1986. Preparation of coatings nikel oxidation cycle. New york. Vol.

4. pp. 110-117.

Husain, H., Rizal, M., Sujion.2014. Struktur Kristal dan Konduktivitas Paduan

Oksida yang disintesis dengan Paduan Mekanik. Jurnal Sains. pp. 2086-

6755.

Ilana, Andrea, Mato and Sonia.2017. Substrate Finishing and Niobium Content

Effects on The High Temperature Corrosion Resistance in Steam

45

Atmosphere of AlCr/AlNi Superlattice Coatings Deposited. Journal Surface

Materials. pp. 455-467.

Jafee, R., I. 2000. Molibdenum Oxidation Alloys. Journal Sains. Vol. 9. pp. 191-

199.

Kurniawan, Y., Syarief, I., dan Amiadji, 2015. Analisis Laju Korosi Pada Pelat

Baja Karbon dengan Variasi Ketebalan Coating, Institut Teknologi sepuluh

november (ITS), Surabaya. Jurnal teknik ITS. Vol. 4, No. 1 ISSN 2337-

3539.

Lee, G.G., Jung, S., Kim, D. J. 2016. Mikrostrutural Investigation of Alloy 617

Corroded in High Temperature Hellium Environment. Journal Nuclear

Engineeving and design. Vol. 271. pp. 301-308.

Lihong, L., Dejiu, S., Jingwu, Z., Jian, S., and Liang, L. 2011. Evalution of Micro-

arc Oxidation Behaviours of the Hot-Dipping Alumunium Coatings on Q235

Steel Substrate. Applied Surface Science, Vol. 257. pp 4144-4150.

Limam, A. 2017. Struktur Kekasaran dan Ketahanan Oksidasi Lapisan Fe-Mo-Al

yang dideposisi pada Baja Karbon Rendah dengan Teknik Paduan Mekanik.

Skripsi. Universitas Muhamadiyah. Yogjakarta.

Li, Y., Chen, C., Deng, R., Keng, X., and Shen, Y.2014. Mikcrostructure

Evolution of Coatings on Cu Substrate Prepared by Mechanical Alloying

Method. Powder Tecnology, Vol. 268. pp. 165-172.

Lipi Laboratory. 2016. Report of Analysis UPT. Balai Pengolahan Mineral

Lampung. Lampung.

Liu, S., and Zhang, W., 2004. Research on Microstructrue of in Situ Synthesizied

TiB2/Ni Metal-Ceramics Composites Coating. Journal of alloy and

compounds Vol.391. pp 146-150.

Mathers, G. 2002. The Coating Of Aluminium and Its Alloys. New York. pp. 1-5.

Maulana, Y., 2016. Analisa Kekuatan Tarik Baja St 41. Jurnal Acta and materials.

Vol. 2. No. 1 pp. 1-8.

Meng, Y., Shen, Y., Chen, C., Li, Y., Feng, X. 2013. Effects Of Cu Content and

Mechanical Alloying Parameters on The Preparation of Deposited

Composite Coatings on Cropper Substrate. Journal Alloys Compounds. pp.

585-592.

Muhammadnezhad, Shamanian, M., Enayati, M.H., and Sabhi. 2013. Influence of

Annealing Temperature on The Structure and Properties of the NiAl

Intermetalic Coatings Producted by Using Mechanical Alloying. Journal

Surface and Coatings Technology. Vol. 217. pp. 64-69.

46

Mustofa, Y. 2009. Analisis Kekuatan Tarik Baja Karbon Rendah St 41. Journal

Teknik Mesin Unika. Vol. 2. No. 1. Pp. 1-8.

Perez, H., Haworth, C. W., Argent, B. 2001. The Formation of Diffusion Coatings

on Some Low-Alloy Steels and High Temperature Oxidation Behaviour.

Part 2. Journal Oxidation Compound. Vol 2. Pp. 667-689.

Prosek, D., Nisa, K., Aryanto, D., Sudiro, T., Sebayang, P., Mahardika, P. 2016.

Karakterisasi Struktur Coating Mo-25Al yang difabrikasi dengan Metode

Paduan Mekanik. Journal Metalurgi. pp. 95-102.

Raphel, A., Kumaran, S., Vanghese, L. 2016. Oxidation and corrosion resitanceof

AlCoCrFeTi High Entropy Alloy. Journal International confere of

materials processing and characterization. pp 195-201.

Rolinson, C. 1973. The Chemistery of Chromium, Aluminium Coatings. Vol. 180.

pp. 275-270.

Romanowska, J. 2014. Aluminium Diffusion in Aluminide Coatings Deposited by

mechanical alloying. Vol. 44. pp. 114-118.

Romankov, S., Mamaeva, A., Kaloskin, S. 2017. Puished Plasma Treatmen of

Coating Produced by Mechanical Alloying Method Materials Letters. Vol.

61. Pp. 5288-5291.

Rosita, N., Sudiro, T., Aryanto, D., and Aji, M. P. 2015. Studi X-ray

Diffractometry pada Struktur Coating Aluminium yang dipreparasi dengan

Metode Mechanical Alloying. Jurnal Sains Material Indonesia. Vo. 17. Hal.

15-21.

Saber, D., Emam, I.S., Karim, R. A. 2017. High Temperature Cyclic Oxidation of

Ni Based Superalloys at Different Temperature in air. Journal of Alloys and

Coumpands. Vol. 719. pp. 131-141.

Saputra, H., Syarief A., Maulana Y., dan Akmad. 2014. Analisis Pengaruh Media

Pendingin Terhadap Kekuatan. Journal Ilmiah Teknik Mesin Unlam. Vol 3.

No. 2. Pp 91-98.

Sari, Y. 2013. Penetuan Kadar Nikel dalam Mineral Laterit. Skripsi. Universitas

Negeri Semarang.Hal. 126.

Schaefer, N.V., Handler,R.,Scherrer,M. 2017. Fe(II) Reduction Of Pyrolusite (𝛽-

MnO2) and Secondary Mineral Evolution.pp.2-11.

Sibilia. 1998. Prinsip Kerja Mikroskop Optik. Jurnal Teknik Ui. Vol 2 No. 2. pp

1-5.

47

Simanjuntak, B.A., Purwaningsih, H. 2012. Pengaruh Kecepatan Milling

Terhadap Struktur Mikro Komposit. Jurnal Teknik ITS. Vol. 1 No.1. ISSN :

2301-9271.

Sudiro, T., Sebayang, P., Aryanto, D., Hia, A. I., and Sebayang, K. 2015.

Structure and Hardness Characteristics of 50Cr-50Al coating Prepare by

Mechanical Alloying Technique : Effects of Heat Treatment Temperature.

Technology Indonesia. Vol. 38. pp. 156-162.

Suhadi, A., Anggraini, L. 2017. Analisa Struktur Mikro dan Sifat Mekanik pada

Lapisan Melalui Paduan Mekanik. Vol. 2 No. 2. ISSN. 2527-6212. pp. 88-

99.

Sumarji. 2011. Evaluasi Baja Karbon Rendah pada Lingkungan di Kab. Jember.

Journal Rotor. Vol. 5. No. 1. Pp. 44-51.

Suryanarayana, C. 2011. Mechanical Alloying and Milling. Journal Progres in

Materials sains. pp. 1-180.

Tahta, A., Malik, A., Darminto, B. 2012. Sintesis dan karakterisasi XRD coating.

Jurnal sains. Vol 1. No. 1. ISSN : 2301-9280.

Tawancy, A., M. 2018. Influence Of Manufacturing Rute On The Oxidation

Resistance of Platinum-Modified Aluminiade Band Coatings and Their

Performace in Thermal Barrier Coatings Peposited on a Ni-Based

Superalloy. pp. 1-21.

Tian, Y., Shen, Y., Lu, C., Feng, X. 2018. Microstructure and Oxidation Behavior

of AlMnCrCu-CoMo Composite Coatings on Ti-6Al-4v Alloy substrate

High-energy Mechanical Alloying Method. Journal of Alloys and

Compounds. Vol. 779. pp. 456-465.

Virtajaya, Angga Roby. 2017. Perilaku Oksidasi Uap Air Baja Cr-Mo-Ni Melalui

Pelapisan Al.Skripsi. Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas

Lampung. Bandar Lampung.

Wang, C.J., Badaruddin, M. 2010. The Depence of High Temperature Resistance

of Aluminized Stell Exposed to Water-Vapour Oxidation. Journal Surface

and Coatings Technology. Vol. 205. pp. 1200-1205.

Wulandari, A.2011. Studi ketahanan Baja Karbon Rendah. Skripsi. Universitas

Indonesia. Jawa Barat.

Yu, C., Zhang, J and David.2016. Sulfur Effect On Corrosion Behavior of Fe-Cr-

(Mn-Si) and Fe-20Ni-20Cr-(Mn-Si) in Co2-H2O at 650°C. Journal of The

Electrochemical Society. pp.C105-C115.

48

Zang, Z.G., Gesmundo, F., Hou, P. Y., Niu, Y.2006. Criteria For The Formation

of Protective Al2O3 Scales on Fe-Al and Fe-Cr-Al-Alloys. Journal

Corrossion Science. pp. 741-765.

Zhao, Q., Shao, Z., and Jiang. 2014. Preparation of Cu-Cr Alloy Power by

Mechanical Alloying. Journal of Alloys and Compounds. pp. 118-124.