Surface Hardening Materi 3 TM

7/24/2019 Surface Hardening Materi 3 TM

1/109

Dr.Ir.Amin Suhadi, M.Eng


2/109

KERAS DANTAHAN AUS DI

PERMUKA-ANKONTAK

HIGHTOUGHNESS

DI TENGAH


3/109

SURFACE HARDENINGSURFACE HARDENINGSURFACE HARDENING

TUJUANNYA : UNTUK MEMPERBAIKI KETAHANANTERHADAP KEAUSAN TANPA MENGURANGI SIFAT LIATDAN TANGGUH DI BAGIAN DALAMNYA

KOMPONEN YANG MEMERLUKAN INI MISALNYA :CAM, RING GEAR, DLL YANG MEMERLUKAN

PERMUKAAN KERAS KARENA KONTAK DGKOMPONEN LAIN, TAPI SECARA BERSAMAAN HARUSPUNYA KETANGGUHAN UNTUK MENAHAN BEBANIMPAK YG TERJADI KETIKA OPERASI

KEUNTUNGAN LAIN : KOMPONEN DAPAT DIBUATDENGAN BAJA KARBON BIASA SEHINGGA LEBIHMURAH.


4/109


5/109


6/109

SURFACE

HARDENED


7/109

SURFACE HARDENING

MENAMBAHLAPISAN

MENGUBAHSUBSTRAT

HARDFACING

COATING

DIFUSI

SELECTIVE

HARDENING


8/109

PENAMBAHANLAPISAN

MODIFIKASIPERMUKAAN

Dimensi berubah Dimensi tetap


9/109

LAYERADDITION

Coatings :

-Electrochemical plating

-Chemical vapour deposition (electroless plating)-Thin films (physical vapour deposition, sputtering, ion plating)

-Ion mixing

Hardfacing :

-Fusion hardfacing (Welded overlays)-Thermal spray (Nonfusion bonded overlay)

SURFACE ORSUBSURFACEMODIFICATION

Diffusion Methods:-Carburising

-Nitriding

-Carbonitriding

-Nitrocarburising-Boriding

-Titanium carbon diffusion

Selective Hardening Methods :

-Flame hardening-Induction hardening-Laser hardening

-Electron beam hardening

-Ion implantation

-Selective carburising and nitriding

-Use of arc lamps


10/109

T h i c k n e s s o f h a r d la y e r

1 0- 1 1 1 0 1 0 2 1 03 1 04 m

P V D

C V D

E L E C T R O L E S S N IC K E L

C O M P O S IT E

T H E R M A L S P R A Y IN G

W E L D S U R F A C IN G

IO N IM P L A N T A T IO N

A N O D IS I N G

B O R O N IS I N G

P I 3

N IT R ID I N G

C A R B U R IS IN G

N IT R O C A R B U R I S IN G

C A R B O N IT R ID I N G

S U R F A C E A L L O Y IN G

T H E R M A L H A R D E N IN G

p l a t i n g &

c o a t in g im p la n t a t io n th e rm o c h e m ic a l t h e r m a l


11/109

Tabel 1. Contoh nilai kekerasan produk surface engineering

JENIS PROSES KEKERASAN(hv)

Pengerasan laserImplantasi ion

PVDCVDKarburisasiNitridisasi gas

Pengerasan nyala api

1700 - 21002000 - 2300

2300 - 25001540 - 1850800 - 900960 - 1100

700 - 800


12/109

Pilihan teknologi rekayasa permukaan didasarkan

kepada kebutuhan sifat teknis dalam kondisioperasionilnya.Ketahanan aus pada beban tekan rendah.

Ketahanan aus pada beban tekan tinggiKetahanan terhadap pengelupasanKetahanan terhadap goresan

Ketahanan terhadap benturanKekuatan tekuk dan torsiKekuatan lengkung fatigue dan torsi fatigueKetahanan terhadap mechanical pittingdan casecrushing

Ketahanan terhadap korosiKetahanan terhadap erosi


13/109

LAYER ADDITIONS

Hardfacing:- Fusion hardfacing (welded overlay)- Thermal spray (nonfusion bonded

overlay)

Coatings:

- Electrochemical plating- Chemical vapor deposition (electroless

plating)- Thin films (physical vapor deposition,sputtering, ion plating)

- Ion mixing


14/109

SUBSTRATE TREATMENT

Diffusion methods:

- Carburizing- Nitriding

- Carbonitriding- Nitrocarburizing- Boriding

- Titanium- carbon diffusion


15/109

Selective hardening methods:

- Flame hardening- Induction hardening- Laser hardening- Electron beam hardening

- Ion implantation- Selective carburizing and nitriding- Use of arc lamps


16/109

MODIFIKASI PERMUKAAN

Metode yang paling populer

adalah metode difusi sepertikarburisasi, nitridisasi dan

nitrokarburisasi

memodifikasi permukaan yangsudah ada dengan merubah

komposisi kimia, fasa ataumembentuk fasa baru tanpapenumpukan dari luar terhadap

permukaan aslinya.


17/109

waktu kedalaman

s

uhu

Pengerasan Induksi.

pemanasan:

dari arus bolak balik berfrekwensitinggi yang menghasilkan aruseddy pada lapisan permukaan

logam dan kemudian menjadipanas.

BENDA UJI


18/109

(a). Bentuk koil utk induksi dan medan magnit yang dihasilkan

(b). Arus eddy yang dihasilkan dg benda uji yg dipanaskan


19/109

Kedalaman pemanasan tergantung dari:- daya dan frekwensi arus listrik makin tinggi frekwensi

kedalaman makan dangkal- kandungan karbon benda uji.

Keuntungan dari proses induksi ini ialah:- Pengerasan bersifat setempat- Waktu pemanasan singkat- Kemungkinan terjadi deformasi kecil

- Kekuatan fatigue bertambah- Biaya murah- Menghasilkan tegangan sisa tekan

Kerugiannya ialah:- Modalnya besar- Bentuk benda terbatas- Jenis baja yang dapat dikeraskan terbatas.


20/109

Localized overheating of sharpcorner, and control heating at ahole through the use of copper

slugs


21/109

BERBAGAI

MACAMMETODEINDUKSI


22/109

PENGERASAN DENGAN NYALA API.

Sumber Panas Berasal Dari :

Nyala api oxy acetylene, propana oxygen atau

gas alam dengan menggunakan burner las.

Kedalaman pengerasan tergantung dari:

- kecepatan pemanasan- konduksi panas dari permukaan ke tengah

- besar flame

- material dasar


23/109

FLAME HARDENING


24/109


25/109

Beberapa kesulitan yang sering dialami pada

proses pengerasan dengan nyala api sehinggamenimbulkan oksidasi danover heatingialah :

Mengontrol temperatur

Waktu pemanasan terlalu lama

Nyala api terlau dekat dengan benda kerja

Apinya terlalu besar

Apinya terlalu banyak oksigen

Tekanan bahan bakar terlalu besar

Bentuk nyala api kurang baik


26/109

Beberapa hal yang harus diperhatikan dalam pemanasan dengannyala api :

1. Daerah yang akan dipanaskan harus bersih dan bebas darikerak atau kotoran lainnya

2. Keseimbangan campuran gas harus diperhatikan sehingga

besarnya nyala api dapat dikontrol sedemikian rupa sehinggabaja yang dipanasi dapat mencapai temperatur austenisasi.

3. Nyala diusahakan sekitar 8 mm diatas benda dan membuat

sudut sekitar 60 - 90 dengan bidang datar dan 15 - 30dengan arah umpan dan digerakkan secara teratur dengankecepatan cukup agar temperatur bagian yang dipanaskantidak turun.

4. Dianjurkan untuk melakukan proses tempering setelahpengerasan.


27/109

KARBURISASI.

Temperatur biasanya sekitar 850 - 950C dimanabaja berada pada kondisi austenit

proses karburisasi menurut media pemberi

karbon gas

zat padat

cairan

Keberhasilan karburisasi tergantung

temperatur

waktu

komposisi atmosfir


28/109

penentuan ketebalan yang sesuai tergantungdari :

komponen/benda kerja yang bersangkutan,yaitu dengan memperhitungkan besarnya

tekanan yang akan dialami, besarnya nilaikeausan yang diijinkan, dan bentuk benda kerja

jenis baja yang diproses, untuk tekanan

permukaan yang sama, ukuran ketebalanpelapisan yang diperkeras dapat lebih kecil jikadigunakan jenis baja yang memiliki kekuatan

yang lebih besarbesarnya lapisan yang akan dihilangkanmelalui proses permesian.


29/109

Teknis pelaksanaannya ada tiga cara yaitu :

1. pencelupan langsung dari suhu karburisasi

waktu

K A R B U R I S A S I


30/109

2.pendinginan ke suhu ruang kemudian

dipanaskan pada suhu austenit dan quenching(single quenching)

waktu

K A R B U R I S A S I austenisasi


31/109

3.di quenching dari suhu karburisasi, dipanaskan

kembali pada suhu austenisasi kemudian di quenchinglagi (double quenching)

K A R B U R I S A S I austenisasi

waktu


32/109

karburisasi dengan zat padat

(Pack Carburizing)

Tebal pengerasan proses ini mencapai 0,75 - 4 mm.

oksigen dari udara karbon dari medium CO2

CO2 + C 2CO

Pada permukaan baja CO mengurai sebagai berikut :

2CO CO2 + C

C larut kedalam fasa austenit dan berdifusi.


33/109

mempercepat reaksi ditambahkan aktivator/energizer:

BaCO3, BaCl, BaO, CaO, K2CO3, Na2CO3 K2SO4 danK4Fe(CN)6

Komposisi campuran antara energizer denganarang kayu adalah :

komposisi.1 60% arang kayu

40% BaCO3atau

komposisi.2 45% arang kayu

50% BaCO3

5% K4Fe(CN)6


34/109

energizer berfungsi sebagai pembentuk ataupemercepat pembentukan gas CO :

BaCO3 BaO + CO2

CO2 + C 2CO

Gas CO yang terbentuk larut ke dalam fasaaustenit atau bereaksi dengan Fe menjadi :

3Fe + 2CO Fe3C + CO2


35/109

Beberapa hal yang harus diperhatikan :

1. medium harus memiliki daya hantar panas yang baik agardistribusi temperatur yang baik mudah diperoleh dalamwaktu relatif singkat.

2. perubahan volume (jika terjadi) harus sekecil mungkinsehingga benda kerja selalu diselaputi oleh mediumselama proses berlangsung.

3. memiliki mampu regenerasi yang baik4. relatif kering

5. ukuran medium harus sesuai dengan bentuk dan ukuran

benda kerja sehingga mampu menutupi seluruhpermukaan benda dengan sempurna, umumnya ukuranbutiran medium antara 1,5 sampai 6 mm.


36/109

Kotak untuk karburisasi harus memiliki sifat:

betul betul rapat sehingga tidak ada kebocorandari gas yang terbentuk

tahan suhu tinggi dalam jangka waktu yanglama dan tidak terjadi perubahan bentuk padasuhu tinggi

sesuai dengan bentuk dan ukuran benda kerjayang akan diproses.

relatif ringan.


37/109

KARBURISASI DENGAN GAS

ketebalan karburisasi gas sekitar 0,1 - 0,75 mm.

Media yang digunakan terdiri dari :

hidrokarbon, gas alam atau propana.Reaksi yang terjadi didalam dapur ialah :

2CO C + CO2

atau CH4 C + 2H2

atau Co + H2 C + H2O

Karbon bebas C berdifusi ke dalam benda kerja.atau dalam reaksi keseluruhan menjadi :

3Fe + 2CO Fe3C + CO2


38/109

Cara pemberian gas

1. mengalirkan gas yang dibuat dalam

suatu generator

2. mengalirkan gas hidrokarbon dan udara

secara langsung kedalam dapur

3. melaksanakan proses karburisasi dalam

dapur vakum dengan cara mengalirkangas hidrokarbon kedalam dapur.


39/109

VACUUM CARBURIZING


40/109

KARBURISASI DENGAN MEDIA CAIR

(salt bath carburizing)

benda kerja dipanaskan dengan

pemanasan awal 100 sampai 400C untukmenghilangkan kemungkinan adanya uap air.

pemanasan lanjut diatas A1 (900 - 925C)dalam larutan garam yang mengandung

karbon dan nitrogen

Ketebalan lapisan antara 0,64 - 6,35 mm.

Komposisi campuran larutan garam:


41/109

Komposisi campuran larutan garam:

6 - 16%30 - 55%0 - 20%

0 - 20%30% max

NaCNBaCl2NaCl

KClNa2CO3

pada suhu proses NaCN mengurai menjadi :

NaCN Na + C + N

C larut ke austenit atau bereaksi dengan Femenjadi :

C + 3Fe Fe3C


42/109


43/109

cairan garam ditutup dengan serbuk grafit


44/109

cairan garam ditutup dengan serbuk grafituntuk:

1. mencegah kontak antara oksigen dari udaradengan cairan garam

2. agar asap yang timbul selama prosesberlangsung dapat diperkecil

3. efisiensi panas dapat ditingkatkan


45/109

KARBURISASI SEBAGIAN

Diberi penutup atau lapisan pelindung bagi bagian permukaanlain yang tidak perlu dilakukan karburisasi.

Bahan yang digunakan sebagai lapisan pelindung adalah :

1. tanah liat, dengan ketebalan minimum 20 mm

2. campuran natrium silikat dengan talc, daya rekatnya baikdan mudah dibersihkan setelah proses pengerasan selesai

3. pasta pelindung berupa campuran serbuk tembagadengan sejenis vernis. Daya rekatnya baik tetapi tidaksesuai untuk digunakan pada medium gas dan cair

4. pelapisan tembaga dengan elektrolisa, sangat baik tetapiperlu persiapan yang cermat dan hasil pelapisan harusbebas pori pori dan tebal pelapisan tergantung dari

waktu/lamanya

PLASMA KARBURISASI


46/109

PLASMA KARBURISASI

dengan pijaran secara termokimia yang membentukplasmaBenda kerja dalam plasma karburisasi dikondisikan sebagaikatoda pada sirkuit listrik DC. Dengan adanya pijaranplasma maka transfer karbon dari gas karburisasi ke

permukaan baja meningkat, sehingga kecepatan proseskarburisasi dapat diatur.

Kedalaman pengerasan tergantung dari difusi karbon

didalam baja

suhu proses sekitar 930C pada keadaan vakum.

pembersihan berlangsung dengan plasma hidrogenkemudian karburisasi berlangsung dengan plasmahidrokarbon-hidrogen-argon pada tekanan gas parsial 0,1sampai 10 torr.


47/109

1

23

4

5

9

10

11

6 7

8

12(- )

(+ )

Remarks :1: Vacuum chamber (anode) 5: Gas quenching supply 9 : Gas control system

2: Cathode 6: Thermocouple 10: Control unit3: Workpiece 7: Thermometer 11: Power unit4: Gas quenching system 8: Gas Supply 12: Vacuum system


48/109


49/109


50/109


51/109


52/109

Kelebihan :


53/109

e eb a

prosesnya berlangsung lebih cepat

menghasilkan kedalaman pengerasan yangmerata walaupun permukaan benda kerja

tidak beraturan.

karena dalam suasana vakum maka tidak

terjadi oksidasi permukaan.

Kekurangan:

Prosesnya mahal dan sulit


54/109

NITRIDISASI


55/109

nitrogen berdifusi dalam ferit pada suhu 500 - 590C.Proses ini tidak memerlukan proses quenching tidakterjadi perubahan fasa. Peningkatan kekerasan diperolehkarena nitrogen membentuk lapisan nitrida yang bersifatkeras.

Jika baja yang dinitridisasi mengandung unsur unsurseperti Al,Cr,V dan Mo maka kekerasan yang diperoleh

dapat lebih tinggi karena unsur unsur tersebut dengan Ndapat membentuk nitrida yang sangat keras.

nitridisasi yang sering digunakan

dengan mediagas

dengan mediacair.


56/109

N2H2

NH3

N

Fe


57/109

NITRIDISASI DENGAN GAS


58/109

digunakan gas amonia pada suhu sekitar 510C2NH3 2N + 3H2

N dalam bentuk atom berdifusi ke dalam bendadan bereaksi dengan Fe membentuk Fero-nitridadengan lapisan keras setebal 0,2 - 0,7 mm.

Peralatan untuk nitridisasi biasanya dibuat daribahan yang tidak bereaksi dengan gas, misalnyanikel, inconel, dan baja krom nikel (25 - 20%).

Derajat desosiasi ialah jumlah gas yang terurai,dihitung terhadap penggunaan total gasamoniak dan dinyatakan dalam persen.

Desosiasi rendah kekerasan permukaan tinggi


59/109

Desosiasi rendah kekerasan permukaan tinggi,

tetapi jika derajat desosiasi tinggi kekerasanturun tetapi tebal lapisan bertambah.

Debit yang sesuai untuk proses nitridisasiberkisar antara 0,60 m/jam/10 m sampai dengan0,90 m/jam/10 m.

Perlu diperhatikan, jika penguraian gas amoniakdiperoleh banyak H, maka akan terjadi prosesdenitridisasi. Tetapi jika jumlah gas hidrogenterlalu sedikit berarti N yang ada juga sedikit,maka pembentukan nitrida tidak cukup.

NITRIDISASI DENGAN MEDIA CAIR


60/109

digunakan dapur larutan garam cianida(salt bath), 60 - 70% NaCN dan 30 - 40%KCN, ditambah Na2CO3 dan NaCNO

ketebalan lapisan keras antara 0,03 - 0,30mm dengan HB 900 - 1100

Suhu nitridisasi sekitar 550 - 570C dan

waktu proses


61/109

untuk menghindari oksidasidilakukan:

meniupkan udara kedalam saltbathsehingga kadar sianat dalam garam

dapat dikontrolmenggunakan crucible titaniumsehingga dapat mencegahpenguraian garam.


62/109

NITRIDISASIDENGAN GAS

NITRIDISASI DENGANMEDIA CAIR

-waktu proses 12 - 120

jam-permukaan hasilnitridisasi sangat rapuh

-waktu proses 1 - 4 jam

-permukaan nitridisasitidakrapuh

Jika dibandingkan dengan nitridisasi gas:

menghasilkan kekerasan permukaan yang

Keuntungan proses nitridisasi ialah:


63/109

menghasilkan kekerasan permukaan yang

tinggi - lebih tinggi dari lapisan karburisasi -berarti mempunyai ketahanan aus danfatigue lebih tinggi dari hasil karburisasi

resiko terjadinya pengelupasan seperti padakarburisasi sangat kecil

memperbaiki ketahanan korosi dan relatif tahan

terhadap larutan alkalisuhu operasi nitridisasi relatif rendah sehinggakecenderungan untuk timbulnya distorsikecil

kekerasan yang diperoleh dari prosesnitridisasi ini relatif stabil sampai suhusekitar 600C, sedangkan kekerasan hasil

karburisasi han a stabil sam ai suhu 200 C.

Kekurangan dari proses nitridisasi ialah :


64/109

Kekurangan dari proses nitridisasi ialah :

proses tersebut berlangsung lamasehingga biaya produksi mahal.

baja yang digunakan umumnya darijenis baja yang mahal

NITRIDISASI SEBAGIANbagian yang tidak perlu nitridisasi

atau tidak diinginkan terjadi nitridisasiharus ditutup dengan lapisanpelindung

cara pelapisan dengan lapisan pelindung:dilapisi dg 80% timah hitam dan 20 % timah putih


65/109

dilapisi dg 80% timah hitam dan 20 % timah putih

dilapisi dengan sejenis pasta yang mengandungtimah hitam dan timah putih. Pada saatdipanaskan pasta tersebut mencair dan paduan

timah hitam dan timah putih akan melapisi bagiantersebutdilapisi dengan campuran oksida timah dan

gliserin. Jika larutan tersebut dioleskan padabagian yang tidak dinitridisasi, ketika pemanasangliserin menguap danoksida timah direduksi olehhidrogen hasil desosiasi sehingga pada bagianyang dilindungi diperoleh lapisan timah.pelapisan timah dengan jalan elektrolisapelapisan dengan tembaga

PLASMA NITRIDISASI (ion nitridisasi)P b l d k di i k


66/109

Prosesnya: berlangsung pada kondisi vakum.Dinding bejana dingin dan benda kerja sebagaikatoda sedangkan dinding bejana sebagaianoda dan ground. Dengan mengalirkan arus DC

antara katoda dan anoda maka terbentukplasma. Nitrogen diserap oleh permukaan baja,kemudian difusi ke dalam pada temperatur

sekitar 500C, dan kekerasan dicapai denganterjadinya presipitasi partikel nitrida yangsangat halus di daerah difusi.

ketebalan yang dikeraskan hanya 0,1 mm berupa:' Fe4N berstruktur FCC atau Fe2N1-x berstruktur CPH


67/109

Keuntungan penggunaan plasmanitridisasi adalah :

aman pemakaian gas berkurang pemakaian energi berkurang prosesnya bersih lingkungan

struktur lapisan dapat dikontrol


68/109

Kelemahannya ialah:temperaturnya sangat bervariasi

disebabkan adanya radiasi yang hilang

terutama pada bagian yang menempeldekat dengan dinding bejana.

adanya efek katoda berlubang (hollow

cathode)konsentrasi plasma yang menyebabkan

pemanasan berlebih setempat padalubang, dan rongga rongga sehinggahasilnya kurang memuaskan.

KARBONITRIDISASI


69/109

KARBONITRIDISASI

Benda kerja dipanaskan diatas suhu

kritis (800 - 900C) didalamlingkungan gas yang memungkinkanterjadinya absorbsi dan difusi karbon

dan nitrogen. Pertama tama dilakukankarburisasi dg gas setelah itu baru

dialirkan gas amoniak.ketebalan antara 0,08 - 0,75 mm

HARD CHROMIUM PLATING


70/109

HARD CHROMIUM PLATING(PELAPISAN KROM)

Pelapisan ini dihasilkan oleh

deposisi listrik dari larutanyang mengandung asam

kromium (CrO3) dan katalisanion dalam jumlah yang

proporsional.

hard chromiummempunyai ciri :


71/109

Deposit krom sangat keras, lapisanmempunyai koefision friksi yang rendahshg

tahan thdp pengelupasan, abrasif dankorosi.Tebal lapisan bervariasi 2.5 - 500m,

(pelapisan krom untuk dekorasi tidakpernah lebih dari 1.3 m).Pelapisan hard chromium dilakukan

langsung thdp permukaan logam dasar,sedangkan pelapisan krom untuk

dekorasi,


72/109

DEPOSISI UAP SECARA FISIKA


73/109

PVD adalah suatu prosesyang menggerakkan atau

mengumpulkan atom ataumolekul secara fisika pada

suatu logam di dalamlingkungan vakum.

(PHYSICAL VAPOUR DEPOSITION-PVD)

Tahapan pelaksanaan PVD:1. pemilihan logam dasar


74/109

p g

2. persiapan permukaan yang akan dilapisi

3. pemilihan material film4. pemilihan jenis PVD yang digunakan

-lapisan yang stabil,

-cocok dg rangkaian prosesberikutnya-punya karakteristik film yang

diharapkan5. pengembangan parameter proses

-limitasi parameter

-metode kontrol atau monitorin

sifat mekanis film hasil PVD tgtg dari


75/109

Kondisi permukaan logam dasar : kekasaran, inklusi,kontaminasi, komposisi kimia, sifat mekanis, lubang ataukeretakan, adanya gas, daerah nukleasi yang paling baikserta stabilitas kondisi permukaan.

Rincian proses deposisi dan geometri system : sudutdistribusi flux atom yang ditambahkan, temperatur logamdasar, kecepatan deposisi, kontaminasi gas, dan energi

dari tumbukan partikel.Rincian pertumbuhan film yang terbentuk : nukleasi,pembentukan interface, supply energy untukpertumbuhan film, reaksi dengan lingkungan, perubahan

karakteristik film selama proses, dll.Proses setelah deposisi dan reaksi setelah deposisi :korosi, reaksi permukaan film dengan lingkungan, siklustermal dan siklus mekanis, shot peening ,dll.


76/109

Pelapisan PVD dibentuk mulai


77/109

dari nukleasi dan kemudiandilanjutkan dengan proses

pertumbuhan. Nukleasi dimulaidari penyerapan atom atomtambahan pada permukaanbenda kerja, kemudian berdifusipada permukaan ke daerah yang

dapat mengikat atom sepertivakansi atau rongga rongga


78/109

Atom atom yang mengalir danmengenai benda kerja dapat

ditimbulkan oleh mekanisme :

- penguapan- sputtering

- pelapisan ion

penguapan :


79/109

pemanasan bahan sumber

dalam kondisi sangat vakum (7.5 X 10-6 bar atau lebih). Atom

atom atau molekulterlepas/diuapkan dari bahan

sumber dan bergerak didalamkondisi vakum kemudian

m n m l di b nd k r .


80/109

Sputtering:

atom atom terdorong keluarsecara mekanis dari suatu

target oleh suatu benturan ionatau oleh suatu energi atomnetral, kemudian atom atom inimenempel di benda uji

500-5000V


81/109

(-)

(+)

M

Transfer atom secara


82/109

mekanis dengan sputtering

lebih mudah dikontrol daripada transfer secara termaloleh penguapan

Atom atom yang kena

sputtering mempunyai energilebih tinggi dari atom atom

yang diuapkan.

Pelapisan ion:


83/109

terbentuknya lapisan olehpenguapan dari sumber yang

mempunyai panas tinggi karenadialiri listrik. Sumber tersebut dapat

berupa kawat listrik yangdipanaskan, berkas electron ataukatoda anoda dalam suatu system.

Benda kerja dibuat sebagai katodadengan menggunakan tegangan DC

atau RF sebesar antara 500 5000 V.


84/109

PVD pada high speed steel

(Ti,Al)N

Substrate (HSS)

Mikrostruktur lapisan hasil PVD


85/109

biasanya sangat halus danmorfologi pelapisan serta

adhesinya sangat bervariasitergantung beberapa factor

yaitu:- temperatur benda kerja

- tekanan gas sputtering- energi atom.


86/109

PVD banyak digunakan untukpembuatan perkakas potong

atau perkakas untukpengerjaan mesin yang perlu

pelapisan titanium nitride(TiN), misalnya untuk high

speed steel atau tool steeluntuk dies, cetakan logam

DEPOSISI UAP SECARA KIMIA

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION


87/109

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION(CVD)

deposisi zat padat melalui reaksikimia dari fasa uap atau gas pada

permukaan panas. Deposit/reaksitersebut berasal dari pemindahan

atom atom/molekul molekul uapatau kombinasi dari keduanya.

PEMAKAIANNYA UNTUK :


88/109

Semikonduktor dan prosespembuatan komponen elektronik

Pelapisan pada peralatan, bearing,dan alat alat yang mempunyai

ketahanan aus lainnya.Optik, opto-electronic, dan produkproduk yang tahan korosi

Serbuk serbuk halus dan serat seratyang berkekuatan tinggi.

Reaksi CVD:


89/109

Reaksi kimia pada CVD meliputi:dekomposisi termal (pyrolysis),reduksi, hidrolisa, oksidasi,karburisasi dan nitridisasi. Reaksi

reaksi ini dapat berlangsungsecara tunggal atau kombinasi

antara reaksi reaksi tersebutdiatas.

Reaksi tsb di kontrol oleh :


90/109

Termodinamika, transport

masa dan kinetik dari reaksitersebut

Sifat sifat kimia dari reaksiParameter proses, seperti

temperatur, tekanan danaktivitas kimia.

Tahap utama yg dilakukan dalam

CVD i l h li


91/109

proses CVD ialah menganalisafaktor faktor tsb kemudian di

prediksi :apakah mekanisme reaksi dapat

menghasilkan deposit pada bendaapakah jenis/komposisi deposit(stoichiometry)struktur dari deposit (geometridari susunan atom)

CVD menurut metodenya:


92/109

- thermal CVD

- plasma CVD- laser CVD

- close reactor CVD atau packcementation

- chemical vapor infiltration (CVI)- metal-organic CVD

Pada proses CVD dengan metode termal

ini aktivasi energi diperoleh dari


93/109

ini aktivasi energi diperoleh daripemanasan pada temperatur diatas 900 C.

Peralatan CVD termal biasanyaterdiri dari tiga komponen yang

saling berhubungan, yaitu : systemsupply gas yang akan bereaksi,

bejana deposisi atau reactor dansystem pembuangan


94/109

CVD TERMAL


95/109

PLASMA CVD

PENGERASAN DENGAN SINAR

LASER


96/109

LASER

Sumber panas dengan kekuatantinggi seperti laser digunakanuntuk pengerasan denganmemanaskan logam padapermukaan kemudian di

quenching untuk menghasilkanstruktur martensit.


97/109

Ciri ciri proses ini adalah :


98/109

1. Kecepatan produksi tinggi

2. Prosesnya mudah dikontrol3. Dapat digunakan untuk benda benda

yang berbentuk rumit4. Daerah yang terpengaruh panas

tersebut sangat tipis sehingga heat

effected zone nya juga tipis5. Distorsi sedikit6. Kondisi pengerjaan bersih

Pemanasan ini memerlukan

bejana vakum dengan power


99/109

bejana vakum dengan powerdensity 3 X 103 watt/cm3

dengan waktu pemanasan 0.2detik.

Komponen kendaraan yang seringdiproses dengan cara ini adalah

cylinder linersdanpower steeringunit

IMPLANTASI-ION

(ION IMPLANTATION)


100/109

(ION IMPLANTATION)

Ion dari sumber dimasukkan

kedalam permukaan logammelalui akselerator dengan

energi sangat tinggi yaitu dari 10sampai 500 keV.

dilakukan pada temperaturl d k i


101/109

dilakukan pada temperaturlogam mendekati temperatur

ruang shg dapat mengurangiterbentuknya presipitat yang

karena difusi, dan mengurangiterjadinya pengkasaranmikrostruktur permukaan

Karena dilakukan pada

temperatur rendah dan dalam


102/109

temperatur rendah dan dalamkeadaan vakum (10-5 torr),

maka dapat dihasilkanpermukaan yang bersih dan

terhindar dari reaksi kimiayang tidak diinginkan seperti

oksidasi, dsb

Implantasi ion adalah proses


103/109

Implantasi ion adalah prosesmodifikasi permukaan

segaris, artinya hanya daerahyang relative kecil yang

langsung berhadapan denganberkas electron saja yang

dapat di implantasi


104/109

Implantasi ion adalah proses


105/109

Implantasi ion adalah prosesyang sangat kompleks, tidak

setimbang dan menimbulkankerusakan kisi kisi atom

dalam bentuk cacat titikberupa vacancydan

interstitial.


106/109

Keuntungan proses ini

1. Karena sifat keras dan tipisnya


107/109

1. Karena sifat keras dan tipisnyalapisan yang diimplantasi tersebut,

maka teknik ion implantasi sesuaiuntuk pemakaian khusus.

2. Walaupun dicapai kekerasan tinggi,

lapisan yang keras tersebut tidakmudah terkelupas atau lepas

3. Karena pemanasannya hanyasedikit, maka kestabilan dimensicukup tinggi

PENUTUP

Berbagai inovasi teknologi prosesmodifikasi permukaan telah dan akan


108/109

g g pmodifikasi permukaan telah dan akanterus berkembang. Pemilihan teknologi

mana yang akan dipakai tergantung darikebutuhan dan tingkat kesulitan sertanilai ekonomis dari proses tersebut.

Tidak selamanya teknologi canggih yangpaling tepat digunakan untuk suatuproses, jika ada alternatif yang lebihsederhana dan tingkat kesulitan dankegagalannya rendah tetapi mampu

menghasilkan sifat mekanis yang di


109/109

Documents

Surface Hardening Materi 3 TM