## PENGARUH MAGNESIUM TERHADAP KEKERASAN DAN KETAHANAN AUS
KOMPOSIT ALUMINIUM  6061/nano-Al 2 O 3 DENGAN METODE STIR CASTING
Rochmad Eko Prasetyaning Utomo 1 , Salahuddin Yunus 2 , FX Kristianta 2
1 Mahasiswa Departemen Teknik Mesin dan Industri Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada
2 Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember Telp : 081358611300
E-mail : rochmadeko81@gmail.com

## ABSTRACT
Aluminum  composite  6061/nano-Al 2 O 3 is  a  material  that  utilizes  aluminum  6061  as  a  matrix. Aluminum 6061 is aluminum alloys with magnesium. The mechanical properties of aluminum 6061 are  lower  than  the  steel.  To  increase  the  mechanical  properties  of  aluminum  6061,  nano-Al 2 O 3 particle is added as reinforce. Problems encountered in the manufacture of these composites are the bond  between the  matrix  and  the  reinforcement.  Aluminum  6061  and  nano-Al2O3  cannot form  a bond each other so it is necessary to add a wetting agent to improve bonding between aluminum 6061 and nano-Al 2 O 3 . Wetting agent used in this study is magnesium with purity levels reached 99%. The magnesium is added by 1%, 3% and 5%. Stir casting process is used in this study in order to mix aluminum, alumina and magnesium evenly. Then hardness test and wear test are performed to determine the mechanical properties of the composite 6061/nano-Al 2 O 3 . The results show that the hardness is increased about 44 HRB with adding magnesium of 5%. The wearing resistance is also increased which is marked by the lower rate of the wear until reached 2.86 x 10 -3 mm 3 /m.
Keywords: Komposit Al 6061/nano-Al 2 O 3 , Magnesium, Stir Casting, nano- Al 2 O 3, Al 6061

## PENDAHULUAN
Aluminium  merupakan  salah  satu  logam  yang umum  digunakan  sebagai  matriks  dalam  pembuatan komposit  logam,  hal  ini  dikarenakan  aluminium memiliki  massa  yang  ringan.  Selain  itu  komposit aluminium  memiliki  kelebihan  dalam  kekuatan, ketahanan aus, kekakuan, dan stabilitas dimensi yang baik.  Penambahan  penguat  berupa  Alumina  (Al 2 O 3 ) dapat  meningkatkan  sifat  mekanis  komposit. Alumina (Al 2 O 3 ) merupakan salah satu jenis ceramic yang  sangat  keras  dan  sering  digunakan  sebagai penguat dalam pembuatan komposit aluminium.
Karakteristik lain yang dimiliki Alumina adalah ketahanan  pada  suhu  tinggi.  Selain  itu  dengan memanfaatkan  teknologi  nano,  penyebaran  partikel alumina  dapat  lebih  merata  dibangingkan  dengan partikel  berukuran  mikro,  karena  partikel  nano memiliki kemampuan yang lebih baik untuk mengisi ruang  kosong  yang  timbul  pada  saat  proses pengecoran dibandingkan dengan partikel berukuran mikro  dimana  ruang  –  ruang  kosong  tersebut memiliki ukuran yang tidak seragam.
Pembuatan  komposit  dapat  dilakukan  dengan beberapa  metode  solid,  antara  lain  : powder metallurgy , uniaxial  pressing , isostatic  pressing, extrusion  and  spray  forming akan  tetapi  metode  – metode tersebut memiliki keterbatasan dalam ukuran, kompleksitas kandungan, dan biaya pembuatan yang mahal.  Berbeda  dengan  metode  liquid,  seperti  : stir
casting dan compocasting yang lebih sederhana, hasilnya  mendekati  ukuran  akhir,  lebih  mudah dalam mengontrol struktur matriksnya, dan biaya pembuatannya relative lebih murah [1].
Penelitian komposit aluminium ini dilakukan untuk  memperoleh  komposisi optimal antara  matriks  dan  penguat  yang  digunakan, sehingga  kemampuan  mekanis  dari  komposit dapat dimaksimalkan. Dengan kemampuan yang maksimal,  dalam  penggunaanya  pada  tabung roket  komposit  aluminium  dapat  menggantikan material  yang  selama  ini  digunakan.  Kelebihan dari  penggunaan  komposit  aluminium  pada tabung  roket  adalah  beratnya  yang  lebih  ringan dari  besi  atau  baja  dan  memiliki  sifat  mekanik yang tidak kalah dari besi dan baja.

## METODOLOGI PENELITIAN
Metode  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  metode  eksperimental,  yaitu  suatu metode yang digunakan untuk menguji pengaruh variasi  Mg  (Magnesium)  terhadap  komposit  Al 6061/nano-Al 2 O 3. Kegiatan penelitian ini meliputi dua  kegiatan  utama  yakni  :    proses  pembuatan komposit  Al  6061  /  nano-Al 2 O 3 dan  proses pengujian  komposit.  Proses  pengujian  meliputi pengujian kekerasan, dan pengujian keausan.
Matriks  yang  digunakan  dalam  penelitian ini  adalah  aluminium  6061.  Partikel  penguat
( reinforcement )  yang  digunakan  merupakan  partikel Al 2 O 3 berukuran 135 nano dengan tingkat kemurnian 99 %. Magnesium yang digunakan adalah magnesium blok dengan tingkat kemurnian 99%.
Gambar 1. Skema Proses Stir Casting
Pembuatan Al 6061/nano- Al 2 O 3 Proses  fabrikasi  komposit  Al  6061/nano-Al 2 O 3 diawali dengan menimbang bahan – bahan yang akan digunakan  meliputi  paduan  aluminium,  alumina (Al 2 O 3 ),  magnesium,  dan stearic  acid untuk  masing masing  fraksi  volume.  Untuk  menimbang  paduan aluminium  diperlukan  pemotongan  apabila  massa yang  diperoleh  pada  saat  menimbang  masih  terlalu besar,  proses  pemotongan  dilakukan  dengan menggunakan  mesin  gergaji bandsaw. Proses penimbangan  dilakukan  menggunakan  timbangan digital  dengan  ketelitian  0.01.  Setelah  semua  bahan ditimbang dilakukan proses penggilingan Al 2 O 3 yang sudah ditambahkan dengan 3% stearic acid . Setelah semua bahan siap persiapan berikutnya adalah  persiapan  peralatan  yang  akan  digunakan. Sebelumnya  seluruh  peralatan  yang  akan  digunakan meliputi  cetakan  logam,  batang  pengaduk,  dan crucible dilapisi  dengan  campuran  zircon  dan  tiner agar cairan aluminium  tidak lengket pada peralatan. Kemudian Heating  resistance  Furnace yang  akan digunakan dipanaskan hingga mencapai suhu 850 0 C. Setelah mencapai suhu 850 0 C aluminium billet dimasukkan  ke  dalam furnace hingga  meleleh. Setelah  aluminium  mencair  dilakukan  proses degassing menggunakjan gas argon untuk menghilangkan  kotoran  dari  aluminium  yang  telah mencair. Setelah kotoran aluminium diangkat barulah partikel  nano alumina dan  magnesium  dimasukkan kedalam crucible sambil diaduk seperti pada gambar 1.  Setelah  diaduk  selama  1  menit  cairan  aluminium dituang  ke  dalam  cetakan  yang  sudah  dipanaskan 500 0 C selama 1 jam terlebih dahulu. Lalu komposit didiamkan  beberapa  saat  hingga  mengeras  dan dikeluarkan dari cetakan.

## Pengujian
Pengujian yang dilakukan meliputi
pengujian kekerasan, pengujian keausan, pengujian  densitas  porositas,  dan  pengujian metalografi. Pengujian kekerasan dilakukan menggunakan metode Rockwell B dengan mesin uji kekerasan Rocky dan indentor yang digunakan adalah  bola  baja  berdiameter  1/16''.  Penjejakan dilakukan sebanyak 5 kali pada titik yang berbeda lalu  dilakukan  perhitungan  rata  -  rata  dari  hasil penjejakan.
Pengujian keausan dilakukan menggunakan metode  Uji  Keausan Ogoshi dimana  benda  uji digesekkan  pada  lempengan  yang  berputar, kemudian celah yang terbentuk diukur menggunakan mikroskop ukur. Hasil pengukuran kemudian  dimasukkan  ke  dalam  persamaan dibawah  untuk  mendapatkan  nilai  laju  aus  dari benda uji.
Dimana : v = laju aus (mm 3 /m) B = tebal piringan penggores (mm)
b  = Jejak yang timbul (mm)
r   = Jari – jari piringan penggores (mm)
x  = Jarak luncur (m)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil  penelitian  pengaruh  variasi  Mg (Magnesium)  terhadap  komposit  Al  6061/nano- Al 2 O 3. menghasilkan  peningkatan  pada  sifat mekanik  komposit  meliputi  kekerasan  dan ketahanan aus.

## Hasil Pengujian Kekerasan
Pengujian  kekerasan  dilakukan  dengan menggunakan  metode  Rockwell  B  dengan indentor berupa bola baja berukuran 1/16''.
Gambar 2.Grafik Pengujian Kekerasan Komposit
v= Bb 3 12 r x 35 37 39 39 35 40 41 44 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0 1 3 5 K e ke rasan ( H R B ) % Mg Komposit Al.6061/Al 2 O 3 1 % Al2O3 3 % Al2O3
Pada  Gambar  2  didapatkan  nilai  kekerasan  tertinggi untuk  komposit  berada  pada  komposit  dengan penambahan  magnesium  sebanyak  5%  dengan  nilai kekerasan  44  HRB.  Hasil  pengujian  tersebut menunjukkan  bahwa  nilai  kekerasan  komposit  akan meningkat  seiring  dengan  meningkatnya  fraksi volume  penguat  nano  alumina.  Peningkatan  nilai kekerasan  pada  grafik  menunjukkan  bahwa  dengan adanya partikel didalam matriks telah mengakibatkan peningkatan  nilai  kekerasan  komposit  secara keseluruhan  [2].  Selain  itu  kekerasan  komposit meningkat  dengan  semakin  banyaknya  jumlah magnesium  yang  ditambahkan.  Semakin  banyak magnesium yang ditambahkan, ikatan antara matriks dan partikel penguat pada komposit menjadi semakin baik  yang  ditandai  dengan  meningkatnya  nilai kekerasan komposit.

## Hasil Pengujian Keausan
Pengujian keasusan dilakukan dengan mesin uji aus Ogoshi .  Dengan  demikian  tingkat  laju  keausan material dapat dihitung.
Gambar 3. Grafik Pengujian Keausan Komposit
Gambar  3.  Menunjukkan  hasil  pengujian laju keausan komposit Al6061/nano-Al 2 O 3 . Berdasarkan    gambar  3  dapat  dilihat  bahwa  terjadi penurunan laju  keausan seiring dengan penambahan magnesium  terhadap  komposit.  Dapat  dilihat  laju keausan  paduan  aluminium  6061  memiliki  nilai tertinggi  dibanding  dengan  laju  keausan  komposit Al6061/nano-Al 2 O 3 . Penurunan laju keausan terendah  terjadi  pada  spesimen  dengan  penambahan Al 2 O 3 sebanyak  3%  dan  penambahan  Magnesium sebanyak  5%.  Dengan  nilai  laju  keausan  terendah yakni  2,86  x  10 -3 mm 3 /m.  Penurunan  laju  aus komposit terjadi akibat adanya penambahan partikel penguat  yang  menyebabkan  kekerasan  komposit menjadi  meningkat  [3].  Meningkatnya  kekerasan komposit  juga  memberikan  pengaruh  terhadap ketahanan  komposit  terhadap  keausan.  Dengan adanya partikel penguat yang bersifat keras, partikel tersebut memperlambat laju hilangnya material akibat keausan pada saat komposit digoreskan pada alat uji
keausan.  Sehingga  nilai  laju  keausan  komposit semakin kecil.  Penambahan lebih banyak partikel penguat akan menyebabkan peningkatan terhadap ketahanan aus dari komposit, hal ini terjadi akibat dari  efek  penguatan  pada  matriks  komposit  dan partikel  alumina  berperan  sebagai  penghambat pada  saat  terjadi  penetrasi,  pemotongan  dan penggoresan.

## KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  penelitian  pembuatan komposit
Al6061/nano-Al 2 O 3 dengan
penambahan  Al 2 O 3 sebanyak  (1% dan 3%) yang diikuti  penambahan  magnesium  sebanyak  (1%,
3%,  dan  5%)    maka  dapat  diambil  kesimpulan sebagai berikut :
1. Penambahan magnesium memberikan peningkatan  pada  kekerasan komposit Al6061/nano-Al 2 O 3 dengan  nilai  kekerasan tertinggi  yang  dicapai  adalah  44  BHN dengan penambahan 5% magnesium.
2. Penambahan  5%  magnesium  menghasilkan peningkatan  pada  sifat  ketahanan  aus  yang ditandai  dengan  semakin  kecilnya  nilai  laju keausan komposit Al6061/nano-Al 2 O 3 dengan  nilai  laju  aus  terendah  2.86  x  10 -3 mm 3 /m.

## SARAN
Saran  yang  dapat  penulis  ajukan  agar penelitian  selanjutnya  dapat  lebih  baik  dan menyempurnakan penelitian ini antara lain :
1.Diperlukan waktu penuangan yang lebih cepat agar komposit tidak membeku terlebih dahulu pada saat penuangan komposit pada cetakan.
2.Untuk menghidari
aglomerasi
(penggumpalan) partikel nano perlu dilakukan metode cleaning (penambahan  zat  tertentu yang  tidak  mengubah  komposisi  partikel  dan mampu  menurunkan  kecenderungan  partikel untuk  menggumpal)  dengan  menggunakan stearic  acid dan diikuti  oleh  proses penggilingan menggunakan ball mill .

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Amirkhanlou,  S..  Niroumand,  B.  Synthesis and characterization of 356-SiCp composites by  stir  casting  and  compocasting  methods. Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20(2010) s788-s793.
[2] Nagaral  Madeva,  Bharath  V  and  V  Auradi. Effect of Al2O3Particles on Mechanical and Wear  Properties  of  6061al  Alloy  Metal Matrix Composites. J Material Sci Eng 2013.
[3] M.  Kok.  Abrasive  wear  of  Al2O3  particle reinforced 2024 aluminium alloy composites fabricated  by  vortex  method.  Composites: Part A 37 (2006) 457–464.
30,1 6,7 5,32 4,94 30,1 3,9 3,11 2,86 0 5 10 15 20 25 30 35 0 1 3 5 Laj u Au s (m m 3 /m ) (10 -3 ) % Mg Komposit Al.6061/Al 2 O 3 1% Al2O3 3% Al2O3