PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN (Layer Addition) Pertemuan 22

1. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN (Layer Addition)Pertemuan 22 Matakuliah : D0234/Teknologi Proses Tahun : 2007/2008

2. . Mahasiswa dapat menerangkan pproses pengolahan permukaan dengan menambahkan lapisan pada per-mukaan benda kerja PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN Learning Outcomes Outline Materi : • Coating • Thermal surfacing

3. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN 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 • ketahanan terhadap erosi • ketahanan terhadap goresan dan benturan • dan lain-lain

4. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN KLASIFIKASI METODE PENGOLAHAN PERMUKAAN

5. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN LAYER ADDITION Mengolah permukaan dengan menambahkan lapisan baru di atas permukaan material dasar. COATING • Coating 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.

6. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN ELECTRO CHEMICAL PLATING Electro chemical platingadalahproses elektrolisa dimana ion-ion logam pelapis dalam larutan elektrolit dideposisikan pada permukaan bendakerja. Gambar 22.1.Skemaelectro chemical plating Sebagai sumber daya digunakan listrik arus searah yang dihubungkan dengan anode (logam pelapis) dan katode (bendakerja yang dilapisi).

7. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN Tujuan • mencegah terjadinya korosi • memperindah penampilan • meningkatkan ketahanan aus • meningkatkan konduktifitas listrik • meningkatkan mampu solder (solderability) • memperlicin permukaan Contoh pemakaian . 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. . .

8. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN PHYSICAL VAPOR DEPOSITION TEG TINGGI RF/ DC - GAS ARGON plsm-elkt BENDA KERJA Gambar 22.2.Skema sputtering pada proses PVD + VAKUM 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.

9. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN Contoh pemakaian : • proses pelapisan anti refleksi pada lensa optik • rangkaian penghubung dalam integrated circuit (IC) • proses pelapisan perkakas potong dengan TiN • proses pelapisan pada cetakan plastik Terdapat 3 jenis mekanisme PVD : • penguapan dalam ruang hampa (vacuum evaporation) • pemercikan/pancaran partikel atom (sputtering) • pelapisan ion (ion plating)

10. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN VACUUM EVAPORATION Material yang akan dideposisikan dipanaskan pada temperatur cukup tinggi hingga menguap. Pemanasan pada umumnya dilakukan dengan menggunakan pemanas resistansi listrik. Gambar 22.3 Skema vacuum evaporation PVD 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.

11. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN SPUTTERING Bila 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+). Gambar 22.4. Skema sputtering PVD 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.

12. 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.

13. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN CHEMICAL VAPOR DEPOSITION Chemical 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) Gambar 22.5.Skema chemical vapor deposition (CVD) 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.

14. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN REAKTOR CVD TERMAL substrat koil pompa vakum gas trap Gambar 22.6Reaktor CVD termal

15. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN Beberapa contoh reaksi dalam CVD

16. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN Kelebihan dan kekurangan dibandingkan 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.

17. 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.

18. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN THERMAL SPRAYING Thermal sprayingadalah 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 FACING Hard facingadalah 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.

19. PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN SELESAI TERIMA KASIH