## Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Alumina Terhadap Porositas Busa Aluminium Hasil Injeksi Gas
Edy Yulianto
Balai Teknologi Mesin Perkakas Produksi dan Otomasi (BTMEPPO) – Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), Indonesia, 15314 edy.yulianto@bppt.go.id
Abstract
Aluminum foam is a very interesting material to develop. This material is a material that has a combination of characteristics between physical and mechanical properties such as high stiffness and low density. There are several processes for making aluminum foam that have been developed, either through the liquid, solid, or gas phases. And of these various processes, the process of making aluminum foam through the liquid phase by using the gas injection method is the simplest and cheapest process. The principle of the process of making aluminum foam with this method is that bubbles are produced from the process of blowing the gas into the aluminum liquid in which there are additive particles that function as a bubble stabilizer. These stable bubbles will become pores after the aluminum liquid solidifies. This research will discuss the effect of the weight fraction of alumina powder with an average size of 5.77 μ m added to liquid aluminum on the macro-pore structure in the form of shape and size as well as the spread of the resulting pores. And the result is that the optimal weight fraction of adding alumina powder is 15%, where the resulting pores have a more homogeneous and evenly shaped and sized.
Keyword: alumina,  aluminum foam,  injection

## 1. PENDAHULUAN
Busa alumunium mulai diproduksi pada tahun 1950, dan pada tahun 1980 mulai dikembangkan beberapa metode pembuatan busa aluminium baik lewat fasa cair maupun padat untuk memenuhi keperluan industri sebagai material struktur ringan, peredam suara, dan penyerap energi, baik di bidang konstruksi maupun industri transportasi [1, 2-5], dan juga material penghalang panas (thermal insulation) yang baik[6].
Pembuatan busa aluminium melalui fasa cair dengan injeksi gas merupakan salah satu metoda yang sudah digunakan untuk kepentingan komersial. Metoda ini dikembangkan oleh Hydro Aluminium (Norwegia) dan Cymat Aluminium (Kanada). Pada metoda ini, seperti pada Gambar 2.3., digunakan serbuk silikon karbida (SiC), alumina (Al 2 O 3 ), atau magnesium oksida (Mg 2 O 3 ) sebagai partikel tambahan. Metoda ini dimulai dengan peleburan aluminium/ paduannya, setelah melebur sempurna, partikel tambahan dimasukkan ke dalam cairan aluminium, dan diaduk sehingga serbuk tersebut marata di seluruh cairan aluminium [7, 8].
G S alum pene adala P alum oksid nitro terse alum G getas alum terten prose g/cm
Bebe
- M - M
- U
- K - P
Seda
- K - A d
P alum dihas
2. M P Gam
Gambar 1. M
Serbuk ok minium, den litian lainny ah 10-20% d Proses fabr minium, dan da di dalam gen, atau a ebar dengan minium, dan Gas inert d s karena ad minium yang ntu. Dari be es injeksi g
m 3 [8].
erapa kelebi Murah dan Material da
Ukuran dan Kerapatan d Pori yang te angkan kelem Kurang bag Adanya par dan permes Penelitian mina sebaga silkan busa

## METODE PE
Penelitian mbar 2. Mat
Mekanisme
ksida digun gan fraksi b ya disebutk dengan uku rikasi dilak dilakukan m cairan alu argon) ke d n bagus. G dikeluarkan digunakan  u danya oksi g digunakan eberapa pen gas mempu
ihan metoda proses prod asar murah, n kapasitas p dapat dikon erbentuk jen mahan dari gus untuk be rtikel oksida inan agak s ini dilakuk i material p aluminium
ENELITIA ini dilakuk terial dasar
pembuatan
nakan untu berat 5 – 15 kan fraksi b uran 5-20 m kukan denga pengadukan uminium. Se dalam caira Gelembung n dari untuk untuk menj da. Proses n untuk me nelitian yang unyai pori-p
a peniupan g duksinya pa dapat mema produksi be ntrol dengan nis pori tertu metoda ini entuk komp
a (SiC, Al 2 O ulit.
kan untuk penstabil ge dengan ben

## AN
kan dengan r yang digu
n busa alum uk menstab 5%, dan uku berat dan uk ikron[11]. an memasu n untuk me elanjutnya d an, sehingg yang terja k dilakukan jaga agar b pembuatan enjaga keke g dilakukan pori dari 3-
gas adalah s aling sederh akai sekrap esar n baik utup adalah seba ponen yang O 3 , atau Mg
menghasilk elembung  g ntuk dan uk n mengguna unakan pad mnium denga bilkan gele uran serbuk kuran serbu ukkan serbu encampurka dilakukan p ga menghas adi akan m proses pem busa alumin n dilakukan entalan cair n, busa alum -25 mm, d sebagai ber ana MMC agai berikut agak kompl g 2 O 3 ) menye
kan parame gas dalam c kuran pori ya
akan skema da penelitian
an metoda in
embung di k 0,5 – 25 m uk alumina uk oksida k an atau men proses peniu silkan gelem mengapung mbekuan [7, nium yang n dekat de ran aluminiu minium yang an kerapata ikut  [12]:
t [12] : leks
ebabkan pro eter optima cairan alum ang seragam a eksperim n ini adala
njeksi gas [ i dalam c mikron [10].
yang digun ke dalam c nyebarkan se upan gas (u mbung gas g di atas c 8]. dihasilkan ngan titik um pada tin g dihasilkan an 0,069 – oses pemoto al fraksi se minium, seh m.
men seperti ah Al-12Mg
[9] cairan . Dari nakan cairan erbuk udara, yang cairan tidak lebur ngkat n dari – 0.54 ongan
erbuk ingga
pada g dan
partikel penstabil gelembung serbuk alumina dengan ukuran rata-rata 5,77 μ m dengan fraksi berat  0-20%.
Gambar 2 . Setup peralatan untuk eksperimen
Material dasar Al-12Mg dan serbuk alumina dipanaskan dengan suhu 680 o C dalam krusibel berukuran sekitar 500 cc. Kemudian dilanjutkan proses pengadukan dengan stirrer yang terbuat dari stainless steel selama 10 menit. Selanjutnya dilakukan proses injeksi gas argon melalui pipa stainless steel berdiameter 1 mm pada saat cairan aluminium bersuhu 631 o C selama kurang lebih 3 menit dengan aliran gas 0,5 l/menit. Setelah proses injeksi gas, proses selanjutnya adalah proses pembekuan dari cairan aluminium, dan diharapkan diperoleh busa aluminium dari proses ini.
Untuk mengetahui busa aluminium dari eksperimen ini dilakukan observasi untuk mengetahui karakteristik pori dalam busa aluminium, yang berupa ukuran dan bentuk pori serta penyebarannya.

## 3. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
Hasil dari percobaan fabrikasi busa aluminium dengan metoda injeksi gas pada penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 3, dan dijelaskan lebih detil pada Tabel 1. Percobaan ini dilakukan dengan mencairkan Al-12Mg pada suhu 680 o C, dan dilakukan penambahan serbuk alumina dengan ukuran rata-rata 5,77 μ m dan fraksi berat 0, 5, 10, 15, dan 20%.
crusible stirer Cairan Al + serbuk Gas Argon
Tabel 1. Struktur makro pori busa aluminium hasil pengujian
Pada hasil eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas tanpa penambahan serbuk alumina (fraksi berat 0%), pori yang terbentuk bukan merupakan pengaruh adanya penambahan serbuk alumina sebagai partikel penstabil gelembung, tetapi terjadi karena proses pendinginan cairan paduan aluminium, dimana cairan paduan Al-12Mg membeku pada saat gelembung hasil peniupan gas masih berada di dalamnya, sehingga terbentuklah pori. Dengan lubang pipa peniup berdiameter 1 mm, dihasilkan rata-rata ukuran pori yang kecil, yaitu 1,85 mm.
Ukuran pori yang kecil ini disebabkan cairan paduan aluminium mempunyai kekentalan yang rendah, dimana kekentalan cairan sangat mempengaruhi ukuran gelembung gas dalam cairan, pada cairan dengan kekentalan rendah akan lebih mudah menghasilkan gelembung dengan ukuran kecil disbanding cairan kekentalan tinggi. Karena tidak adanya serbuk alumina dalam cairan, maka cairan mempunyai kekentalan rendah, dan lebih mudah menghasilkan pori dengan ukuran yang kecil.
Eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas dengan penambahan fraksi berat 5% serbuk alumina fraksi,  dihasilkan pori memanjang dengan diameter rata-rata sebesar 3,8 mm. Ukuran pori ini terbentuk karena proses peniupan gas argon menghasilkan gelembung yang kurang stabil, sehingga gelembung akan mudah pecah. Apabila gelembung masih di dalam cairan aluminium, maka gelembung yang kurang stabil ini akan bergabung dengan gelembung lain menjadi gelembung dengan ukuran yang lebih besar. Dan bentuk pori yang memanjang dikarenakan sebelum gelembung yang saling bergabung membentuk gelembung yang berbentuk bulat, cairan sudah mengalami pembekuan. Sehingga pori yang dihasilkan berbentuk bulat memanjang.
Untuk eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas dengan fraksi berat serbuk alumina 10%, pori yang terbentuk pori memanjang dengan diameter rata-rata 2,5 mm. Bentuk pori yang demikian terjadi karena adanya gelembung yang stabil dan gelembung yang kurang stabil. Dimana gelembung stabil akan menghasilkan pori yang kecil dan berbentuk bulat, dan gelembung yang kurang stabil akan menghasilkan pori yang berukuran lebih besar atau memanjang karena pori ini merupakan gabungan dari beberapa gelembung yang kurang stabil.
Pada eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas penambahan serbuk alumina dengan fraksi berat 15% menghasilkan pori yang hampir semuanya berbentuk bulat dan kecil., dengan ukuran pori rata-rata sebesar 1,28 mm. Hal ini menunjukkan bahwa dengan penambahan serbuk alumina pada paduan Al-12Mg sebesar 15% menghasilkan gelembung yang hampir semuanya stabil, dan hanya sebagian kecil saja yang kurang stabil.
Fraksi Berat
Serbuk Alumina  (%)
Ukuran Pori (mm) Penyebaran Pori 0 1,85 Tidak Merata 5 3,80 Merata 10 2,50  Merata 15 1,28  Merata 20 2,10  Merata
Pada eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas penambahan fraksi berat serbuk alumina 20% menghasilkan pori berbentuk bulat dengan diameter rata-rata 2,1. Ukuran pori rata-rata sampel ini lebih besar daripada dengan penambahan fraksi berat 15%, karena pada sampel ini penambahan serbuk alumina sebesar 20% menyebabkan kekentalan cairan paduan Al-12Mg menjadi terlalu besar, sehingga walaupun gelembung dalam cairan paduan Al-12Mg  stabil, tetapi karena kekentalan terlalu tinggi, dan tekanan peniupan gas kecil (dibuat konstan), maka gelembung yang keluar dari pipa mempunyai ukuran yang besar karena merupakan akumulasi dari aliran gas yang tertahan oleh cairan.
Penyebaran pori yang terjadi dalam busa aluminium yang dihasilkan dapat dilihat pada grafik di Gambar 4. Hasil eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas tanpa penambahan serbuk alumina (fraksi berat 0%), jarak pori terbawah pada daerah penyebaran pori adalah pada jarak 80 mm dari dasar. Jarak daerah penyebaran pori ini disebabkan oleh kekentalan cairan paduan aluminium yang rendah karena tidak adanya serbuk alumina di dalamnya, sehingga gelembung yang terbentuk akan lebih cepat bergerak menuju permukaan. Apabila kecepatan pembekuan tidak sebanding dengan kecepatan gelembung maka pori tidak akan terbentuk. Oleh sebab itu semakin tinggi cairan aluminium akan semakin memungkinkan terbentuknya pori.
Eksperimen fabrikasi busa aluminium dengan injeksi gas penambahan serbuk alumina akan menyebabkan kekentalan cairan paduan aluminium meningkat, sehingga kecepatan gelembung yang bergerak ke atas menjadi lebih pelan. Cairan paduan aluminium dengan fraksi berat serbuk alumina terbesar akan mempunyai jarak daerah penyebaran pori paling rendah, seperti terjadi pada sampel dengan fraksi berat serbuk alumina 15% dan 20%.
Selain itu, semakin besar fraksi berat serbuk alumina, maka stabilitas gelembung akan lebih cepat terbentuk. Untuk menghasilkan gelembung stabil yang akhirnya menjadi pori, gelembung harus menempuh jarak tertentu untuk mengikat serbuk alumina dengan jumlah tertentu sehingga gelembung stabil, semakin banyak ukuran serbuk optimal yang terkandung dalam cairan paduan aluminium, maka jarak tempuh yang dibutuhkan untuk mencapai jumlah minimal agar gelembung stabil semakin pendek (rendah), sehingga penyebaran pori merata sampai bagian dasar sampel
0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 Fraksi Berat Serbuk Alumina (%) Jar ak D a e rah P e n y e b ar an P o ri d a ri D a s a r ( m m )
Gambar 4. Grafik Pengaruh Fraksi Berat Serbuk Alumina terhadap Jarak Daerah Penyebaran Pori dari Dasar Hasil Coran

## 4. KESIMPULAN
Dari eksperimen yang sudah dilakukan, fabrikasi busa aluminium  dengan metoda injeksi gas dengan penambahan serbuk alumina sebagai penstabil gelembung gas dalam cairan aluminium, diperoleh parameter fraksi berat serbuk alumina yang paling optimal yaitu sebesar 15%. Dan dari fabrikasi dengan parameter ini dihasilkan ukuran pori yang homogeny dan merata dibandingkan dengan penambahan serbuk alumina dengan fraksi berat 0, 5%, 10%, dan 20%.
Untuk menghasilkan busa aluminium dengan spesifikasi tertentu, sangat penting untuk melakukan kajian dan penelitian lebih lanjut, sehingga diketahui parameter- parameter proses fabrikasi busa aluminium dengan metoda injeksi gas secara menyeluruh. Dimana selain parameter fraksi penambahan serbuk alumina sebagai penstabil gelembung dalam cairan aluminium, parameter suhu proses, kekentalan cairan aluminium, ukuran gelembung gas injeksi, dan parameter-parameter proses fabrikasi lainnya.

## 5. REFERENSI
[1] P. Schaeffler, et al., “Production, Properties, and Applications of Alulight Closed- Cell Aluminum Foams”, The Fifth International Workshop on Advanced Manufacturing Technologies, 2002, hal.1-8
[2] D.X.Sun, Y.Y.Zhao, ”Phase Changes in Sintering of Al/Mg/NaCl Compacts for Manufacturing Al Foams by Sintering and Dissolution Process”, Journal Materials Letters, 59, 2005, hal. 6-10
[3] Y.Y.Zhao, D.X.Sun, “A Novel Sintering-Dissolution Process for Manufacturing Al Foams”, Journal Scripta Mater, 44, 2001, hal. 105-110
[4] Takashi Nakamura, et al., “Development of New Foaming Agent for Metal Foam”, Materials Transactions, Vol. 43, No. 5, 2002, hal.1191-1196
[5] I. Budic, G. Solenicki, “Influencing Parameters on Homogenity of Aluminium Metal Foam AlSi12”, Journal Metabk, 43(4), 2004, hal. 311-314
[6] John Banhart, “Metal Foams-from Fundamental Research to Applications”, Frontiers in design of Materials, 2007, hal. 279-289
[7] John Banhart, “Manufacture, Characterization, and Application of Cellular Metals and Metal Foams”, Progress in Materials Science, 46 (2001), hal. 559-632
[8] J. Banhart, “ Metallic Foams : Challenges and Opportunities”, Eurofoam, 2000, hal. 13-20
[9] Haydn N.G.Wadley, “Cellular Metals Manufacturing”, Advanced Engineering Materials, 4(10), 2002, hal.726-733
[10] M. Ashby, et.al.’ “Metal Foams : A Design Guide”, Butterworth-Heinemann 2000, hal. 8
[11] John Banhart, “Metal Foams : The Mystery of Stabilisation”, Hahn-Meitner Institute-Berlin, 2003.
[12] M. Ashby, et al., “Presentation Workshop on Metal Foams”, NPL Cambidge University, 2000, hal. 9-26