109
TUGAS AKHIR – TL 141584 PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi METODE WIRE ARC SPRAY TERHADAP ABRASIVE WEAR RESISTANCE DAN POROSITAS GREY CAST IRON FC25 FAJAR KURNIAWATI NRP. 2713 100 047 Dosen Pembimbing Dr. Agung Purniawan, ST., M.Eng. Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si. DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

TUGAS AKHIR – TL 141584

PENGARUH VARIASI JARAK SPRAYPELAPISAN FeCrMnNiCSi METODE WIREARC SPRAY TERHADAP ABRASIVE WEARRESISTANCE DAN POROSITAS GREY CASTIRON FC25

FAJAR KURNIAWATINRP. 2713 100 047

Dosen Pembimbing

Dr. Agung Purniawan, ST., M.Eng.Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si.

DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya

2017

Page 2: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini
Page 3: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

i

TUGAS AKHIR – TL 091584

PENGARUH VARIASI JARAK SPRAYPELAPISAN FeCrMnNiCSi METODEWIRE ARC SPRAY TERHADAP ABRASIVEWEAR RESISTANCE DAN POROSITASGREY CAST IRON FC 25

FAJAR KURNIAWATINRP. 2713 100 047

Dosen Pembimbing:Dr. Agung Purniawan, ST., M.Eng.

Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si.

DEPARTEMEN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2017

Page 4: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

ii

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

Page 5: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

iii

FINAL PROJECT – TL 091584

EFFECT OF SPRAY DISTANCEVARIATION USING WIRE ARC SPRAYMETHOD IN POROSITY AND ABRASIVEWEAR RESISTANCE FeCrMnNiCSiCOATING ON GREY CAST IRON FC 25

FAJAR KURNIAWATINRP. 2713 100 047

AdvisorDr. Agung Purniawan, ST., M.Eng.

Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si.

MATERIALS AND METLLURGICAL ENGINEERING DEPARTEMENTFaculty of Industrial TechnologySepuluh Nopember Institute of TechnologySurabaya2017

Page 6: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

iv

(This page left intentionally blank)

Page 7: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini
Page 8: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

vii

Pengaruh Variasi Jarak Spray PelapisanFeCrNiMnCSi Metode Wire Arc Spray terhadap

Porositas dan Abrasive Wear Resistance Grey CastIron FC25

Nama Mahasiswa : Fajar kurniawatiNRP : 2713 100 047Jurusan : Departemen Teknik Material dan

MetalurgiPembimbing : Dr. Agung Purniawan, ST, M.Eng

Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si

ABSTRAK

Pada operasi mesin motor, ruang pembakaran akanmenghasilkan tekanan dan temperatur gas yang tinggisehingga untuk mencegah kebocoran kompresi ini pada pistondipasang ring guna memperkecil celah antara dinding cylinderliner dengan piston yang bergerak bolak balik. Gesekan antararing piston dan cylinder liner menyebabkan permukaansilinder tergerus hingga mengakibatkan hilangnya materialdari komponen, peristiwa tergerusnya permukaan lain olehpartikel yang lebih keras disebut Abrasive wear atau keausanabrasif. Keausan dapat dikurangi dengan memilih bahancylinder liner yang bersifat tahan terhadap gesekan sekaligusmemiliki pemuaian rendah, sifat ini dimiliki oleh grey castiron. Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian inidilakukan proteksi lebih berupa pelapisan logamFeCrNiMnCSi pada substrat grey cast iron FC 25menggunakkan metode wire arc spray, dengan variasi jarakspray 100mm, 150mm, 200mm, dan 250mm. Hasil ujiporositas menunjukkan bahwa semakin jauh jarak spray makanilai porositasnya semakin kecil, didapatkan presentase nilaiporositas terendah 5,4974% pada jarak spray 250mm.

Page 9: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

viii

Sementara hasil pengujian ketahanan abrasiv menunjukkannilai ketahanan abrasif tertingi sebesar 27,688rotation/mgdengan jarak spray 250mm. Hal ini menunjukkan bahwasemakin jauh jarak spray nilai ketahanan abrasif semakinbesar.

Kata Kunci: Cylinder liner, Besi Cor Kelabu, FC25,Keausan, Ketahanan Abrasif.

Page 10: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

ix

Effect of Spray Distance Variation using Wire Arc SprayMethod in Porosity and Abrasive Wear ResistanceFeCrNiMnCSi Coating on Gray Cast Iron FC25

Name : Fajar kurniawatiNRP : 2713 100 047Departemen : Materials and Metallurgical

EngineeringAdvisor : Dr. Agung Purniawan, ST, M.Eng

Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si

ABSTRACTIn operation of motor engine, combustion chamber

will produce high pressure and gas temperature in order toavoid leakage of compression the piston is installed ring tominimize the gap between cylinder liner wall and piston.Friction between the piston rings and the cylinder liner causethe cylinder surface crumble to the point of loss of materialfrom the component, another erupted surface by the moreviolent particles called Abrasive wear. Wear can be reducedby choosing a cylindrical liner material that is resistant tofriction and has low expansion, this property and theproperties is owned by gray cast iron. To improve the wearresistance in this research, protection of FeCrNiMnCSi metalcoating on gray cast iron FC 25 substrate has been addedusing wire arc spray method with variation of spray distanceof 100mm, 150mm, 200mm and 250mm. Porosity test resultsshowed that the longer distance spray, the porosity value issmaller, obtained percentage of the lowest porosity value of5.4974% at 250mm spray spacing. While the abrasiveresistance test results show the highest abrasive resistancevalue of 27,688 rotation/ mg with a spray spacing of 250mm.This indicates that the greater the spray distance the greaterthe abrasive resistance value.

Page 11: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

x

Keywords: Cylinder liner, Grey Cast Iron, FC25, Wear,Abrasive Resistance.

Page 12: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xi

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang MahaEsa yang telah memberikan limpahan karunia sehinggapenulis dapat menyelesaikan seluruh rangkaian penyusunanlaporan Tugas Akhir dengan judul“Pengaruh Variasi JarakSpray Metode Wire Arc Spray terhadap Porositas danAbrassive Wear Resistance Pelapisan FeCrNiMnCSi padaGrey Cast Iron FC25”.

Terima kasih kepada semua pihak yang berperan padapenulisan Tugas Akhir ini. Penulis mengucapkan terima kasihkepada :1. Allah Subhanahu Wata’ala, atas Rahmat-Nya sehingga

saya dapat mendapatkan hidayah dan bimbingan untuktetap istiqomah sehingga mampu menyelesaian laporanTugas Akhir ini.

2. Bapak Taufiq Qurahman dan Ibu Sumiyah, sebagai orangtua tercinta, atas jasa–jasanya yang tak terhingga dalammendidik dan membesarkan saya.

3. Kakak Adnan Galendra Abiyazka yang selalu menghiburpenulis saat suntuk dan penat dalam menjalani aktifitas.

4. Alifah Rahmawati selaku kakak kandung yang telahbanyak memfasilitasi selama Tugas Akhir ini dan selalumensupport penulis.

5. M. Chandra Kurniawan selaku adik kandung yang selalubersedia menolong penulis ketika dalam kesusahan danselalu mensupport penulis.

6. Bapak Dr. Agung Purniawan, S.T., M.Eng selaku KetuaJurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS danPembimbing pertama dalam pengerjaan TA.

7. Ibu Hariyati Purwaningsih, S.Si., M.Si sebagai dosenpembimbing kedua yang saya hormati. Terima kasih atassegala bimbingan, masukan, dan saran yang ibu berikan.

Page 13: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xii

8. Bapak Budi Agung, ST, M.Sc, selaku dosen andalanyang telah banyak sekali membantu penulis dalampengerjaan TA.

9. Bapak Larasanto dan Bapak Anto PT. Cipta Agung ataskerjasamanya dalam pengerjaan proses coating.

10. Anggota Grup “MA” yaitu Pipit, Ayu, dan Mustika atassegala kenangan dan supportnya selama berkuliah diJurusan teknik Material dan Metalurgi.

11. Anggota Grup WA Pemburu Hantu, Uyung, Tutik, Dora,Trias dan Mbok Ina selaku teman baik dari SMP yangselalu menjadi tempat curahan hati bagi penulis dansharing hal-hal baik.

12. Anggota Grup Pejuang TA Korosi yang banyakmembantu penulis dan selaku teman diskusi yang baik.

13. Seluruh teman–teman seperjuangan saya MT-15, terimakasih selalu saling menguatkan dalam usaha dan doauntuk kesuksesan.

14. Kepada semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkansatu persatu, trimakasih atas semua pengalaman,dukungan, dan masukan yang diberikan untuk penulis,semoga kita Selalu dalam lindungan Allah SWT.

Dengan menyadari keterbatasan ilmu, tentu laporan inimasih jauh dari sempurna. Untuk itu saya selaku penulisdengan senang hati menerima kritik dan saran yang bersifatmembangun dari para pembaca laporan ini. Semoga laporanTugas Akhir ini dapat memberi manfaat bagi kita semua.

Surabaya, Juli 2017

Penulis

Page 14: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xiii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ......................................................................iLEMBAR PENGESAHAN ..........................................................vABSTRAK ...................................................................................viiABSTRACT ..................................................................................ixKATA PENGANTAR ..................................................................xiDAFTAR ISI ...............................................................................xiiiDAFTAR GAMBAR ...................................................................xvDAFTAR TABEL .....................................................................xviiBAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang ................................................................11.2.Rumusan Masalah ..........................................................21.3.Batasan Masalah .............................................................21.4.Tujuan Penelitian ............................................................31.5.Manfaat Penelitian .........................................................4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA2.1 Sistem Kerja Cylinder liner-Ring Piston ........................52.2 Pelapisan Permukaan Logam ..........................................92.3 Thermal Spray...............................................................102.4 Tribologi........................................................................132.5 Keausan.........................................................................152.6 Diagram Fasa dan Coat Fe-Cr.......................................192.7 Grey Cast Iron ..............................................................202.8 Karakteristik Thermal Spray Coating ...........................232.9 Penelitian Sebelumnya ..................................................25

BAB III METODOLOGI PENELITIAN3.1 Diagram Alir Penelitian ................................................273.2 Rancangan penelitian ....................................................283.3 Metode Perancangan .....................................................283.4 Bahan Penelitian ...........................................................293.5 Alat Penelitian...............................................................323.6 Prosedur Penelitian .......................................................33

3.6.1 Preparasi Spesimen FC 25 ....................................33

Page 15: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xiv

3.6.2 Proses Pelapisan .......................................................333.6.3 Proses Pengujian dan Analisis..................................36

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN4.1 Preparasi Sampel dan Proses Pelapisan.........................454.2 Hasil Pengujian SEM/EDS............................................46

4.2.1 Morfologi Permukaan Coating ...........................464.2.2 Morfologi Penampang Lintang dan Ketebalan ..474.2.3 Pengujian EDS....................................................524.2.4 Analisis Area Poros menggunakan ImageJ ........58

4.3 Analisis Apparent Porosity ...........................................624.4 Analisis XRD ................................................................634.5 Pengamatan Kekasaran pada Permukaan Coating ........654.6 Analisis Kekerasan........................................................664.7Analisis Pengujian Pull Off Bonding..............................684.8 Analisis Ketahanan Abrasif...........................................70

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN5.1 Kesimpulan ...................................................................735.2 Saran..............................................................................73

DAFTAR PUSTAKA ................................................................xixLAMPIRAN ............................................................................ xxiiiBIODATA PENULIS ............................................................ xxxiii

Page 16: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian Mekanik Utama Motor Bensin .....................5Gambar 2.2 Cross-Section Cylinder pada IC Engine ....................6Gambar 2.3 Kerja Mesin Empat Tak .............................................8Gambar 2.4 Simulasi Sistem Piston Ring-Cylinder Bore..............8Gambar 2.5 Proses Wire Arc Spray .............................................12Gambar 2.6 Standard Volumetric Flow-Rate ..............................13Gambar 2.7 Tipe Adhesive Wear .................................................17Gambar 2.8 Mekanisme Abrasive Wear ......................................18Gambar 2.9 Diagram Fasa FeCr .................................................19Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ..........................................27Gambar 3.2 Mesin Sand Blasting ................................................33Gambar 3.3 Proses Pelapisan Wire Arc Spray .............................34Gambar 3.4 Alat Uji Kekasaran...................................................37Gambar 3.5 Alat Uji SEM ...........................................................38Gambar 3.6 Alat Uji XRD ..........................................................39Gambar 3.7 Alat MicroHardness.................................................39Gambar 3.8 Alat Uji Abrasif........................................................40Gambar 3.9 Alat Uji Pull Of Bonding .........................................42Gambar 4.1 Permukaan Grey Cast Iron FC25.............................43Gambar 4.2 Morfologi Permukaan Coating Hasil SEM .............47Gambar 4.3 Ketebalan Coating ...................................................48Gambar 4.4 Data Hasil Ketebalan Coating..................................49Gambar 4.5 Cross Section Spesimen Coating .............................51 13Gambar 4.6 Mapping Cross Section Jarak Spray 100mm ...........53Gambar 4.7 Mapping Cross Section Jarak Spray 150mm ...........54Gambar 4.8 Mapping Cross Section Jarak Spray 200mm ...........55Gambar 4.9 Mapping Cross Section Jarak Spray 250mm ...........56Gambar 4.10 Analisis Area Poros Surface Coating.....................59Gambar 4.11 Presentase Area Poros Surface Coating .................60Gambar 4.12 Analisis Area Poros Cross-Section ........................61Gambar 4.13 Presentase Area Poros Cross Section Spesimen.....62Gambar 4.14 Hasil XRD Sampel Coating Jarak..........................64Gambar 4.15 Hasil Data Kekerasan Spesimen Coating...............67

Page 17: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xvi

Gambar 4.16 Pengujian Pull Off Bonding Spesimen Coating .....69Gambar 4.17 Pengamatan Visual Uji Pull Off Bonding ..............69Gambar 4.18 Spesime Sebelum dan Setelah Uji Abrasif .............70Gambar 4.19 Hasil Pengujian Ketahanan Abrasif........................72

Page 18: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Properti Berbagai Teknik Pelapisan ..........................10Tabel 2.2 Komposisi Material Cylinder Liner..............................22Tabel 2.3 Perbandingan Metode Proses Pelapisan .......................24Tabel 3.1 Rancangan Pengujian Spesimen..................................28Tabel 3.2 Komposisi Kimia FC25...............................................30Tabel 3.3 Propertis Mekanik FC25 .............................................30Tabel 3.4 Komposisi Kimia Brown Aluminum Oxide ..................31Tabel 3.5 Propertis Brown Aluminum Oxide ...............................31Tabel 3.6 Komposisi Kimia Metcoloy 2 .....................................32Tabel 3.7 Properties Wire Coat Metcoloy 2................................32Tabel 3.8 Spesifikasi Peralatan Abrasive Grit Blasting ..............34Tabel 3.9 Spesifikasi Mesin Aplikasi Arc Spray ..........................36Tabel 4.1 Ketebalan Coating Variasi Jarak Spray ........................48Tabel 4.2 PresentaseMassa Unsur Spesimen Coating ..................52Tabel 4.3 Presentase Area Poros Surface Coating .......................60Tabel 4.4 Hasil Area Poros Cross Section Software ImageJ ........61Tabel 4.5 Presentase Apparent Pososity .......................................63Tabel 4.6 Hasil Uji Kekarasan......................................................65Tabel 4.7 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen ..........................66Tabel 4.8 Nilai Kelekatan Spesimen Hasil Coating .....................68Tabel 4.9 Hasil Pengujian Abrasive Wear Resistance ..................71

Page 19: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xviii

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

Page 20: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangSilinder liner adalah komponen mesin yang dipasang

pada blok silinder yang berfungsi sebagai tempat piston danruang bakar pada mesin otomotif. Pada saat langkah kompresidan pembakaran akan dihasilkan tekanan dan temperatur gasyang tinggi, sehingga untuk mencegah kebocoran kompresiini maka pada piston dipasang cincin atau ring piston untukmemperkecil celah antara dinding silinder liner dengan pistonyang bergerak bolak balik (Arthana, 2014).

Keausan didefinisikan sebagai kerusakan permukaanbenda yang secara umum berhubungan dengan peningkatanhilangnya material yang disebabkan oleh pergerakan relatifbenda dan sebuah substansi kontak. Keausan yang disebabkanoleh perilaku mekanis digolongkan menjadi abrasive,adhesive, flow dan fatigue wear. Abrasive wear terjadi jikapartikel keras atau permukaan keras yang kasar menggerusdan memotong permukaan sehingga mengakibatkanhilangnya material yang ada di permukaan tersebut (Abidin,2010).

Menurut AISI (Asosiasi Industri Sepeda MotorIndonesia) jumlah sepeda motor yang terjual pada tahun 2016adalah sebesar 5,931,585 unit. Pemilihan bahan silinder linermemerlukan material yang memiliki sifat tahan terhadapgesekan dan pemuaian yang rendah karena berfungsi sebagaitempat piston bekerja sehingga memerlukan bahan yang tahansaat beroperasi pada temperatur dan tekanan tinggi, sifat inijuga dimiliki oleh besi cor kelabu tipe FC 25 yang banyakdigunakan untuk bahan material pembuatan automotiveengine. Tuntutan lain yang harus dipenuhi oleh silinder lineradalah tahan terhadap kebocoran karena kebocoran kompresiini dapat terjadi jika terdapat porositas pada bahan (Situngkir,2009).

Page 21: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 2Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Untuk hasil yang maksimal diperlukan proteksi berupapelapisan permukaan. Teknologi pelapisan materialmerupakan cara yang efektif untuk menahan degradasi sepertikeuasan, oksidasi, korosi, atau kerusakan pada temepraturtinggi tanpa mengorbankan material substrat yangdilapisinya. Pada penelitian ini digunakan metode Wire ArcSpray dengan material wire coat FeCrNiMnCSi. Proses WireArc Spray biasa digunakan untuk merekondisi ulangkomponen mesin yang aus akibat gesekan, cairan kimia,kemungkinan juga air laut.

Dalam penelitian ini dilakukan variasi jarak spray padaproses pelapisan besi cor FC 25 agar memperoleh jarakoptimum untuk mendapatkan lapisan yang baik dan tahanterhadap keausan dan porositas.

1.2 Rumusan MasalahDengan uraian pada latar belakang yang berkaitan denganjarak spray, maka permasalahan dapat diuraikan sebagaiberikut:1. Bagaimana pengaruh jarak spray terhadap porositas pada

pelapisan permukaan FC25 dengan FeCrNiMnCSimetode wire arc spray?

2. Bagaimana pengaruh jarak spray terhadap keausan padapelapisan FC25 dengan FeCrNiMnCSi metode wire arcspray?

1.3 Batasan MasalahAgar penelitian dan pembahasan menjadi terarah dan

memberikan kejelasan analisis permasalahan, makadilakukan pembatasan permasalahan sebagai berikut:

1. Feed pressure dianggap konstan.2. Tekanan spray dianggap sama.3. Sudut nozzle dianggap sama.4. Waktu spray dianggap sama

Page 22: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 3Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

5. Spesimen uji dianggap homogen.

1.4 Tujuan PenelitianTujuan penelitian ini adalah:

1. Menganalisa pengaruh jarak spray terhadapporositas pada pelapisan permukaan FC25dengan FeCrNiMnCSi metode wire arc spray.

2. Menganalisa pengaruh jarak spray terhadapkeausan abrasif pada pelapisan FC25 denganFeCrNiMnCSi metode wire arc spray.

1.5 Manfaat PenelitianManfaat penelitian ini adalah sebagai rekomendasi

kepada pihak terkait dalam penanganan Grey Cast Iron tipeFC 25 pada aplikasi Cylinder Liner serta sebagai inspirasidan referensi bagi peneliti lain untuk mengembangkanpenelitian ini.

Page 23: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 4Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

Page 24: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sistem Kerja Cylinder liner-Ring PistonMesin adalah perangkat yang mengubah satu bentuk

energi ke bentuk lain. Saat mengubah energi dari satu bentuk kebentuk lain, konversi efisiensi memainkan peran penting. Ringpiston dalam sebuah mesin memuat kontribusi penting dalam halvolumetric efficiency dengan menyegel cylinder bore dan piston.Ring piston adalah bagian terpenting dari mesin diesel. Fungsiutama dari ring piston untuk menutup ruang pembakaran dengancrankcase pada mesin.Tujuannya dalah untuk mencegah gaspembakaran dari crankcase dan minyak melewati ruangpembakaran. Gambar 2.1 dan 2.2 menampilkan bagian utama darimesin motor bensin dan cross section silinder pada internalcombustion engine (Fitri, 2014).

Gambar 2.1 Bagian Mekanik Utama Motor Bensin (Fitri dkk,2014)

Page 25: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 6Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Gambar 2.2 Cross-Section Cylinder pada Internal CombustionEngine (Anand dkk,2015)

Motor bakar torak bensin seperti gambar 2.1 merupakanmesin pembangkit tenaga yang mengubah bahan bakar bensinmenjadi tenaga panas dan akhirnya menjadi tenaga mekanik.Secara garis besar motor bensin tersusun oleh beberapakomponen utama meliputi ; blok silinder (cylinder block), kepalasilinder (cylinder head), poros engkol (crank shaft), piston,batang piston (connecting rod), roda penerus (fly wheel), poroscam (cam shaft) dan mekanik katup (valve mechanic). Bloksilinder adalah komponen utama motor, sebagai tempatpemasangan komponen mekanik dan system–system mekaniklainnya. Blok silinder mempunyai lubang silinder tempat pistonbekerja, bagian bawah terdapat ruang engkol (crank case),mempunyai dudukan bantalan (bearing) untuk pemasangan porosengkol. Bagian silinder dikelilingi oleh lubang-lubang saluran airpendingin dan lubang oli. Kepala silinder dipasang di bagian atasblok silinder, kepala silinder terdapat ruang bakar, mempunyaisaluran masuk dan buang. Sebagai tempat pemasanganmekanisme katup. Poros engkol dipasang pada dudukan bloksilinder bagian bawah yang diikat dengan bantalan. Dipasang puladengan batang piston bersama piston dan kelengkapannya.

Page 26: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 7Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Sedangkan roda penerus dipasang pada pangkal poros engkol(flens crank shaft). Roda penerus dapat menyimpan tenaga,membawa piston dalam siklus kerja motor, menyeimbangkanputaran dan mengurangi getaran mekanik mesin (Fitri dkk, 2014).

Motor empat langkah seperti pada gambar 2.3 adalahmotor yang setiap siklus kerjanya diselesaikan dalam empat kaligerak bolak balik langkah piston atau dua kali putaran porosengkol (crank shaft). Langkah piston adalah gerak pistontertinggi/teratas disebut titik mati atas (TMA) sampai yangterendah/terbawah disebut titik mati bawah (TMB). Sedangkansiklus kerja adalah rangkaian proses yang dilakukan oleh gerakbolak-balik translasi torak (piston) yang membentuk rangkaiansiklus tertutup. Proses siklus motor empat langkah dilakukan olehgerak torak (piston) dalam silinder tertutup, yang bekerja sesuaidengan pengaturan gerak katup atau mekanisme katup padakatup isap dan katup buang (Fitri dkk, 2014).

Piston bergerak kebawah, katup hisap terbuka dankatup buang menutup. Campuran udara dan bahan bakardihisap masuk (melalui katup hisap) . Kemudian saat kompresi,piston bergerak keatas kedua katup menutup. Udara dan bahanbakar dimanfaatkan. Sesaat sebelum piston mencapai puncakbusi memercikan bunga api dan membakar campuran oksigendan udara. Tekanan meningkat dan mendorong pistonkebawah (kedua katup menutup) sehingga dapatmenggerakkan mesin. Setelah piston mencapai akhir darilangkah, katup buang membuka piston bergerak keatasmendorong sisa pembakaran keluar menuju knalpot (Suyatno,2011).

Page 27: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 8Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Gambar 2.3 Kerja Mesin Empat Tak (Fitri dkk, 2014)

Simon C. Tung dan Young Huang telah mempelajarimodel dari kenaikan keausan sistem ring piston-silinder bore.Tujuan dari penelitian ni adalah untuk mengembangkan modeldari keausan abrasif untuk sistem ring piston-silinder bore selamaberoperasi. Ada temperatur, beban, oil degradation, kekasaranpermukaan, dan material properties sebagai parameter. Denganmenggabungkan data kekerasan material, model dapat ditemukanpada sistem ring piston/cylinder bore. Setelah eksperimendidapatkan kesimpulan bahwa, berdasarkan laboaturiumsimulator, tiga bagian yang terkena keuasan abrasif telahdikembangkan untuk memodelkan kenaikan keuasan ringpiston/cylinder bore dalam keadaan operasi steady state (Rachanadkk, 2015).

Gambar 2.4 Simulasi Sistem Piston Ring-Cylinder Bore (Simon,2003).

Page 28: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 9Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.2 Pelapisan Permukaan LogamPelapisan logam adalah suatu cara yang dilakukan untuk

memberikan sifat tertentu pada suatu permukaan benda kerja,dimana diharapkan benda tersebut akan mengalami perbaikanbaik dalam hal struktur mikro maupun ketahanannya, dan tidakmenutup kemungkinan pula terjadi perbaikan terhadap sifatfisiknya. Pelapisan logam merupakan bagian akhir dari prosesproduksi suatu produk. Proses tersebut dilakukan setelah bendakerja mencapai bentuk akhir atau setelah proses pengerjaan mesinserta penghalusan terhadap permukaan benda kerja yangdilakukan. Dengan demikian, proses pelapisan termasuk dalamkategori pekerjaan finishing atau sering juga disebut tahappenyelesaian suatu produksi benda kerja.Material coating yangideal digunakan untuk melapisi adalah sebagai berikut:(Supriyani, 2012)

1. Logam pelapis harus lebih tahan terhadap seranganlingkungan dibanding dengan logam yang dilindungi.

2. Logam pelapis tidak boleh memicu korosi setelah melapisilogam yang dilindungi.

3. Sifat mekanik dan fisik seperti kekuatan, ketahanan abrasi,ketahanan korosi, dan sifat termal harus memenuhi kondisioperasi komponen yang bersangkutan.

4. Metode pelapisan harus sesuai dengan metode fabrikasikomponen

5. Tebal pelapisan harus homogen dan tidak mengandung pori

Page 29: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 10Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Tabel 2.1 Propertis dari Berbagai Teknik Pelapisan(ASMHandbook Volume 5, 1994)

TeknikPelapisan

Kec.Partikel(m/s)

Adhesi(MPa)

KandunganOksida(dalamlogam %)

Porositas (%)

LajuDeposisi(kg/jam

DepositKetebalan(mm)

Flame

Arc

Plasma

HVOF

40

100

200-300

600-1000

<8

10-30

20-70

>70

10-15

10-20

1-3

1-2

10-15

5-10

5-10

1-2

1-10

6-60

1-5

1-5

0.2-10

0.2-10

0.2-2

0.2-2

2.3 Thermal Spray

Thermal spray adalah suatu proses pelapisan dimana bahanbaku dipanaskan dan diteteskan ke permukaan. Dalam termalspray, material dapat berupa serbuk, kawat atau batang dandimasukkan ke dalam flame yang dihasilkan oleh spray gun, dimana material akan meleleh dan disemprot secara cepat menujusubstrat yang akan dilapisi. Energi panas dan kinetik dari nyalaapi dapat diproduksi dengan pembakaran campuran bahan bakargas dan oksigen, atau dengan menggunakan sumber daya listrik.Pelapisan thermal spray sering digunakan karena derajatkekerasan yang relative tinggi terhadap pelapisan cat (Setiawandkk, 2013).

Proses wire flame spraying, pada dasarnya konsep prosesnyasama, bentuk material dan spraying gun–nya yang sedikitberbeda, karena material berbentuk kawat (wire). Pada proses inipemakanan dari kawat (wire) dan pengaturan nyala api (flame)harus seimbang untuk menghasilkan penyemprotan lapisan yangmerata dan baik. Adapun skema prosesnya seperti pada Gambar2.5 . Proses flame spraying ini secara luas digunakan karena

Page 30: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 11Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

memiliki biaya yang relatif rendah dan terjadinya kualitaspelapisan yang buruk dapat dicegah, dalam aplikasinya proses inidigunakan dalam hal proteksi korosi pada struktur dan komponen.Tidak terbatas pada material logam saja tapi juga pada materialnonlogam (Haryati, 2010).

Pelapisan dengan metode Thermal Spray digunakan untuk;(i) meningkatkan ketahanan korosi dan ketahanan aus, (ii)perlindungan terhadap elektromagnetik atau elestrostatik, (iii)perlindungan terhadap gangguan frekuensi radio, (iv)metalbuildup, dan (v) kosmetik. Thermal Spray dapat dikategorikanmenjadi 5 proses: (Talib dkk, 2003)

1. Flame arc spraying2. Electric arc spraying3. Plasma arc spraying4. High-velocity Oxy/Fuel (HVOF)5. Detonation GunUntuk pelapisan logam dengan Thermal spray, kekerasan

dan kepadatan lapisan tergantung pada bahan thermal spray, sertajenis peralatan thermal spray. Porositas lapisan tergantung jugapada proses Thermal spray,dan bahan Thermal spray. Arc spraymerupakan metode thermal spray yang sederhana. Dapatdigunakan di tempat dan tingkat cakupan yang relatif tinggidibandingkan proses thermal spray yang lainnya. Wire lebihekonomis dan mudah digunakan daripada serbuk (Setiawan dkk,2013).

Wire-Arc (Arc-Spray) seperti gambar 2.5 menggunakan aruslangsung (direct current) antara dua conducting wires untukmencairkan consumable wires. Dua kawat bermuatan listrikdengan polaritas yang berlawanan dimasukkan ke dalam arc gun.Kabel tersebut dimasukkan ke spray torch. Hal itu membuat panaspada kabel sehingga cukup untuk terus mencairkan kawat saatsampai pada ujung kabel. Tetesan meleleh kemudian mendorong

Page 31: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 12Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

ke permukaan substrat oleh atom gas seperti udara, argon dannitrogen. Proses ini memiliki tingkat deposisi lebih tinggi dariHVOF dan plasma semprot (Talib dkk, 2003).

Gambar 2.5 Proses Wire Arc Spray

Proses pelapisan dengan metode Wire Arc Spray sepertipada gambar 2.5 mudah digunakan, biaya operasi lebih kecil dandapat meningkatkan kinerja serta umur pakai komponen.Perbedaan tingkat porositas dan jumlah inklusi oksida pada hasillapisan akhir merupakan fungsi dari kecepatan partikel cair danlingkungan, udara dan gas inert yang digunakan. Secara khususlapisan menempel dan terikat pada substrat dengan ikatanmekanik (mechanical interlocks) di mana permukaan substrattelah dikasarkan terlebih dahulu dengan grift blasting. Ikatanseperti ini disebut dengan kekuatan ikatan adhesif, sedangkanikatan antara partikel dengan partikel yang sama disebut ikatankohesif (Task, 2013).

Volume-flow rate dari gas atomic dan tekanannya yangdiukur menggunakkan eksternal flow meter (MEM Thru View,Meter Equipment Manufacturing, Inc., OH) dan tekanan terukurdipasang antara flow meter dan gun. Pengukuran ini ditampilkanpada Gambar 2.6 untuk udara sebagai gas atomic. Hal ini dapat

Page 32: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 13Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

diamati dimana volume flowrate naik secara linier terhadaptekanan. Karena percikan busur terjadi di hilir nosel, hubunganini tidak secara signifikan mempengaruhi oleh parameter operasilainnya (i.e. voltage, wfr, wire material). (Abkenar, 2007)

Gambar 2.6 Standard Volumetric Flow-Rate of the AtomizingGas (Dry Air) as a Function of the Upstream Pressure.

2.4 Tribologi

Tribologi adalah ilmu dan teknologi yang interdisiplinertentang interaksi permukaan dalam pergerakan relatifnya. Dengankata lain tribologi adalah pengetahuan tentang gesekan (friction),pelumasan (lubrication) dan aus (wear). Diilhami oleh da Vinci,hukum-hukum fisika mengenai gesekan dirumuskan oleh duailmuwan secara terpisah yaitu Amontons (1699) dan selanjutnya

Page 33: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 14Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Coulomb (1751) dan disebut Hukum Gesekan Amontons-Coulomb. Hukum ini sederhana dan berisi empat butir postulat:

1. Gaya gesekan pada permukaan yang bersentuhanberbanding lurus dengan gaya tegak lurus padapermukaan tersebut.

2. Gaya gesekan tidak bergantung pada luas proyeksipermukaan yang bersentuhan.

3. Gaya gesekan tidak berhubungan dengan kecepatansliding permukaan.

4. Gaya gesekan statis lebih besar daripada gaya gesekandinamis

Postulat 1 dan 2, terbukti melalui penelitian (empricallyproved) akurat untuk gesekan benda padat. Sementara itu,postulat 3 dan 4 dalam beberapa kasus tidak sesuai dengan hasilpercobaan. Selama lebih dari dua ratus tahun hukum gesekan diatas (terutama hukum 1 dan 2) dipakai secara luas dan hampirsemua disain alat mekanik modern menerapkan hukum ini.

Analisa tribology dilakukan untuk mengkaji aspek gesekandan karakteristik keausan dan kontak antara permukaan. (Tarinadkk, 2012). Dari sudut pandang tribological, grey cast ironmenguntungkan sebagai efek pelumasan kering dari fase grafitmaterial yang dapat terjadi ketika kondisi kekurangan oil. Karena,fase grafit dapat bertindak sebagai oil reservoir yang memasokminyak saat kondisi mulai kering (Glaeser, 1992).

Ring piston dan Silinder liner saling bergesekan danmerupakan bagian paling penting dalam Internal Combostion (IC)mesin karena lebih dari 30% konsumsi energi di mesin ICdisebabkan oleh sistem ring piston-silinder liner. Penelitian untukmengatasi kekurangan energi dan meningkatkan efisiensi bahanbakar, penurunan gesekan dan keausan ring piston-Silinder linertelah menarik banyak peneliti menggunakan laser surface texturering piston untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar. Mereka

Page 34: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 15Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

menemukan bahwa laser texturing tidak mengubah komponengas buang, tapi laser textured piston rings bisa mengurangikonsumsi bahan bakar sebesar 4%, dibandingkan dengan yangtidak tekstur. Namun, dalam kondisi korosif, tekstur permukaantidak berperan dalam proteksi kontak ring piston–silinder liner,sehingga coating pada bagian gesekan telah dianggap sebagaimetode yang efektif untuk mengurangi keausan korosif (Yubindkk, 2017).

2.5 Keausan

Keausan (wear) adalah hilangnya materi dari permukaanbenda padat sebagai akibat dari gerakan mekanik (Rabinowicz,1995). Keausan umumnya dianalogikan sebagai hilangnya materisebagai akibat interaksi mekanik dua permukaan yang bergerakslidding dan dibebani. Ini merupakan fenomena normal yangterjadi jika dua permukaan saling bergesekan, maka akan adakeausan atau perpindahan materi yang terjadi antara dua bendayang bergesekan. Keausan terjadi selama operasi karena adanyakontak antar dua permukaan. Untuk ketahanan aus, coatingmerupakan alternatif yang bagus untuk melindungi pemukaanmaterial saat temepartur opeasi tinggi, dan ketika waktu operasiberjalan lama (Torres dkk, 2015).

Pelapisan electroless nickel berdasarkan tipenya telahdiaplikasikan di industri secara luas. Beberapa pelitian telahmenyelidiki aplikasi berbeda dari pelapisan electroless nickel.Mereka meneliti bahwa nickel coating menaikkan sifat tribologidan melindungi permukaan material dalam kontak mekanik. Saatpenambahan, proses coating dapat menghasilkan sifat yangmengurangi stress, untuk memperbaiki ketahanan adhesi dankorosi. Tinjauan tentang mekanisme coating, meyarankanelectroless coating sesuai untuk aplikasikan ketahanan aus dankorosi (Torres dkk, 2015).

Dikenal ada 4 jenis keausan yaitu sebagai berikut :

Page 35: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 16Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

1. Adhesive wear

Adhesive wear adalah jenis yang paling umum, timbulapabila terdapat gaya adesif kuat diantara dua materi padat.Apabila dua permukaan ditekan bersama maka akan terjadikontak pada bagian yang menonjol. Apabila digeser maka akanterjadi penyambungan dan jika geseran dilanjutkan akan patah.Jika patahan tidak terjadi pada saat penyambungan maka yangtimbul adalah keausan dengan mekanisme seperti pada gambar2.7.

Keausan adhesive tidak diinginkan karena dua alasan:

1. Kehilangan materi yang pada akhirnya membawa padamenurunnya unjuk kerja suatu mekanisme.

2. Pembentukan partikel keausan pada pasanganpermukaan sliding yang sangat rapat dapatmenyebabkan mekanisme terhambat atau bahkan macet,padahal umur peralatan masih baru.

Keausan adhesi beberapa kali lebih besar pada kondisi tanpapelumasan dibandingkan kondisi permukaan yang diberikanpelumas dengan baik. Faktor yang menyebabkan adhesive wearadalah kecenderungan dari material yang berbeda untukmembentuk larutan padat atau senyawa intermetalik dankebersihan permukaan. Jumlah keausan melalui mekanismeadhesive ini dapat dikurangi dengan cara, antara lain yaitumenggunakan material keras atau material dengan jenis yangberbeda, misal berbeda struktur kristalnya.

Page 36: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 17Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Gambar 2.7 Tipe Adhesive Wear : a. Microcutting, b.Fracture, c.Fatigue d.Grain Pull-Out. (Stachowiak dan Batchelor 2001)

2. Keausan abrasi (abrasive wear)

Keausan abrasi (abrasive wear) pada gambar 2.8 terjadiapabila permukaan yang keras bergesekan dengan permukaanyang lebih lunak, meninggalkan goresan torehan pada permukaanlunak. Abrasi juga bisa disebabkan oleh patahan partikel kerasyang bergeser diantara dua permukaan lunak. Fragmen abrasifyang ada dalam fluida mengalir cepat juga dapat menyebabkantertorehnya permukaan, jika membentur permukaan padakecepatan tingi. Karena keausan abrasi terjadi oleh adanyapartikel lebih keras dari permukaan masuk sistem, makapencegahannya adalah dengan mengeliminasi komtaminan keras.

Page 37: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 18Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Gambar 2.8 Mekanisme Abrasive Wear (Stachowiak danBatchelor,2001)

Faktor yang berperan dalam kaitannya dengan ketahanan materialterhadap abrasive wear antara lain adalah material hardness,kondisi struktur mikro, ukuran abrasi dan bentuk. Bentukkerusakan abrasif permukaan akibat keausan abrasive, antara lainscratching, scoring dan gouging.

3. Corrosive wear

Keausan korosif terjadi setiap kali gas atau cairan kimiamengenai permukaan yang dibiarkan terbuka oleh prosespergeseran. Biasanya ketika permukaan produk korosi (sepertiplatina) cenderung tinggal di permukaan, sehingga memperlambatlaju korosi. Tapi, jika pergeseran terus menerus terjadi, aksi gesermenghilangkan endapan permukaan yang seharusnya melindungiterhadap korosi lebih lanjut, yang dengan demikian terjadi lebihcepat.

4. Fatigue wear

Kelelahan permukaan biasanya ditemukan pada bendayang menggunakan tekanan tinggi misalnya gerakan rolling,seperti dari roda logam pada trek atau bantalan bola bergulir di

Page 38: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 19Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

mesin. Tekanan menyebabkan pembentukan retakan dibawahpermukaan untuk baik bergerak atau komponen stasioner.Retakan ini tumbuh jika partikel besar yang terpisah daripermukaan dan kemudian terjadi pitting. Surface fatigue adalahbentuk paling umum dari keausan yang mempengaruhi elemenbergulir seperti bantalan atau gigi.

2.6 Diagram Fasa dan Coat Fe-Cr

Peningkatan sifat fisis dan mekanis permukaan material,bisa dilakukan dengan cara mechanical treatment, termo kimia,konversi atau cara coating. Teknik lapis listrik nickel, hardchrome dan nickel-hard-chrome merupakan salah satu tekniksurface treatment bahan, baik untuk bahan konduktor maupun nonkonduktor. Selain sifat dekoratif, keuntungan teknik surfacetreatment juga bisa meningkatkan kekerasan, ketahanan aus, danketahanan korosi (Huang dkk, 2000).

Gambar 2.9 Diagram Fasa FeCr

Page 39: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 20Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Banyak baja dan besi tuang komersial mengandung unsurpaduan penstabil ferrit (Si, Cr, Mo, dan V) dan penstabil austenite(Mn dan Ni). Diagram fasa biner besi-kromium yang ditunjukkanpada Gambar 2.9 juga masih dalam pengaruh kromium sebagaiunsur penstabil ferrit. Pada temperatur solidus, struktur BCCkromium terbentuk sebagai larutan padat d-ferrit. Pada temperaturyang lebih rendah, Fe-g muncul dalam kondisi tertutup (loop)hingga sekitar 11,2% Cr. Dengan kadar karbon yang cukup,paduan besi-kromium dengan kadar 11,2% Cr dapat dikeraskanmelalui perlakuan panas.

Pada temperatur rendah, larutan padat BCC dari ferritmasih ditemukan dalam bentuk a-ferrit. Dalam hal ini, a-ferritsama strukturnya dengan d-ferrit. Tanpa adanya karbon dan kadarkromium melebihi 13%, grade paduan ini tidak dapat dikeraskandan termasuk dalam kategori baja tahan karat. Namun padatemperatur yang rendah, ditemukan fasa sigma yang keras, getas,dan perlu dihindari dalam baja tahan karat (ASM MetalsHandbook vol. 3. 1990).

Berdasarkan komposisi wire coating dengan komposisiFe dan Cr sebesar 64% dan 29%, memberikan kemungkinanterbentuknya fasa intermetalik (Fe-Cr fasa alfa dan Fe-Cr fasasigma) seperti terlihat pada Gambar 2.11. Fasa intermetalik Fe-Crtidak memiliki kekerasan sebesar chrom bromide dan ironbromide, namun berpengaruh terhadap ketangguhan lapisancoating, sehingga tidak mudah terkelupas saat menerima bebankejut (Yuping Wu, dkk, 2006).

2.7 Grey Cast Iron

Cast iron adalah material yang rapuh, tidak dapatdigunakan untuk elemen mesin yang mengalami pembebanankejut (shock loaded). Sifat-sifat yang membuatnya berharga

Page 40: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 21Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

adalah karena harganya murah, karakteristik coran yang baik,kekuatan kompresinya lebih tinggi daripada tegangan tariknya.Variasi cast iron meliputi: grey cast iron, mottled cast iron, Whitecast iron, malleable cast iron, dan alloy cast (Gupta,l982).

Grey cast iron adalah paduan dari besi, carbon, dansilicon yang telah dilelehkan dan dituang ke cetakan untukmemberikan bentuk. Jika besi cair dibiarkan dingin biasanyakarbon keluar dari larutan dan terbentuk serpihan grafit yangmana terdapat pada matriks ferrite/perlit. Grey cast ironmempunyai carbon lebih banyak daripada yang dipertahankandalam larutan padat austenik di temeratur eutektik. Konstituenutama dari dari besi cor kelabu adalah carbon 1,7%-4,5%, dansilikon 1-3%. Presipitasi karbon terbentuk sebagai serpihan grafitatau karbida selama solidifikasi; grafit berkembang saatsolidifikasi berlangsung, memberikan ketajaman, bentuk coranyang baik, sehingga meningkatkan maksimum machineability,tetapi mengurangi ketangguhan daripada grey cast iron. Selainitu, grafit juga berperan sebagi pelumas, meningkatkan ketahananaus. Disisi lain, kehadiran di dalam grey cast iron menghasilkankekerasan dan kerapuhan yang tinggi.

Grey cast iron merupakan besi cor yang paling banyakdigunakan dalam industri. Grafit pada besi cor kelabu terbentukpada saat pembekuan. Proses grafitisasi ini didorong olehtingginya kadar karbon, adanya unsur grafite stabilizer, terutamasilikon,Ti, Ni, Al, Co, Au, Pt, temperatur penuangan tinggi danpendinginan yang lambat (Suardia, 1995).

Piston bergerak cepat bolak balik di dalam silinder linerdibawah tekanan pembakaran. Dinding silinder memandu gerakpiston, menerima tekanan pembakaran, dan menyalurkan panaspembakaran ke bagian luarnya. Daya sebuah motor biasanyadinyatakan oleh besarnya isi silinder tertentu. Permasalahan yangsering dijumpai pada silinder liner ini adalah ketahanan terhadapgesekan yang kurang baik sehingga mempengaruhi lama waktu

Page 41: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 22Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

penggunaan silinder liner tersebut. Bahan dari silinder linerbiasanya dibuat dari besi tuang kelabu (Tjahjono, 2005).

Tabel 2.2 Komposisi material cylinder liner (Ting, 1980).

Type

Composition,wt% (balance iron) Ultimatetensile

strength Hardness, HB

Microstructure

C Si S P Mn Ni Cr Other Mpa

ksi

Sand-castblock and

barrels

3.3 2.1 0.1 0.15

0.6 0.3 0.2 220 32 200 Flake graphite,pearlite matrix,

no freecarbides.Phospideeutecticnetwork

increase withphosphorus

content.Minimum offree ferrite to

minimizescuffing, but

less importantwith increasing

phosphide

San-castliners

3.3 1.8 0.1 0.25

0.8 0.4 230 33 220

Centrifugal gray

cast liners

3.4 2.3 0.06

0.5 0.8 0.4 260 38 250 As for sandcast, but finer

graphitetending toward

rosette orundercooled.

Matrixmartensitic/bainitic if liner ishardened amd

tempered

Page 42: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 23Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Centrifugal castalloyliners

3.1 2.3 0.06

0.3 0.8 0.8 0.3 Vor 1.0Mo

320 46 280 Compactgraphite.

Pearlite matrixwith islands ofalloy carbides.

Ternaryeutectic

phospide withcarbides.

Minimum offree ferrite

ideal but notimportant inpresence of

carbide

Austeniticiron liners

2.9 2.0 0.6 0.3 0.8 14.0

2.0 7.0Cu

190 28 180 Fine flakegraphite with

someundercooled

graphite. Finegrained cored

austenitematrix.complex carbide and

ternaryphosphideeutectic in

brokennetwork

2.8 Karakteristik Thermal Spray Coating

Deposit ketebalan dari semprotan berkisar 0,05mm dan2,5mm. Thermal Spray Coating meningkatkan kekerasan secarasignifikan dibandingkan dengan substratnya dan menampilkanketahanan aus yang superior, tetapi menurunkan keuletan dankekuatan tarik. Thermal Spray untuk tujuan ketahanan ausdiaplikasikan dengan ketabalan 75-380µm dan sering

Page 43: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 24Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

membutuhkan surface finishing dengan kekasaran rata-rata 0,1-1,6µm. Ketika ketebalan yang lebih besar diperlukan untukdesign dimensi tertentu, komponen dicoating dengan nickel based(i.e., alloys 718,625, NiCrMo, or NiCrAl) atau iron based coatinguntuk menambah tujuan tertentu (Handbook of Thermal SprayTechnology, 2005).Electric arc spray juga menawarkan kelebihan jika dibandingkandenga flame spray, yaitu kekuatan ikatan yang tinggi (ASMHandbook,1994).

Tabel 2.3 Perbandingan Metode Proses Pelapisan

Page 44: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 25Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.9 Penelitian Sebelumnya

Berdasarkan penelitian dari Fitrianova Larasati pada tahun2009 yang menggunakan material pelapisan Ni-20Cr denganmetode wire arc spray, menunjukkan bahwa pengaruh jaraknozzle dan tekanan gas pada 300 mm dan 4 bar menunjukkanstabilitas termal yang baik pada temperatur 25-945°C,dikarenakan pada jarak dan tekanan ini oleh hasil coating denganjarak dan tekanan ini memiliki nilai porositas terkecil yaitusebesar 3.177 μm, sehingga memiliki daya lekat sebesar 14 MPadan ukuran kekasaran sebesar 4.64 μm (Fitrianova, 2009).

Penelitian berikutnya mempelajari pengaruh lapisan Ni-Crterhadap kekerasan dan ketahanan aus. Hasil observasimenunjukkan bahwa setelah dilakukan pelapisan dengan teknikpowder flame spray coating menggunakan bahan pelapis Ni-Crmenghasilkan kekerasan permukaan yang cukup signifikandibandingkan dengan tanpa pelapisan yaitu sebesar 536 HVdengan pelapisan dan 206 HV tanpa pelapisan. Distribusikekerasan pada posisi cross-section hasil pelapisan menunjukkankekerasan rata-rata sebesar 536 HV mengingat material pelapis,proses, dan teknik adalah sama. Volume keausan benda uji yangdilapiskan menunjukkan nilai sebesar 12,5x10-3 dibandingkandengan tanpa pelapisan sebesar 67,5x10-3 (Arthana, 2014).

Page 45: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 26Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

Page 46: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Diagram Alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Proses Pelapisan Baja FC 25 dengan FeCrMnNiCSi Variasi JarakNozzle

Pengujian

SEM SurfaceRoughness

Testing

Pull OffBondingTesting

PorosityTest

UjiAbrasif

Analisis Data dan Pembahasan

Selesaii

XRD

Proses Preparasi Permukaan FC 25 dengan Abrasive GritBlasting (Al2O3)

100mm;

150mm; 200mm;

250mm

Persiapan alat dan bahan

Studi Literatur

Mulai

Pengumpulan Data

Microhardness

Page 47: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 28Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.2 Rancangan Penelitian

Tabel 3.1 Rancangan Pengujian Spesimen

3.3 Metode Perancangan

Metode yang dilakukan pada perancangan penelitian iniantara lain :

1. Studi Literatur

Metode ini mengacu pada buku-buku dan jurnal-jurnal,informasi dan penelitian situs industri yang mempelajarimengenai permasalahan korosi, pengaruh tekanan gas dan

Variabeljarak

(mm)

Spesimen SEM DFT XRD AbrasiveTest

Pull OffTest

Roughness

Test

Porositytest

100

A

A - - -

A - - -

150

B -

B - - -

B - - -

200

C -

C - - -

C - - -

250

D -

D - - -

D - - -

Page 48: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 29Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

jarak nozzle pada pelapisan FeCrMnNiCSi coating, denganmetode Thermal wire arc spray.

2. DiskusiPada tahapan ini dilakukan untuk menambah wawasantambahan agar penulis dapat lebih memahami tentang masalahdan solusi penelitian yang dilakukan. Diskusi ini dilakukandengan dosen pembimbing atau dosen mata kuliah terkait.

3. EksperimentalMetode ini dilakukan dengan pengujian langsung sesuaidengan prosedur dan metode yang ada. Pengujian yangdiperlukan dalam ekperimen ini yaitu SEM, XRD, Ujikekasaran permukaan, Abrassive Wear Resistance Test,Porosity Test dan Pull Off Bonding Testing.

3.4 Bahan PenelitianBahan yang digunakan dalam penelitian ini yaitu :

1. Besi Cor Kelabu FC 25Digunakan sebagai material yang diberi perlkuakn atau susbtrateyang akan diberikan proteksi berupa pelapisan permukaan,komposisi besi cor kelabu FC 25 sebagai berikut:

Page 49: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 30Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Tabel 3.2 Komposisi Kimia FC 25 (PT. SURYA LOGAMUNIVERSAL, 2017)

Tabel 3.3 Propertis Mekanik FC 25 (PT. SURYA LOGAMUNIVERSAL, 2017)

Properties Nilai

Tensile Strength (MPa)

Hardness (HB)

Min. 216

229

Komposisi Wt %

C

Si

Mn

Cu

P

3,0-3,7

2,2-2,9

0,2-0,7

Max 0,3

Max 0,1

Ni

Cr

Ti

Al

Fe

Max 0,08

Max 0,08

Max 0,05

Max 0,01

Balance

Page 50: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 31Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

2. Brown Aluminum Oxide (Al2O3)Aluminum oxide 24 mesh digunakan sebagai abrasive gritblasting permukaan yang akan dicoating, berfungsi untukmembersihkan permukaan dan membuat permukaan menjadikasar.

Tabel 3.4 Komposisi Kimia Brown Aluminum Oxide(PearlInternational Material Safety Data Sheet, 2004)

Komposisi Wt.%

Aluminum Oxide (Al2O3)

Titanium Dioxide (TiO2)

Silicon Dioxide (SiO2)

Iron Oxide (Fe2O3)

Others (MgO, CaO, Cr2O3)

96.69%

2.52%

0.44%

0.10%

0,25%

Tabel 3.5 Propertis Brown Aluminum Oxide (Pearl InternationalMaterial Safety Data Sheet, 2004)Crystal Form Alpha-Alumina

True Density 3.95 gr/cm3

Hardness Knoop (100) 2050 kg/mm

Melting Point 2000oC

Colour Brown-Tan

Page 51: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 32Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

4. FeCrMnNiCSi Coat

Tabel 3.6 Komposisi Kimia Metcoloy 2 (Oerlicon MetcoMaterial Safety Data Sheet, 2016)Komposisi Wt%FeCrNiMnCSi

Balance130,50,50,350,25

Tabel 3.7 Properties Wire Coat Metcoloy 2 (Oerlicon MetcoMaterial Safety Data Sheet, 2016)

Properties NilaiKlasifikasiMorfologiWire sizeApparent densityMelting pointService temperature

Alloy, Fe basedSpheroidal or irregular1.6 mm3.1-4.6 g/cm3

1400oC (2550oF)1000oC (1830o)

4. Lem Araldite

Lem ini berfungsi sebagai perekat antara pin dengan spesimenyang akan diuji pull off test. Lem araldite yang berwarna birudigunakan sebagai hardener,sedangkan yang berwarna putihdigunakan sebagai resin.

3.5 Alat Penelitian

Alat yang digunakan dalam penelitian ini sebagai berikut :1. Mesin Gergaji Pita2. Peralatan Abrasive Grit Blasting3. Mesin Arc Spray

Page 52: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 33Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

4. Alat Uji Kekasaran Permukaan5. Mesin Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM)6. Mesin Pengujian X-Ray Diffraction (XRD)7. Alat Uji Keausan Abrasif8. Alat Uji Pull Off Bonding9. Alat Uji Micro Hardness

3.6 Prosedur Penelitian

Untuk mendapatkan hasil yang diharapkan maka dalampenelitian ini dilakukan tahapan-tahapan sebagai berikut :

3.6.1 Preparasi Spesimen FC 25

1. Pemotongan spesimen round bar FC 25 sebanyak 18buah dengan ukuran diameter 45mm dan ketebalan 4 mmmenggunakan gergaji mesin.

2. Sebelum proses pelapisan, permukaan substrat dilakukanabrasive grit blasting untuk membuat permukaan menjadikasar menggunakan aluminum oxide 24 mesh dengantekanan sebesar 7 bar dan jarak nozzle 100 mm. Dalampenelitian ini peralatan abrasive grit blasting yangdigunakan untuk mengasarkan permukaan dari spesimenuji. Menggunakan jenis mesin automatic dengan merkdagang NORBLAST by Norexo dengan tipe NOB35CE.Adapun spesifikasi peralatan dapat dilihat pada Tabel 3.8.

Gambar 3.2 Mesin Sand Blasting

Page 53: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 34Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Tabel 3.8 Spesifikasi Peralatan Abrasive Grit Blasting TipeNOB35CE (NORBLAST by Norexo Specification Datasheet,2015)

Spesifikasi Keterangan

CapacityPipe WorkGrit Blasting house diaRemote control handleHose lengthConnector NozzleFilterHose Nozzle (As Required)Pressure (for steel)Required air for nozzle 3/8Required AbrasiveRequired H.P

35 Liters½”

13 mmPneumotic

10 m½” threaded

Vortex Air Conditionig3/8” (9 mm)

7 Bar5 m3 min/200 cfm

478 kg/hour39

3.6.2 Proses Pelapisan

Gambar 3.3 Proses Pelapisan Wire Arc Spray (SulzerMetco,2013)

Page 54: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 35Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Setelah melakukan surface preparation dengan abrisivegrit blasting. Melakukan spray alat peapis seperti Gambar 3.3dengan material coat wire FeCrMnNiCSi Metco 8450dengan:

1. Tekanan gas : 4,5 bar2. Jarak nozzle : 100mm, 150mm, 200 mm,

250mm3. Sudut nozzle : 90º4. Arus listrik : 145Ampere5. Voltase : 26,7Volts

Proses wire arc spray menggunakan 2 wire satudisebelah kiri dan yang lain di sebelah kanan,wireFeCrMnNiCSi pertama dialiri oleh arus positif, sedangkanFeCrMnNiCSi wire kedua dialiri oleh arus negatif, yangmenyebabkan kedua wire menimbulkan percikan danmelelehkan FeCrMnNiCSi di dalam spray gun yang. Setelahitu, lelehan FeCrMnNiCSi diberikan udara bertekanan yangmengakibatkan percikan (splats) FeCrMnNiCSi terlempardari spray gun dan terdeposisi di permukaan substrat besi corkelabu FC25.

Mesin yang digunakan untuk melakukan sprayingFeCrMnNiCSi wire adalah TAFA 9000 Electrical Wire-ArcSpraying Machine. Adapun spesifikasi lengkap dari mesintersebut dapat dilihat pada Tabel 3.9.

Page 55: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 36Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Tabel 3.9 Spesifikasi Mesin Aplikasi Arc Spray (PraxairTAFA, 2012)

Spesifikasi Keterangan

Input Ampere

Input Voltage

Input Frequency

Output Ampere

Output Voltage

Duty cycle (at full Ampere)

Cooling

Atomizer Air

Size Wire

Feed Speed

Wire Feed Pressure

< 23 A

200 V

50 - 60 Hz

100 – 125 A

18 – 30 V

100%

Ambient Air

3 – 4 Bar

1,6 – 2,5 mm

Depend on materialMax. 40 kg/h for Tin

2 Bar

3.6.3 Proses Pengujian dan AnalisisPada tahapan ini akan dilakukan beberapa pengujian

untuk mendapatkan data yang sesuai dengan tujuan daripenelitian. Kemudian dilakukan analisis dari data yangsudah didapat untuk memperoleh karakteristik dari masing-masing spesimen. Pengujian yang dimaksud antara lain :

Page 56: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 37Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

1. Uji Kekasaran Permukaan

Gambar 3.4 Alat Uji Kekasaran

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui nilaikekasaran permukaan sampel yang telah dicoating.Pengujian ini menggunakan 4 sample dengan ukuran 4.5 cmx 4.5 cm. Pengujian ini menggunakan alat uji surfaceroughness tester SJ-301 user’s manual Mitutoyu sepertiGambar 3.4 dengan standard JIS20 (dalam satuan mikrometer).

Mekanisme kerja surface roughness tester inimenggunakan stylus traces pada permukaan spesimen. Stylustraces ini berfungsi untuk mengukur kekasaran permukaanbenda yang disentuh,stylus trace akan melakukanpengukuran sepanjang permukaan benda uji. Hasil yangdidapat akan berupa angka secara kuantitatif yangmenunjukkan kekasaran permukaan spesimen.

Page 57: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 38Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

2. Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM)

Gambar 3.5 Alat Uji SEMPengujian Scanning Electron Microscopy (SEM)

menggunakan mesin merek FEI Inspect S-50 Gambar 3.5.Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui morfologipermukaan dan ketebalan lapisan dari penampang substratsetelah mengalami proses abrasive grit blasting, dankemudian dilapisi dengan material coat FeCrMnNiCSi . Mekanisme pengamatan SEM :

1. Menyiapkan sampel yang akan diamati, yaitu 6sampel setelah proses pelapisan.

2. Meratakan permukaan cross section yang akandiamati SEM dengan menggunakan kertas amplas.

3. Merekatkan sampel yang akan diuji denganmenggunakan selotip karbon pada tempat sampel,hal ini dilakukan agar ketika pengamatan sampeltidak akan tergelincir saat proses vacuum.

4. Memasukkan sampel ke dalam alat pengujianSEM.

5. Mengamati hasil gambar dari sampel denganmencari lokasi dan ukuran yang diinginkan.

6. Mengambil gambar yang diinginkan setelahditemukan yang sesuai.

Page 58: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 39Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3. Pengujian X-Ray Diffraction (XRD)

Gambar 3.6 Alat Uji XRDX-Ray Difraction adalah digunakan untuk mengetahui

unsur dan senyawa yang terbentuk substrat dan hasil coating.Data hasil XRD berupa grafik dengan puncak internsitasterhadap 2θ. Data XRD ini digunakan untuk perhitungankomposisi unsur dan senyawa. Pengujian XRD inimenggunakan alat merk Xper pro panlythical. Mekanisme Pengamatan XRD :

1. X-Ray (sinar X) di tembakkan dari X-Ray source kesampel.

2. Hasil dari tembakan akan dipantulkan menuju X-Ray detector untuk dikonversikan dalam bentukkurva agar dapat dianalisis.

4. Pengujian Microhardness Vickers

Gambar 3.7 Alat MicroHardness

Page 59: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 40Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui distribusikekerasan fasa pada lapisan coating. Berikut prosedurpengujiannya :1. Meletakkan sampel (material) pada landasan.2. Mikroskop difokuskan melalui pengatur kasar.3. Area penjajakan pada sampel ditentukan dengan

memutar spindel mikrometer.4. Memberi beban sebesar 500 gf terhadap permukaan

sampel selama 30 detik.5. Mengukur diameter jejakan arah horisontal (d1)

dan diameter jejakan arah vertikal (d2).6. Nilai kekerasan secara otomatis muncul pada layar

monitor.

7. Pengujian Keausan Abrasif

Gambar 3.8 Alat Uji Abrasif

Pengujian Abrassive wear resistance dilakukan untukmengetahui ketahanan aus dari spesimen yang telahdicoating dengan alat seperti Gambar 3.8. Pengujian inidilakukan dengan menggunakan metode rotation discmengacu pada prinsip JIS H-8503 Methods of WearResistance Test for Metallic Coating. . Prinsip kerja daripengujian adalah dengan menggesekkan spesimen dengan

Page 60: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 41Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

material abrasif, sesuai dengan prinsip kerja dari cylinderliner dan ring piston tersebut. Untuk mnghitung ketahananabrasif digunakan rumus:= : ( 1 − 2)..............................................(3.1)

Keterangan:WR= Wear Resistance (times/mg)w1=massa sebelum diuji (mg)w2=massa setelah diuji (mg)N= banyaknya rotasi dalam sekali uji (times)

Mekanisme pengujian keausan:1. Memasang spesimen uji pada pemegang spesimen

dengan posisi tegak lurus terhadap permukaanspecimen dengan posisi tegak lurus terhadappermukaan datar piringan.

2. Memasang beban sebagai gaya penekan specimen,dengan besarnya beban yang konstan.

3. Menghidupkan saklar power dari alat uji.4. Mengembalikan saklar motor penggerak piringan

pada posisi off.5. Melepaskan beban penekan spesimen.6. Melepaskan specimen dan dibersihkan, kemudian

ditimbang kembali untuk mengetahui massa yanghilang setelah pengujian.

7. Mengulang kembali prosedur diatas untuk pengujianselanjutnya.

8. Data di hitung menggunakan rumus (3.1).

Page 61: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 42Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

8. Pengujian Pull Off Bonding

Gambar 3.9 Alat Uji Pull Off Bonding

Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui daya lekatcoating terhadap substratnya dengan alat seperti gambar 3.9..Pengujian ini menggunakan lem Araldite yang berfungsisebagai perekat antara pin dengan spesimen yang akan diuji.Pengujian akan berhenti ketika lem sudah terlepas darispecimen, dengan menarik sebagian permukaan coating.Nilai dari kelekatan akan ditunjukkan dari alat dalam satuanMPa. Mekanisme pengujian pull off bonding :

1. Pin atau holder dipusatkan pada permukaancoating dengan bagian pembebanan.

2. Memutar roda pegangan searah jarum jamkemudian menurunkan grip sehingga grip beradadibawah bagian pembebanan.

3. menyejajarkan ketiga alas pemutar dari tripodsehingga alat tersebut akan menarik permukaancoating secara tegak lurus pada cincin bearing.

4. Mengubah indikator gaya pada tester ke posisi nol.5. Memeberikan Beban tarik pada bagian

pembebanan kemudian meambah beban hinggamaksimum atau hingga sistem tersebut putus. Skalaperalatan menunjukkan tegangan langsung dalamsatuan MPa.

Page 62: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 43Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

6. Mencatat nilai tertinggi yang didapatkan denganmembaca angka sepanjang indikator penarikan.

9. Pengujian Apparent Porosity

Perhitungan apparent porosity dilakukan untuk mengatahuipersentase porositas lapisan coating FeCrMnNiCSi. Porositasdapat didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah volumeruang kosong (rongga pori) yang dimiliki oleh zat padat terhadapjumlah dari volume zat padat itu sendiri. Porositas suatu bahanpada umumnya dinyatakan sebagai porositas terbuka atauapparent porosity, dan dapat dinyatakan dengan persamaan :

AP= 100% ..............................................(3.2)

dimana:W : Berat kering di udara (gram)D : Berat awal (gram)S : Berat basah dalam air (gram)

Untuk mengetahui nilai porositas, maka pertama kalidilakukan pengujian densitas. Pengujian densitas menggunakanneraca digital. Langkah-langkah yang dilakukan dalam pengujiandensitas adalah :

1. Menyiapkan spesimen setelah di lakukan pelapisan.2. Mengkalibrasi neraca digital supaya tepat dititik nol.3. Menimbang spesimen kering dan di ulangi penimbangan

sampai tiga kali untuk memperoleh massa rata-rata.4. Setelah di dapatkan berat spesimen kering kemudian

memasukkan spesimen kering kedalam air dan menimbangdengan neraca digital.

5. Mengulangi penimbangan di dalam air sampai tiga kali untukmemperoleh massa rata-rata.

Page 63: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 44Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

6. Data yang telah didapatkan kemudian dihitung menggunakanrumus (3.2).

Page 64: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

BAB IV

ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Preparasi Sampel dan Proses Pelapisan

Pada proses pelapisan Wire Arc Spray dilukukanpreparasi spesimen sebelum pelapisan berupa Abrasive GritBlasting dengan tujuan membersihkan permukaan substrat daripengotor dan untuk memberikan kekasaran pada subtratmenggunakan alumunium oxide 24 mesh agar didapatkankelekatan hasil coating yang baik.

Gambar 4.1 Permukaan Grey Cast Iron FC25 (a)Sebelum dan(b)Setelah dilakukan Abrasive Grit Blasing

Gambar 4.1 menunjukkan hasil proses abrasive gritblasting memiliki warna abu-abu. Permukaan spesimen yang telahdilakukan abrasive grit blasting memiliki bentuk yang lebih kasar.Semakin kasar permukaan mengakibatkan ikatan interlockingyang terbentuk meningkat (Pawlowski,2008).

Nilai hasil pengujian kekasaran permukaan yang dilakukanpada permukaan material substrat FC25 sebelum proses abrasivesand blasting adalah 31,375μm, sedangkan setelah dilakukanproses abrasive grit blasting adalah 109,6μm. Hal ini

A B

Page 65: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 46Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

menunjukkan bahwa setelah melakukan abrasive sand blastingnilai kekasaran dari permukaan substrat meningkat.

Setelah melakukan proses abrasive grit blasting dilanjutkandengan proses pelapisan FeCrMnNiCSi menggunakan tekanan4,5 bar dan variasi jarak spray. Jarak spray yang digunakanadalah 100 mm, 150 mm, 200 mm, dan 250 mm.

4.2 Hasil Analisis Pengujian SEM/EDS (Scanning ElectronMiroscope/ Energy Dispesion Spectroscopy)4.2.1 Morfologi Permukaan Lapisan Coating

Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) denganperbesaran 1000x pada permukaan hasil coating digunakan untukmengetahui morfologi permukaan pada variasi jarak spray100mm, 150mm, 200mm dan 250mm.

Pada Gambar 4.2 (a) menunjukkan permukaan yang palingkasar karena terlihat adanya partikel-partikel dengan butir yangtidak tersolidifikasi secara sempurna berukuran besar. Gambar 4.2(b) memperlihatkan kondisi yang lebih baik daripada (a) karenapartikel yang dihasilkan berukuran lebih kecil sehinggapermukaan yang dihasilkan lebih halus. Semakin bertambahnyajarak spray ukuran partikel yang terbentuk pada permukaansemakin halus seperti pada gambar (c) sehingga tampakpermukaan paling halus pada gambar (d) karena menghasilkanpartikel paling halus.

Partikel yang besar cenderung membentuk droplet dalamukuran besar dengan tingkat volume yang partikel yang melelhrendah atau meleleh sebagian (Sobolev, 1997). Semakin dekatjarak nozzle yang digunakan menghasilkan permukaan yangkurang rata dan halus. Hal ini disebabkan karena partikel-partikel belum meleleh secara sempurna, sehingga ketikamencapai permukaan substrat bentuk partikel tersebut masihbulat. Bulatnya bentuk partikel bisa menghasilkan ronggapada permukaan hasil coating sehingga nilai kekasaran danporositasnya akan semakin besar (Ozkan, 2005).

Page 66: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 47Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.2 Morfologi Permukaan Coating Hasil SEMPerbesaran 1000x dengan Jarak Spray (a)100mm, (b)150mm,

(c)200mm, dan (d)250mm

4.2.2 Morfologi Penampang Lintang dan KetebalanLapisan Coating

Analisis ketebalan coating ditinjau dari crosss sectionspesimen agar terlihat batas antara substrat dan coating. PadaGambar 4.3 memperlihatkan ketebalan coating yang ditinjaudengan SEM perbesaran 500x dengan variasi jarak spray

A B

C D

Page 67: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 48Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.3 Ketebalan coating dengan perbesaran SEM 500x

Tabel 4.1 Ketebalan Coating dengan Variasi Jarak Spray

Jarak (mm) Ketebalan (µm)

100 238,766150 194,267200 156,567250 169,100

A B

C D

Page 68: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 49Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.4 Data Hasil Ketebalan Lapisan Coating

Ketebalan surface yang tidak uniform seperti Gambar 4.3,perlu dilakukan pengukuran dengan menarik 3 garis dari interfacesampai permukaan coating sehingga didapatkan rata-rata nilaiketebalan coating setiap variasi jarak spray. Dapat dilihat daritabel 4.1 bahwa ketebalan tertinggi pada variasi jarak yaitu100mm sebesar 238,766 µm karena dengan kecepatan tinggi danjarak yang relatif dekat banyak droplet yang mengenai substratdibandingkan variasi jarak spray lainnya, namun Gambar 4.4memperlihatkan pada jarak spray 200mm justru nilai ketebalanlebih rendah dibandingkan variasi jarak spray 250mm haltersebut dikarenakan pada variasi jarak spray terjauh partikel telahtersolidifikasi terlebih dahulu menyebabkan bentuk droplet yangbulat sehingga ketebalannya bertambah tinggi.

238.766194.267

156.567 169.1

10

20

40

80

160

320

100 150 200 250

Kete

bala

n (µ

m)

Jarak (mm)

Page 69: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 50Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

A

B

Page 70: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 51Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.5 Cross Section Spesimen hasil coating JarakSpray (a)100mm, (b)150mm, (c)200mm, dan (d)250mm

Berdasarkan hasil pengujian Scanning Electron Microscope(SEM) pada Gambar 4.5 terlihat morfologi penampang melintanghasil coating dengan perbesaran 500x dengan variasi jarak spray100 mm, 150mm, 200mm, dan 250mm. Dapat dilihat bahwa tiapvariasi jarak spray terdapat titik gelap yang telah ditandai sebagaiporositas. Pada proses thermal spray terdapat beberapa penyebabterbentuknya porositas. (1) Terdapat oksigen yang terjebak pada

C

D

Page 71: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 52Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

lapisan coating dikarenakan jarak spraying yang terlalu jauh,menyebabkan oksida terbentuk secara prematur sebelummencapai permukaan substrat, menyebabkan terbentuknyamaterial unmelt dan cenderung diikuti porositas. (2) Tumpukkanlamellar tipis yang menyusun coating pada setiap ujung daridroplet yang tipis membuat terbentuknya porositas (Pawlowski,2008).

Bagian interface merperlihatkan beberapa daerah unmeltyang sebagian besar berada di interface antara substrat dancoating. Bagian interface B, C, D Gambar 4.5 terlihat batas yangtidak lurus dikarenakan adanya material coating yang melelehhingga samping substrat.

4.2.3 Pengujian EDS (Energy Dispesion Spectroscopy)

Analisis ini dilakukan untuk mengetahui komposisi unsurdari spesimen yang telah dicoating menggnakan ScanningElectron Microscope (SEM) dan Energy Dispersion Spectrometry(EDS). Hasil dari pengujian berupa persebaran partikel denganwarna yang berbeda sesuai dengan unsur seperti pada Gambar4.6-Gambar4.9 sehingga didapatkan komposisi presentasi unsurspesimen coating yang dapat dilihat pada table 4.2.

Tabel 4.2 Presentase Massa Unsur Spesimen CoatingUnsur 100mm

(% Massa)150mm(% Massa)

200mm(% Massa)

250(% Massa)

COAlSiCrMnFeNi

05.1208.1104.6602.6606.4100.7072.1100.21

07.8507.35

-02.9505.1301.8874.0400.81

06.1507.4503.3503.7703.1101.8473.0601.26

05.6406.5203.5202.9205.9901.3073.1500.97

Page 72: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 53Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.6 Mapping Cross Section Jarak Spray 200mm

Page 73: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 54Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.7 Mapping Cross Section Jarak Spray 150mm

Page 74: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 55Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.8 Mapping Cross Section Jarak Spray 200mm

Page 75: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 56Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.9 Mapping Cross Section Jarak Spray 250mm

Page 76: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 57Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Dari hasil uji SEM/EDS, dapat diketahui unsur –unsuryang terbentuk pada cross section coating adalah C, O, Al, Si, Cr,Mn, Fe, dan Ni. Sesuai tabel 4.9 dengan unsur yang samadidapatkan hasil presentase komposisi yang berbeda setiap variasijarak spray.

Pada Gambar 4.6 Variasi jarak spray 100mm nampakbahwa unsur C berkoloni pada interface serta sebagian kecilmenyebar di cross section substrat dan coating. Persebaran unsurO menyebar merata pada cross section bagian coating terutama disekitar interface, munculnya unsur O dikarenakan prosespelapisan yang dilakukan pada kondisi tidak vakum serta faktordari gas yang . Persebaran unsur Cr terlihat rapat dan terdistribusimerata hanya pada cross section bagian coating. Kemudiantampak bahwa unsur Fe terdistribusi rapat dan merata padaseluruh bagian cross section karena Fe merupakan unsur yangmendominasi dengan kadar komposisi tertinggi.

Pada Gambar 4.7 variasi jarak spray 150mmmenunujukkam bahwa persebaran unsur C berkoloni di interfaceserta sebagian kecil tersebar di substrat dan coating. Untuk UnsurO tersebar didaerah coating hingga sekitar interface. PersebaranUnsur Cr terdapat pada bagian coating. Kemudian Unsur yangmendominasi adala Fe karena memiliki persebaran merata padaseluruh bagian cross section.

Pada Gambar 4.8 variasi jarak spray 200mmmenunujukkam bahwa persebaran unsur C tersebar merata diseluruh cross section namun intensitas kerapatannya tidaksetinggi Fe dan terdapat sedikit unsur C yang berkoloni di bagianinterface. Untuk Unsur O tersebar didaerah coating hingga sekitarinterface dan sebagian kecil dari substrat. Persebaran Unsur Crterbanyak terdapat pada bagian coating dan sebagian menyebar disubstrat. Kemudian Unsur yang mendominasi adala Fe karenamemiliki persebaran merata pada seluruh bagian cross section.

Page 77: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 58Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Pada Gambar 4.9 variasi jarak spray 250mmmenunujukkam bahwa persebaran unsur C berkoloni di bagianinterface serta sebagian menyebar pada coating dan substrat.Untuk Unsur O tersebar didaerah coating hingga sekitar interfacedan terdapat sedikit unsur O di substrat. Sedangkan persebaranunsur Cr hanya terdapat pada bagian coating. Kemudian unsuryang mendominasi adala Fe karena memiliki persebaran meratapada seluruh bagian cross section dengan kerapatan titik mappingO di substrat lebih tinggi dibandingkan pada bagian coating .

Terlihat bahwa terdapat kandungan Al pada variasi jarakspray 100mm,200mm, dan 250mm karena menggunakkan pastaalumina pada proses polishing cross section sebelum dilakukanEDS sehingga tampak unsur Al terjebak didaerah poros daninterface. Selain itu tabel 4.2 menunujukkan adanya kandungan Oyang sebelumnya tidak ada pada komposisi coating maupunsubstrat, hal ini dikarenakan proses pelapisan dilakukan padakondisi tidak vakum dan penggunaan gas yang bertekanan tinggiuntuk mendorong feed keluar dari nozzle dan mengenai substrat.

Unsur C berkoloni dan sebagian menyebar di crosssection serta unsur Cr yang terdapat dibagian cross sectioncoating menyababkan over lapping di bagian permukaan antaratitik mapping Cr dan C. Sementara itu, unsur O berkoloni dansebagian menyebar di coating hingga sekitar interface serta unsurFe terdapat diseluruh cross section menyababkan adanya overlapping di bagian coating hingga sekitar interface antara titikmapping Fe dan O. Over lapping juga terjadi pada unsur Fe danNi karena kedua unsur tersebut secara merata tersebar diseluruhcross section dengan titik mapping Fe lebih rapat dibanding Ni.

4. 2.4 Analisis Area Poros Menggunakan Software Image JA. Analisis Area Poros pada Permukaan Coating

menggunakan Sofware ImageJUntuk mengetahui morfologi permukaan hasil coating

dilakukan pengujian SEM (Scanning Electron Microscope).

Page 78: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 59Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Hasil SEM permukaan perbesaran 100x digunakan untukmenguji area poros permukaan spesimen dengan menggunakansoftware Image J. Penampang hasil Image J dapat dilihat padaGambar 4.10

Gambar 4.10 Analisis Area Poros Surface Coating VariasiJarak Spray (a)100mm, (b)150mm, (c)200mm, dan

(d)250mm

Warna merah menunujukkan area poros pada permukaancoating. Pada gambar 4.10 menunjukkan spesimen saatperbesaran 100x dengan variasi jarak (a)100mm menunjukkanporositas yang paling tinggi, sedangkan variasi jarak (b)150mmmempunyai porositas yang lebih tinggi daripada spesimen denganjarak spray (c)200mm, dan variasi jarak (d)250mm memiliki areaporos terluas. Analisis Gambar 4.10 dapat dibuktikan denganpresentase area poros pada tabel 4.3 berikut

A B

C D

Page 79: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 60Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Tabel 4.3 Presentase Area Poros Surface Coating

Variasi Jarak(mm)

Area Poros(%)

100150200250

7,3277,2907,1647,110

Gambar 4.11 Presentase Area Poros Surface Coating

B. Analisis Area Poros Pada Cross Section menggunakanSofware ImageJPengujian Scanning Electron Microscope (SEM)

dilakukan untuk mengetahui morfologi penampang lintang (crosssection) yang terbentuk diantara substrat dan lapisan coating.Selain itu hasil dari SEM Morfologi dapat digunakan untuk

7.327 7.29 7.164 7.11

5

10

100 150 200 250

Area

Por

os (%

)

Jarak (mm)

Page 80: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 61Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

mengamati area poros yang terbentuk menggunakan softwareImageJ pada cross section spesimen coating dengan perbesaran500x. Hasil area poros terlihat pada Gambar 4.12

Gambar 4.12 Analisis Area Poros Cross-Section Jarak Spray(a)100mm, (b)150mm, (c)200mm dan (d)250mm

Tabel 4.4 Hasil Area Poros Cross Section menggunakkan ImageJ

Jarak (mm) Area Poros (%)100150200250

8,1077,6627,0727,026

A B

C D

Page 81: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 62Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.13 Presentase Area Poros Cross Section SpesimenCoating

Sesuai Tabel 4.4 bahwa presentase area poros tertinggiada pada variasi jarak spray 100mm sebesar 8,107% dan palingrendah pada variasi jarak spray 250mm. Gambar 4.13menunjukkan terjadinya penurunan presentase area poros padajarak spray yang semakin jauh.

4.3 Analisis Apparent Porosity

Apparent porosity adalah hubungan dari pori yangterbuka dengan bulk volume yang dinyatakan dalam persen(Handbook of Thermal Spray Technology, 2005). Pengujianporositas ini dilakukan secara manual menggunakan prinsiparchimedes, yaitu spesimen yang telah dicoating dicelupkan kedalam aquades untuk mengetahui massa awal, massa basah, danmassa kering di udara sehingga didapatkan presentase nilaiporositas. Hasil presentase porositas ditunjukkan pada tabel 4.5.

8.107 7.662 7.072 7.026

1

2

4

8

100 150 200 250

Area

Por

os (%

)

Jarak (mm)

Page 82: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 63Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Tabel 4.5 Presentase Apparent Porosity

Jarak (mm) Porositas (%)

100150200250

14,634110,4167

7,21655,4974

Sesuai tabel 4.5 bahwa presentase porositas tertinggiadalah pada jarak 100mm yang merupakan jarak terdekat denganporositas sebesar 14,6341% dan presentase porositas terkecil padajarak spray terjauh yaitu 250mm dengan porositas sebesar 5,4974.Naiknya jarak spray menuju substrat diikuti dengan turunnya nilaiporositas. Semakin besar jarak spray dan tingginya tekanan gasakan memperkecil ukuran splat (Daengmool,2006). Apabila jarakyang digunakan terlalu dekat dan terlalu jauh maka porositas yangdihasilkan akan membesar karena adanya partikel yang tidakmelebur atau telah tersolidifikasi sebelum mancapai substrat(Ozkan,2004)

Porositas dalam lapisan juga dapat menyebabkan generasifragmen lapisan untuk melepaskan diri dan menjadi bagian yangabrasif, yang dapat meningkatkan laju keausan pada lapisan.Tetapi disalah satu sisi porositas dapat sebagai penampungpelumas (Arthana, 2014).

4.4 Analisis XRD (X-Ray Difraction)X-Ray Diffraction (XRD) digunakan untuk analisis

pengujian fasa atau senyawa pada material dan juga karakterisasikristal. Hasil dari pengujian ini berupa grafik dengan puncakintensitas dan data 2θ.

Page 83: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 64Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.14 Hasil XRD sampel coating FeCrMnNiCSi jarakspray 200mm

Gambar 4.14 menunjukkan hasil XRD pada material hasilcoating FeCrMnNiCSi jarak spray 200mm dan tekanan 4,5 bar.Diketahui intensitas tertinggi adalah Fe pada posisi 2θ 44,7594.Hal ini terjadi karena Fe merupakan kandungan dasar darimaterial coat maupun substrat. Peak berikutnya menunjukkansenyawa Cr7C3 yang berhimpit dengan senyawa FeNi pada posisi2θ 82,2736, hasil persebaran titik mapping memperlihatkanbahwa terjadi overlapping unsur Cr dengan C dan Fe dengan Ni.Kemudian, peak dari senyawa Fe2O3 terbentuk pada posisi 2θ35,7016; dari data EDS dapat dilihat bahwa unsur Fe dan O jugaterdapat over lapping sehingga memungkinkan terbentuk senyawadibagian tersebut.

Proses wire arc spray menggunakan thermal untukmelelehkan wire yang akan disemprotkan kepermukaan. Proses

=Fe2O3

=Fe

=Cr7C3

=FeNi

Page 84: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 65Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

ini menggunakan udara sebagai gas untuk mengalirkan lelehanmaterialnya sehingga memungkinkan terjadi oksidasi padamaterial ketika proses pelapisannya (Shauma, 2016).

4.5 Pengamatan Kekasaran pada Permukaan Coating

Pengujian kekasaran dilakukan pada permukaan untukmengetahui morfologi dari material coating FeCrMnNiCSi.Permukaan coating terdiri dari 4 sample dengan variasi jarak100mm, 150mm, 200mm, dan 250mm menghasilkan nilaikekarasan berbeda seperti pada tabel 4.6

Tabel 4.6 Hasil Uji Kekasaran

Jarak (mm) Kekasaran (µm)

100 189,665150 177,999200 177,330250 171,167

Tabel 4.6 merupakan nilai kekasaran pada permukaanspesimen hasil coating dengan variasi jarak spray 100mm,150mm, 200mm, dan 250mm. Pada tabel 4.6 jarak spray 100mmmemiliki nilai kekasarannya paling tinggi. Jarak 150mm memilikiporositas yang lebih rendah dan permukaan yang lebih halus yangmenyebabkan nilai kekasarannya lebih rendah dibandingspesimen jarak spray 100mm. Jarak 250mm memiliki nilaikekasaran terkecil dibandingkan spesimen variasi jarak lainnya.Nilai kekasaran yang beragam terjadi karena pada jarak yangdekat partikel belum melting secara sempurna saat mengenaipermukaan substrat sehingga menimbulkan splat partikel bulatberukuran besar pada proses solidifikasi, sedangkan jikadibandingkan dengan jarak yang lebih jauh nilai kekasarannyasemakin kecil karena partikel mempunyai waktu lebih lama untukmelting dengan begitu splat yang terbentuk lebih kecil dan halus.Bulatnya bentuk partikel yang dihasilkan akan menghasilkan

Page 85: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 66Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

rongga pada permukaan coatingnya sehingga nilai porositas dankekasarannya akan semakin besar.

Thermal Spray terbentuk dari deposisi molten dropletpada substrat yang solid. Molten droplet merata karena impact,sehingga droplet menyatu dan membeku membentuk lapisanpadat. Bentuk dari splat pipih adalah akibat dari kekasaran dantemperatur substrat serta kecepatan benturan droplet (Rajeev,2003).

Ketidak seragaman ukuran partikel menyebabkanhasil pelapisan menggunakan teknik thermal spray akanmenghasilkan permukaan yang tidak rata, sehinggadiperlukan proses permesinan jika menginginkan permukaanhasil pelapisan yang halus (Arthana, 2014).

4.6 Analisis KekerasanPengujian ini dilakukan untuk mengetahui distribusi

kekerasan fasa pada lapisan coating. Pengujian kekerasan lapisancoating menggunakan microhardness vicker tester (Model402MVD S/N “V2D531”), nilai kekerasan didapatkan denganmengambil rata-rata dari tiga titik indentasi bagian permukaanhasil coating. Beban yang digunakan sebesar 500 gf denganwaktu indentasi selama 30 detik. Data hasil pengujianmicrohardness ditampilkan pada Tabel 4.7

Tabel 4.7 Hasil Pengujian Kekerasan Spesimen

Jarak (mm) Kekerasan (HV)

100 513,80150 537,90200 550,63250 553,47

Page 86: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 67Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.15 Hasil Data Kekerasan Spesimen Coating

Pada Gambar 4.15 kekerasan terendah ditunjukan padajarak spray 100mm yaitu sebesar 513,80HV dan terus meningkathingga mencapai kekerasan tertinggi pada jarak spray 250mmsebesar 553,47HV. Hal ini terjadi karena pada jarak yang dekatpartikel belum melting secara sempurna saat mengenaipermukaan substrat sehingga menimbulkan splat partikel bulatberukuran besar pada proses solidifikasi, sedangkan jikadibandingkan dengan jarak yang lebih jauh mempunyai waktulebih lama untuk melting dengan begitu splat yang terbentuk lebihkecil dan halus sehingga kerapatannya lebih tinggi.

Penlitian Setiawan tahun 2013 menunjukkan bahwapermukaan coating pada variasi jarak spray 200mm (variasi jarakspraying terjauh) memiliki kerapatan yang tinggi. Kerapatanpermukaan dan porositas coating berperan dalam meningkatkannilai kekerasan. Pada variasi jarak yang digunakan tidakmenunjukkan adanya perubahan yang signifikan. Namun tetapadanya sebuah perbedaan dari variasi jarak tersebut. Hal iniseperti dengan penelitian yang menunjukkan bahwa jarak sprayadalah parameter penting yang berpengaruh signifikan terhadapkekerasan, porositas dan kekasaran coating (Setiawan, 2013)

513.8537.9

550.3 553.47

400

450

500

550

600

100 150 200 250

Keke

rasa

n (H

V)

Jarak (mm)

Page 87: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 68Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

4.7 Analisis Pengujian Pull Off BondingPengujian pull off bonding ini bertujuan untuk mengetahui

kekuatan lekat antara permukaan coating dengan substrat.Pengujian dilakukan dengan menempelkan pin (dolly) padapermukaan coating yang direkatkan dengan lem araldite,kemudian dilakukan penarikan dengan alat uji hingga pin terlepasdari permukaan coating dan menarik sebagian lapisan coating.Nilai yang terukur (MPa) pada alat uji itulah yang menunjukkankekuatan lekat lapisan coating. Pada Tabel 4.8 menunjukkan hasilkekuatan lekat pada masing-masing spesimen yang telahdicoating dengan variabel jarak spray.

Tabel 4.8 Nilai Kelekatan Spesimen Hasil Coating

Jarak (mm) Percobaan Rata-rata (MPa)

100 11,54

15,74 13,10

12,03

150 16,49

13,54 14,98

14,92

200 18,52

14,52 16,69

17,03

250 15,52

15,59 15,45

15,23

Page 88: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 69Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.16 Pengujian Pull Off Bonding Spesimen Coating

Gambar 4.17 Pengamatan Visual Pengujian Pull Off Bondingdengan Variasi Jarak Spray (a)100mm, (b)150mm, (c)200mm,

dan (d)250mm.

Kekuatan adhesif merupakan hasil dari mekanikainterlocking antara substrat dan material coat, sesuai Gambar 4.17dapat dilihat secara visual spesimen coating yang telah diuji PullOff memiliki luasan penampang yang tertarik pin berbeda-beda,pada spesimen (a)secara visual memiliki daerah penampang yangtertarik pin paling luas, kemudian semakin bertambah jarak spraydaerah penampang yang tertarik pin lebih sedikit sehingga tampakluasan terendah pada spesimen (d). Berdasarkan Gambar 4.16didapatkan nilai kelekatan terendah pada spesimen (a) sebesar13,1Mpa dan nilai kelekatan tertinggi pada spesimen (c) jarakspray 200mm sebesar 16,69MPa. Kemudian terjadi penurunan

A B C D

Page 89: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 70Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

pada jarak 250mm dengan nilai kelekatan 15,45Mpa. Hal initerjadi karena ketebalan coating pada jarak 250mm lebih tinggidibandingkan spesimen hasil coating dengan jarak spraying200mm sehingga internal stress semakin tinggi. Pada spesimenjarak spray 100mm memiliki nilai kelekatan terendahdikarenakan memiliki ketebalan paling tinggi sehinggamenghasikan internal stress paling besar diantara variasi jarakspray lain. Ketebalan hasil coating berpengaruh terhadaptegangan sisa permukaan dari hasil coating. Semakin besartingkat ketebalan coating maka tegangan sisa permukannyasemakin besar sehingga menurunkan kekuatan adhesinya(Anthunes, 2013).

4.8 Analisis Ketahanan Abrasive

Pengujian Abrasive wear resistance dilakukan untukmengetahui ketahanan aus dari spesimen yang telah dicoating.Pengujian ini dilakukan dengan menggunakan Flat DiskRevolution Wear Test, mengacu pada prinsip JIS H-8503 Methodsof Wear Resistance Test for Metallic Coating. Flat DiskRevolution Wear Test menggunakan load sebesar 0,98N yangmerupakan standart test metallic coating dengan kertas abrasifgrade 240 yang dipasang pada rotary disk (JIS Handbook, 1984).Putaran yang digunakan adalah 830rpm selama 3menit, dengandiameter disk 120mm sehingga jarak yang ditempuh 938,232m;

Gambar 4.18 Spesimen Coating (a) Sebelum dan (b) Setelahdilakukan Uji Abrasif

A B

Page 90: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 71Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

Gambar 4.18 memperlihatkan spesimen sebelum dansetelah dilakukan coating, dan pada Gambar (b) bagian yangterkikis masih merupakan bagian dari coating.

Tabel 4.9 Hasil Pengujian Abrasive Wear Resistance

Jarak (mm)Ketahanan Abrasif(rotation/mg)

100 22,094150 22,371

200 22,993250 27,688

Gambar 4.19 Hasil Pengujian Ketahanan Abrasif

Pada tabel 4.9 menunjukan bahwa nilai Ketahananabrasif terendah pada variasi jarak spraying 100mm sebesar22,094rotation/mg sementara nilai ketahanan abrasif tertinggipada jarak 250mm sebesar 27,688rotation/mg. Gambar 4.19memperlihatkan kenaikan nilai ketahanan seiring dengan jarakspraying yang semakin jauh. Besarnya nilai ketahanan abrasive

22.094 22.371 22.993

27.688

10

20

100 150 200 250

Wea

r Res

istan

ce (r

otat

ion/

mg)

Jarak (mm)

Page 91: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 72Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB IV ANALISIS DATA DAN PEMBAHASAN

berhubungan dengan kekerasan. Spesimen yang mempunyai nilaikekerasan tinggi mempunyai volume keausan rendah, sedangkanspesimen yang memiliki kekerasan rendah memiliki volumekeausan tinggi. Artinya, spesimen yang memiliki kekerasan tinggimemiliki Ketahanan aus yang tinggi oula begitu pula sebaliknyaspesimen dengan kekerasan rendah memiliki nilai ketahanan ausyang rendah (Arthana, 2014). Selain itu, kekasaran permukaanjuga menjadi faktor yang mempengaruhi ketahanan abrasif,kekasaran permukaan yang tinggi akan menggerus permukaankomponen lain ketika terjadi kontak, variasi jarak spraying250mm yang merupakan spesimen dengan ketahanan abrasifpaling tinggi memiliki nilai kekasaran terendah, ketahananabrasifnya menurun seiring dengan tingkat kekasaran yangsemakin tinggi. Kekasaran permukaan yang meningkat akanmenyebabkan kontak area yang semakin besar dan deformasipada permukaan semakin besar, sehingga menyebabkan frictionforce akan meningkat dan pada akhirnya koefisien gesekan jugaakan meningkat (Arthana, 2014).

Page 92: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanBerdasarkan data penelitian dan analisis yang telah

dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut :1. Peningkatan jarak spray menghasilkan presentasi

porositas yang semakin kecil. Prsentase porositasterendah pada jarak spray 250mm sebesar 5,4974% dantertinggi pada jarak spray 100mm sebesar 14,6341%

2. Peningkatan jarak spray menghasilkan nilai abrasivewear resistance yang semaikin tinggi. Nilai ketahananabrasiv pada jarak spray 100mm sebesar22,094rotation/mg dan pada jarak spray 250mm sebesar27,688rotation/mg.

5.2 SaranBerdasarkan dari hasil penelitian maka hal-hal yang dapat

disarankan adalah sebagai berikut :1. Hasil pelapisan material coating FeCrMnNiSiC pada grey

cast iron sebagai aplikasi silinder liner perlu melaluiproses machining untuk memperhalus permukaancoating.

2. Perlu diadakan pengujian ulang dengan kondisilubricated (menggunakkan pelumas) untuk mengetahuiefek dari porositas hasil coating.

Page 93: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

Laporan Tugas Akhir 74Departemen Teknik Material dan Metalurgi FTI – ITS

BAB V KESIMPULAN

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

Page 94: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xix

DAFTAR PUSTAKA

Abkenar, Amir Hossein Pourmousa. (2007). “Wire Arc SprayingSystem: Particle Production, Transport, andDeposition”. Kanada: Departemen of Mechanicaland Industrial Engineering, University of Toronto.

Antunes, Jose Fernando., Brito., Vinisius Ribeiro dos Santos deSa., Bastos., Ivan Napoleao., Costa., Hector ReynaldoMeneses. (2013). “Characterization of FeCr andFeCoCr alloy Coatings of Carbon Steels for MarineEnvironment Applications”. Applied AdhesionScience

Arthana, Gede. (2014). “Ketahanan Aus Lapisan Ni-Cr padaDinding Silinder Liner dengan Menggunakan PowderFlame Spray Coating”. Bali: Teknik MesinUniversitas Udayana

ASM International. (2005). “Handbook Thermal SprayTechnology” United States of America: ASMInternational

ASM International, (1992). “ASM Handbook. Volume 3: AlloyPhase Diagrams”. United States America: ASMHandbook

ASM International. (1994). “ASM Handbook. Volume 5:Surface Engineering”. United States of America: ASMInternational.

Daengmool, Reungruthai, Sitichai Wirijanupathum, Sukanda J.,Apicat Sopadang. (2006). “Effect of Spray Parameteron Stainless Steel Arc Sprayed Coating”. MP03.

Dorfman, M.R. (2005). “Thermal Spray Coating in Handbook ofEnvironmental Degradation of Materials”. Norwich:William Andrew Publishing.

Page 95: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xx

Fitri.,Dadan Irwan. (2014). “Analisis Pengaruh BentukPermukaan Piston terhadap Kinerja Motor Bensin”.Bekasi: Teknik Mesin, Universitas Islam 45.

Glaeser, W. A. and Gaydos, P. A. (1992). “Development of awear test for adiabatic diesel ring and linermaterials”. ASTM 1993, Proc Symp wear testselection for design and application. USA

Gupta, K. M. (2014). “Engineering Materials: Research,Applications and Advamces”. New York

Larasati, F. dan Yuli. S. (2013). “Pengaruh Jarak Nozzle danTekanan Gas pada Proses Pelapisan Ni-20cr denganMetode Wire Arc Spray Terhadap Ketahanan Thermal ”.Surabaya : Jurusan Teknik Material danMetalurgi,FTI-ITS.

JIS HandBook. 1984. Non-Ferrous Metals and Metallurgy.Japanese Standards Association

Kovari, Inggrid. 2009. Study and Characteristic of Abrasive WearMechanism. Slovak University of Technology

Lisabella, Shauma. (2016) “Pengaruh Tekanan Gas dan JarakNozzle Terhadap Ketahanan Thermal dan Daya Lekatpada Proses Pelapisan Alumunium Substrat SS 304dengan Metode Arc Spray. Surabaya : Jurusan TeknikMaterial dan Metalurgi,FTI-ITS.

Oerlicon metco. (2016). “An Introduction to Thermal Spray” –Issue 6 – July 2016

Pawlowski, Lech . (2008). “The Science and Engineering ofThermal Spray Coating Second Edition”. The Atrium,Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ,England: John Wiley & Sons Ltd.

Peng, Yubin., Yufu Xu., Jian Geng., Karl D Dearn., Xianguo Hu.(2017). “Tribological Assassment of Coated Piston Ring-Cylinder Liner Contacts Under Bio-Oil LubricatedConditions”. China: Mechanical Engineering, HefeiUniversity of Technology.

Page 96: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxi

Purwaningsih, H., Sulistijono., Lukman N., Rindang F., Cartha K.2010. “Studi Antar Muka Top Coat dan Bond Coat padaRekayasa Pelapisan Alumina Sebagai Lapisan PerintangPanas untuk Aplikasi Temperatur Tinggi”. Surabaya:Teknik Material dan Metalurgi, FTI-ITS.

Rabindra, Bhola. 1997. “Impact and Freezing Of Molten TinDroplets On A Solid Surface

Rabinowicz, E. (1965). “Effect of Abrasive Particle Size onWear”. USA: Mechanical Engineering, MassachusettsInstitute of Technology

Sarikaya, O., (2005). Effect of some parameters onmicrostructure and hardness of alumina coatingsprepared by air plasma spraying process. SurfaceCoat. Technol.,

Setiawan, Sugiono.dan Yuli. S. (2013). “Pengaruh Variasi SudutNozzle dan Jarak Nozzle Pada Arc Spray CoatingTerhadap Ketahanan Abrasif Lapisan 13% ChromeSteel”. Surabaya : Jurusan Teknik Material danMetalurgi,FTI-ITS.

Situngkir, Haposan. 2009. Pengaruh Putaran Cetakan TerhadapSifat Mekanik Besi Cor Kelabu pada Pembuatan SilinderLiner Mesin Otomotif dengan Pengecoran SentrifugalMendatar. Medan: Teknik Mesin, UniversitasSumatera Utara

Sobolev V.V., Guilemany J.M., dan Martin A.J., 1997. Flatteningof Composite Powder Particles during ThermalSpraying. Journal of Thermal Spray Technology.

Stachowiak, G. W., Batchelor, A.W., (2005). "EngineeringTribology," Elsevier, 3rd ed., Burlington.

Suardia, T., Shinroku S., (1995). ”Pengetahuan Bahan Teknik”.Pradnya Paramita, Jakarta.

Suyatno, Agus. (2011). “Variasi Campuran Bahan Bakar denganPeralatan Elektromagnet terhadap Emisi Gas Buang pada

Page 97: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxii

Motor Bakar Bensin 3 Silinder”. Malang: Teknik Mesin,Universitas Widyagama.

Talib, RJ., S. Saad., M.R.M Toff., H.Hassim. (2003). “ThermalSpray Coating Technology”. Malaysia

Ting, L. L., (1980). “Lubricated Piston Rings and CylinderBore Wear, Wear Control Handbook, AmericanSociety of Mechanical Engineers”.

Torres, H., Varga, M., Adam, K. and Rodríguez Ripoll, M. (2016).“The Role of Load on Wear Mechanisms in HighTemperature Sliding Contacts’. Wear

Tung, Simon C dan Yong Huang. (2003). “Modeling of AbrasiveWear in a Piston Ring and Cylinder Bore System”.Georgia: Mechanical Engineering, Georgia Instituteof Technology.

Wang, X., Heberlein, J., Pfender, E., Gerberich, W., . (1999).“Effect of Nozzle Configuration, Gas Pressure, andGas Type on Coating Properties in Wire Arc Spray”,JTTEE

Y. Wu, P. Lin, C. Chu, Z. Wang, M. Cao, J. (2007). “CavitationErosion Characteristics of a Fe–Cr–Si–B–Mn coatingFabricated by High Velocity Oxy-Fuel (HVOF) ThermalSpray”. Journal of Materials Letters

Page 98: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxiii

LAMPIRAN

1. Data Komposisi Grey Cast Iron FC25

Page 99: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxiv

2. Komposisi Kimia Material Coat FeCrNiMnCSi (Metcoloy2)

Page 100: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxv

3. Hasil XRD Jarak Spray 200mm

Page 101: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxvi

4. JCPDS 01-007-0722

Page 102: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxvii

5. JCPDS 00-011-0550

Page 103: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxviii

6. JCPDS 00-014-0458

Page 104: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxix

7. JCPDS 00-003-1049

Page 105: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxx

8. Hasil Surface Image J

Page 106: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxxi

Page 107: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxxii

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

Page 108: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxxiii

BIODATA PENULIS

Penulis bernama lengkap FajarKurniawati, lahir di Klaten 22 Maret1995. Merupakan anak kedua daripasangan Taufiq dan Sumiyah.Penulis telah menempuh pendidikanformal, yaitu TK PG Colomadu, SDNManahan Surakarta, SMP N 4Surakarta dan SMA N 3 Surakarta.Setelah lulus dari SMA tahun 2013,penulis diterima menjadi mahasiswadi Departemen Teknik Material danMetalurgi FTI – ITS.

Semasa menjadi mahasiswa ITSpenulis aktif dalam kegiatan organisasi LDJ (LembagaDakwah Jurusan) Ash-haabul Kahfi Teknik Material danMetalurgi FTI – ITS dan Departemen Media InformasiHMMT. Dalam bidang organisasi tahun kedua menjadi StaffDepartemen dan tahun ketiga menjadi fungsionaris organisasi.Pada tahun ketiga penulis mengambil mata kuliah kerjapraktek di PT. Semen Indonesia (Persero) Plant Tubandengan topik “Analisis Kegagalan Pengelasan Grinding Rollpada Seksi Finish Mill1-2 Semen Indonesia” dan penulismenutup kuliah di Tugas Akhir dengan judul “PengaruhVariasi Jarak Spray Pelapisan FeCrNiMnCSi MetodeWire Arc Spray terhadap Porositas dan AbrassiveWear Resistance Grey Cast Iron FC25”.

Email : [email protected]

Page 109: PENGARUH VARIASI JARAK SPRAY PELAPISAN FeCrMnNiCSi …repository.its.ac.id/43300/1/2713100047_undergraduate_theses.pdf · Untuk meningkatkan ketahanan aus pada penelitian ini

xxxiv

(Halaman ini sengaja dikosongkan)