## Pengaruh volume Zn terhadap kekerasan dan struktur mikro pada friction stir processing aluminium AA 1100
Alvian Restu Putra Utama, Nurul Muhayat, Triyono 1 Program Studi Teknik Mesin, Universitas Sebelas Maret Jl. Ir. Sutami No. 36A Surakarta 532163 Email korespondensi: alvianrestu23@yahoo.co.id

## Abstrak
Friction  Stir  Processing  (FSP)  merupakan  salah  satu  proses  pengerasan  permukaan  logam  ringan  seperti aluminium yang dikembangkan berdasarkan prinsip kerja FSW. Penggunaan aluminium dan paduannya sebagai komponen permesinan semakin banyak digunakan. Hal tersebut dikarenakan aluminium dan paduannya memiliki sifat  yang  ringan  dan  mampu  bentuk  yang  baik.  Kajian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  volume  Zn terhadap  sifat  mekanik  dan  fisik  material  aluminium  alloy  1100.  Sifat  mekanik  dianalisa  melalui  pengujian kekerasan vickers, sedangkan sifat  fisik diamati melalui  pengamatan struktur makro, mikro, dan SEM. Variasi yang diguinakan yaitu volume Zn 22 mm 3 , 45 mm 3 , 67 mm 3 , 90 mm 3 , dan tanpa penambahan Zn. Kecepatan putar tool, dwell time, dan plunge depth dalam keadaan seragam. Hasil pengamatan SEM dan mapping menunjukkan persebaran Zn yang tidak merata pada SAZ. Hal ini dibuktikan dengan kandungan Zn yang tinggi pada daerah tepi  tool  pada  pengamatan  EDS.  Hasil  pengujian  kekerasan  menunjukkan  semakin  meningkat  seiring bertambahnya volume Zn. Nilai kekerasan permukaan FSP AA1100 tertinggi yaitu 87,5 HV dengan variasi volume Zn terbanyak, sedangkan dengan variasi tanpa penambahan Zn sebesar 44,7 HV.
Kata kunci : Friction Stir Processing (FSP), AA1100, volume Zn, micro-hardness vickers.

## Abstract
Friction Stir Processing (FSP) is a development of FSW mechanism on surface hardening process such as in aluminium. The using of aluminium and its alloy were globally used as machining part, it because aluminium and its alloy are light and able to forming.  Goal of  this study are learn the effect of  Zn volume on mechanical and physical properties of aluminium alloy 1100. Mechanical properties are tested by the Vickers Hardness Testing, while  the  physical  properties  are  observe  by  macrostructures  testing,  microstructures  testing  and  SEM.  The variation are 22 mm 3 , 45 mm 3 , 67 mm 3 , 90 mm 3 of Zn volume and without Zn. Rotating speed of tool, dwell time, and plunge depth are in same conditions. Observation result of SEM and mapping show that Zn were not spread well on SAZ. This condition prove by the high of Zn in the edge zone of tool by EDS observation. The result of hardness testing show that the increasing of Zn volume will increase the hardness properties. The highest result of hardness testing in FSP AA1100 is 87.5 HV with the most Zn volume variation, while without Zn is 44.7 HV
Keywords: Friction Stir Processing (FSP), AA1100, Zn volume, micro-hardness vickers.

## 1. Pendahuluan
Penggunaan aluminium dan paduannya sebagai bahan dalam  pembuatan  komponen  permesinan  semakin banyak digunakan. Roda gigi ( gears ) dan velg adalah beberapa contoh komponen mesin dalam penggunaan aluminium dan paduannya. Hal tersebut dikarenakan aluminium dan paduannya memiliki sifat yang ringan dan mampu bentuk yang baik [1]. Namun, kekerasan dan  kekuatan  tarik  aluminium  masih  rendah dibandingkan dengan baja. Oleh karena itu, sifat-sifat tersebut  perlu  ditingkatkan  agar  dapat  memenuhi kebutuhan  yang  diperlukan.  Peningkatan  tersebut mencakup sifat mekanis dan fisis dari aluminium [2].
Dalam upaya meningkatkan kualitas dari aluminium, maka pada material tersebut perlu dilakukan beberapa perlakuan.  Salah  satunya  adalah  perlakuan  pada permukaan  material  ( surface  treatment ).    Perlakuan tersebut  bertujuan  untuk  mendapatkan  sifat  yang diinginkan dengan memodifikasi struktur permukaan
material  [3].  Hal  ini  dapat  dilakukan  dengan  cara perlakuan panas ( heat treatment ), perlakuan mekanis ( mechanical treatment ), pelapisan  material ( coating ) atau pengerasan permukaan ( surface hardening ) [4]. Material yang telah dilakukan surface treatment akan mengalami peningkatan ketahahan korosi, ketahanan aus, ketahanan listrik, kekuatan bahan, dan mampu las permukaan yang baik [5].
Salah  satu  proses  pengerasan  permukaan  adalah Friction  Stir Processing (FSP). FSP berfungsi untuk pemrosesan  material  dan  modifikasi  struktur  mikro. Prinsip kerjanya adalah dimulai dari berputarnya tool yang terdiri dari shoulder dan pin dipermukaan benda kerja  dimana pin menusuk  permukaan  dan shoulder menggesek permukaan benda kerja dengan kecepatan putar tertentu. Gerakan tool yang masuk ke dalam dan menggesek  permukaan  benda  kerja  mengakibatkan timbulnya  panas  gesekan.  Panas  tersebut  berfungsi untuk  melunakan  permukaan  benda  kerja  [6].  FSP menggunakan shoulder dan pin untuk  menghasilkan
deformasi plastis dan pemanasan lokal pada material [2]. FSP dapat menyebabkan distribusi material yang menghasilkan zona bebas cacat dan dapat memperbaiki ukuran butir menjadi lebih kecil. Selain itu, FSP juga dapat memperbaiki proses solid solution untuk pengembangan material baru [3].
Logam paduan yang memiliki tingkat kelarutan padat tertinggi yang digunakan pada aluminium adalah zinc (Zn). Titik lebur Zn lebih rendah dari Al dan itu terjadi dalam  suhu  yang  digunakan  selama  FSP  dalam pembuatan  paduan  Al-Zn  [7].  Penambahan  partikel Zn  bermanfaat  untuk  meningkatkan  kekerasan permukaan,  sehingga  meningkatkan  sifat  mekanik permukaan  [8,  9].  Bauri  dkk  [9]  menyatakan  bahwa area  permukaan  Al  yang  tercampur  dengan  Zn memiliki nilai kekerasan yang lebih tinggi dibandingkan  dengan  area  yang  tidak  tercampur  Zn [9].  Zn  diketahui  membasahi  batas  butir  Al  dan meningkatkan  batas  butir  Al.  Akibat  penambahan partikel  Zn,  kekuatan  dari  kekerasan  material meningkat  secara  signifikan  [9].  Peningkatan  ini bergantung  pada  kadar  Zn, plunge  depth ,  dan speed travelling dari tool [10].  Hal  ini  disebabkan terbentuknya  struktur  eutektik  paduan  Al-Zn  yang menunjukkan fase padat Al-Zn yang terbukti dengan tingginya kandungan Al dan Zn pada pengujian SEM. Paduan Al-Zn menunjukkan keuletan yang tinggi baik pada suhu lingkungan atau suhu tinggi [11].
Kumar dkk [12] menyatakan pada permukaan Al-Mg dengan  partikel  Zn  meningkat  secara  merata  pada daerah stir  zone akibat  pertumbuhan  butir  yang semakin  kecil.  Hal  tersebut  dikarenakan  input  panas pada permukaan lebih kecil sehingga memicu paduan mengeras  lebih  cepat  [12].  Boucherit  dkk  [13] menyatakan bahwa pengaruh tebal interlayer Zn pada pengerasan  permukaan  aluminium  meningkat  secara signifikan.  Hal  ini  terbukti  dengan  hasil  kekerasan yang terjadi di stir zone lebih tinggi dari alumunium murni (tanpa Zn) [9]. Data pengaruh tebal Zn terhadap kekerasan hasil FSP pada aluminium dengan partikel Zn  terbatas,  sehingga  kajian  tentang  pengaruh  tebal Zn pada FSP perlu dilakukan. Oleh karena itu, kajian ini  akan  mengkaji  tentang  proses  pengerasan permukaan  FSP  aluminium  AA  1100  dengan penambahan  partikel  Zn  dengan  parameter  volume Zn,  proses  perlakuan  FSP  ditunjukkan  seperti  pada Gambar 1 berikut.
Gambar 1. Ilustrasi proses FSP.

## 2. Metode
Material yang digunakan dalam kajian FSP ini adalah plat  aluminium  AA  1100.  Plat  dipotong  dengan ukuran 70 mm x 40 mm x 4 mm seperti pada Gambar 2. Membuat cetakan di permukaan tengah plat dengan menggunakan endmill berdiameter  12  mm  dengan kedalaman  cetakan  dari  variasi volume Zn  paling sedikit hingga terbanyak, yaitu 0,2 mm; 0,4 mm; 0,6 mm;  dan  8  mm.  Cetakan  yang  terbentuk  diberikan partikel  Zn  secara  penuh  hingga  rata  dengan permukaan  sesuai  dengan  parameter  kajian volume Zn, yaitu 22 mm 3 , 45 mm 3 , 67 mm 3 , 90 mm 3 .
Gambar 2. Skema ukuran spesimen FSP.
Setiap spesimen dengan dan tanpa Zn dilakukan FSP di  bagian  tengah  plat  seperti  pada  Gambar  3. Parameter  yang  digunakan  adalah volume Zn sebanyak  22  mm 3 ,  45  mm 3 ,  67  mm 3, 90  mm 3 ,  dan tanpa  Zn.  Pengujian  keras vickers dilakukan  untuk mengetaui  kekerasan  permukaan  pada  material  AA 1100 pada setiap variasi. Pengujian makro dilakukan untuk mengamati distribusi Zn yang masuk ke dalam spesimen. Pengujian mikro dilakukan untuk mengamati  perbedaan  struktur  mikro  pada  daerah speimen  hasil  FSP. Pengujian SEM dilakukan untuk mengamati persebaran dan kandungan Zn pada setiap variasi.
Gambar 3. Skema penempatan partikel Zn.
3. Hasil dan Pembahasan
40 70 4 1 12 Partikel Zn ALUMINIUM 2 t Shoulder tool 15 Shoulder plunge depth
Pengujian  struktur  makro  dilakukan  pada  hasil pengelasan  FSP  dengan  variasi volume Zn  untuk mengetahui distribusi Zn masuk ke dalam aluminium. Pengujian dilakukan pada penampang melintang dan bagian atas daerah tool pada spesimen. Distribusi Zn ditandai dengan warna yang lebih gelap dibandingkan
dengan  dengan  daerah  sekitarnya  pada  hasil  FSP penampang  melintang  dan  bagian  atas  daerah tool pada  spesimen.  Pada  Gambar  4  menunjukkan  hasil foto  makro  penampang  melintang  spesimen.  Dari hasil  uji  struktur  makro  pada  penampang  melintang tersebut tidak terdapat perbedaan yang mencolok dari hasil FSP. Hal tersebut dikarenakan perbesaran lensa pada alat uji yang kurang besar.
Gambar 4. Hasil foto makro penampang melintang variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Gambar 5  menunjukkan  hasil struktur makro bagian atas  daerah tool pada  spesimen.  Dari  hasil  tersebut terdapat perbedaan warna yang mencolok. Perbedaan tersebut  diakibatkan  oleh volume Zn  yang  berbeda ketika pada saat proses pengelasan berlangsung. Hal ini  mengakibatkan  material  aluminium  dan  Zn
bercampur dan menghasilkan aliran material di sekitar tool [9].  Terlihat  pada  pengujian  struktur  makro tersebut bahwa semakin meningkat volume Zn  maka distribusi  Zn  juga meningkat.
Gambar 5. Hasil foto makro bagian atas daerah tool variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Pengujian  mikroskopik  dilakukan  pada  daerah  yang ditunjukkan seperti Gambar 6. Pengujian mikroskopik  menunjukkan perbedaan struktur mikro pada hasil FSP di setiap daerah yang diamati. Daerah yang diamati yaitu, Base Metal (BM), Heat Affected Zone (HAZ), Thermo-mechanically  Affected  zone (TMAZ) dan Shoulder Affected Zone (SAZ).
Gambar 6. Daerah pengujian mikroskopik.
Daerah Base Metal (BM) pada spesimen ditunjukkan pada Gambar 7. Base metal adalah daerah yang tidak terkena  efek  panas  selama  proses stirring .  Bentuk struktur  mikro  pada  daerah  ini  tidak  mengalami perubahan  bentuk  [3].  Hal  ini  dikarenakan  proses perlakuan cold  work  rolling yang  diterima  oleh  AA 1100 pada saat proses hardening .
Gambar 7. Daerah base metal AA 1100.
Daerah Shoulder  Affected  Zone (SAZ)  pada  setiap variasi  spesimen  ditunjukkan  pada  Gambar  8.  SAZ memiliki ukuran butir yang lebih kecil dibandingkan daerah  lainnya.  Butir  tersebut  terbentuk  akibat  area yang terdeformasi oleh gesekan dari putaran shoulder . Panas yang dihasilkan dari gerakan tool menyebabkan terjadinya rekristalisai sehingga ukuran butir menjadi kecil [5]. Yadav, dkk [9] menyatakan bahwa partikel Zn  yang  dimasukkan  ke  dalam  aluminium  dapat membentuk solid solution . Partikel Zn akan berdifusi dengan  aluminium  seiring  meningkatnya  deformasi plastis  yang  terjadi  [9].  Semakin  banyak volume Zn yang dimasukkan maka akan semakin meningkatkan partikel Zn yang berdifusi dengan aluminium. Hal ini memperkuat dugaan  bahwa terdapat perbedaan pada FSP  AA  1100  dengan  penambahan  partikel  Zn  dan tanpa partikel Zn.
BM SAZ TMAZ HAZ
100 µm (a ) (b ) (c ) (d ) (e ) (e) (a) (b) (c) (d)
Gambar 8. Daerah SAZ variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Daerah TMAZ pada setiap variasi kajian ditunjukkan pada  Gambar  9.  Daerah  TMAZ  merupakan  daerah pada material yang terkena efek panas selama proses stirring dan  memiliki  ukuran  butir  yang  lebih  luas dibandingkan pada daerah SAZ. Efek panas tersebut mengakibatkan  terjadinya  rekristalisasi,  dimana ketika  mencapai  temperatur  rekristalisasi  ditahan akan menghasilkan grain growth yang menyebabkan ukuran  butir  lebih  besar  [25].  Selain  itu,  daerah tersebut  juga  mengalami  deformasi  plastis  akibat desakan  dari  gerakan  putar tool [26].  Deformasi plastis  yang  terjadi  mengikuti  arah  aliran  adukan material,  sehingga  terdapat  perbedaan  bentuk  dan ukuran disetiap variasi kajian.
Gambar 9. Daerah TMAZ Variasi Volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) Tanpa Zn.
Padhy,  dkk  [17]  mengatakan  bahwa  TMAZ  adalah daerah  yang  memiliki  arah  orientasi  butir  yang terbentuk  karena  mengikuti  arah  aliran  adukan material. Perbedaan volume Zn yang digunakan dalam kajian  ini  juga  mempengaruhi  bentuk  butir  pada daerah TMAZ. Hal ini dikarenakan jumlah partikel Zn yang  berdifusi  dengan  Al  berbeda-beda  pada  setiap variasinya. Sehingga, hal tersebut juga mempengaruhi perbedaan  nilai  kekerasan  yang  terjadi  pada  daerah TMAZ.
Daerah  HAZ  pada  setiap  variasi  kajian  ditunjukkan pada  Gambar  10.  Daerah  HAZ  adalah  daerah  yang menerima energi panas cukup besar pada saat proses stirring , tetapi daerah ini tidak mengalami deformasi plastis  [28].  Energi  panas  tersebut  dihasilkan  dari kecepatan  putar tool selama  proses stirring berlangsung.  Kecepatan  putar tool yang  digunakan dalam kajian ini konstan pada setiap variasi. Sehingga tidak  terjadi  perubahan  bentuk  butir  yang  signifikan pada daerah HAZ di setiap variasi kajian. Selain itu, daerah HAZ juga tidak terjadi difusi antara Zn dan Al. Hal  ini  dikarenakan  daerah  HAZ  tidak  terkena penambahan  partikel  Zn  [13].  Oleh  karena  itu,  nilai kekerasan  pada  daerah  HAZ  relatif  sebanding  di setiap variasinya.
Gambar 10. Daerah HAZ variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Pengujian  SEM  ( Scanning  Electron  Microscopy ) kajian  ini  dilakukan  pada  penampang  melintang spesimen. Pengujian SEM dilakukan untuk memperkuat  dugaan  bahwa  pada  daerah  yang berwarna  gelap  terdapat  partikel  Zn  pada  pengujian struktur  makro.  Hasil  pengujian  SEM  juga  terdapat warna gelap dan terang, dimana warna terang diduga terdapat  partikel  Zn  yang  menyebar  ke  tepi  akibat gerak rotasi dari tool .
Al Al Al Al Zn Zn Zn Zn (a) (b) (c) (d) (e) (e) (a) (b) (c) (d) (e) 100 µm 100 µm 100 µm 100 µm 100 µm (a) (b) (c) (d) 100 µm 100 µm 100 µm 100 µm 100 µm (e)
Gambar  11(a)  menunjukkan  hasil  uji  SEM  dengan variasi  volume  Zn  22  mm 3 .  Pada  hasil  pengujian tersebut  terdapat  perbedaan  warna,  dimana  daerah warna terang diduga terdapat partikel Zn yang teraduk oleh gerak rotasi tool yang mengakibatkan distribusi Zn  bergerak ke tepi. Meskipun distribusi  Zn  banyak bergerak  ke  arah  tepi,  tetapi  pada  bagian  tengah permukaan  tersebut  hanya  mengandung  sedikit partikel Zn [9].
Hasil  uji mapping ditunjukkan  pada  Gambar  11(b) yang menunjukkan bahwa pada daerah terang terdapat partikel  Zn.  Hal  tersebut  dibuktikan  dengan persebaran  titik-titik  berwarna  ungu  pada  daerah tersebut.  Terlihat  pada  hasil  uji mapping tersebut parikel Zn banyak menyebar ke arah samping. Hal ini dikarenakan oleh gerakan rotasi tool yang mengakibatkan  partikel  Zn  bergerak  mengikuti  arah aliran  material  dan  teraduk  pada  saat  proses stirring berlangsung  [30].  Parameter volume Zn  pada  kajian ini  juga  mempengaruhi  persebaran  parikel  Zn. Semakin  banyak volume Zn  maka  semakin  banyak partikel Zn yang tersebar.
Hasil  uji  EDS volume Zn  terendah  (22  mm 3 ) ditunjukkan  pada  Gambar  11(c).  Pengujian  tersebut dilakukan  pada  daerah under  tool dengan  dua  titik berbeda.  Titik  pertama  berada  di  tengah,  dimana kandungan  partikel  Zn  yang terdapat  pada  daerah tersebut sebesar 0,2 %. Sedangkan titik kedua berada pada pojok kiri dari under tool dengan kandungan Zn sebesar 4,2 %. Hal  ini berbanding lurus dengan  hasil uji  SEM  dan mapping ,  dimana  distribusi  Zn  banyak ke arah samping tool dibandingkan daerah permukaan
tengah  spesimen  [9].  Paramater  pada  kajian  ini juga mempengaruhi  hasil  kandungan  parikel  Zn. Semakin
banyak volume Zn  maka  kandugan  partikel  Zn semakin meningkat.
Gambar 11. (a) Hasil uji SEM dengan partikel Zn, (b) Hasil uji mapping dengan partikel Zn, (c) Hasil uji EDS dengan partikel Zn.
Hasil  uji  SEM  tanpa  Zn  ditunjukkan  pada  Gambar 12(a),  pada  hasil  pengujian  tersebut  tidak  terdapat perbedaan warna gelap dan terang pada daerah  hasil pengelasan.  Hal  tersebut  diduga  bahwa  tidak  ada partikel  Zn  pada  permukaan  hasil  FSP.  Hasil  uji mapping ditunjukkan  pada  Gambar  12(b),  dimana pada daerah tersebut didominasi oleh aluminium dan tidak terbukti adanya partikel Zn.
Gambar 12(c) menunjukkan hasil uji EDS tanpa Zn. Pengujian  ini  dilakukan  ssperti  pengujian  EDS sebelumnya  yang  dilakukan  pada  bagian under  tool dengan dua titik berbeda. Hasil uji EDS pada variasi tanpa  Zn  menunjukkan  tidak  adanya  kandungan partikel Zn. Hal ini dibuktikan dengan kandungan Zn di kedua titik sebesar 0 %.
Gambar 12. (a) Hasil uji SEM tanpa Zn, (b) Hasil uji mapping tanpa Zn, dan (c) Hasil Uji EDS tanpa Zn.
Hasil uji SEM distribusi Zn ditunjukkan pada Gambar 13  dengan  variasi volume Zn  (a)  terendah;  (d) tertinggi;  dan  (e)  tanpa  Zn.  Variasi volume Zn terendah  (22  mm 3 )  menunjukkan  bahwa  terdapat unsur Zn yang paling sedikit. Sedangkan pada variasi volume Zn tertinggi (90 mm 3 ) menunjukkan terdapat banyak unsur Zn. Sehingga, semakin banyak volume Zn  maka  unsur  Zn  akan  bertambah  banyak.  Hal tersebut berlawanan dengan variasi tanpa Zn, dimana tidak terdapat unsur Zn pada variasi tersebut.
(a) (b) (c) (a) (b) (c)
Gambar 13. Hasil uji SEM variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Pengujian mapping dilakukan  dengan  tujuan  untuk mengetahui  distribusi  Zn  selama  proses  pengelasan berlangsung.  Pengujian  ini  juga  untuk  memperkuat dugaan adanya unsur Zn yang sesuai dengan uji SEM. Pada Gambar 14 terlihat distribusi Zn semakin banyak seiring  meningkatnya volume Zn.  Bauri,  dkk  [9] menyatakan bahwa persebaran unsur Zn menyebabkan atom-atom Zn  berdifusi dengan atom- atom  Al,  sehingga  terjadi  proses  mekanisme penguatan material solid solution .
Gambar 14. Hasil uji mapping variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Pengujian EDS dilakukan untuk mengetahui kandungan Zn yang terdapat pada setiap variasi kajian ini.  Pengujian  ini  juga  untuk  memperkuat  dugaan adanya partikel Zn yang sesuai uji SEM dan mapping . Gambar 15 (e) menunjukkan hasil uji EDS tanpa Zn. Hasil  yang  didapatkan  pada  pengujian  tersebut memperlihatkan  bahwa  kandungan  partikel  Zn  pada kedua titik sama, yaitu memiliki kandungan Zn 0 %. Hal ini disebabkan karena tidak adanya penambahan partikel  Zn  ketika  proses  pengelasan  berlangsung [12].
Pengujian  EDS  ditunjukkan  pada  Gambar  15.  Hasil pengujian  EDS  yang  diperoleh  pada  Gambar  15(a) menujukkan kandungan Zn di kedua titik 0 %. Hasil uji  EDS  dengan volume Zn  22  mm 3 atau  variasi dengan volume Zn  terendah  ditunjukkan  pada Gambar 15(b). Hasil yang didapatkan pada pengujian tersebut  memperlihatkan  bahwa  kandungan  partikel Zn pada kedua titik berbeda, dimana titik 1 ( Spectrum 1 )  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  titik  2 ( Spectrum 2 ). Kandungan Zn yang terdapat pada titik 1 sebesar 0,2 % sedangkan pada titik 2 sebesar 4,2 %. Hal  ini  dikarenakan  partikel  Zn  bergerak  mengikuti aliran  material  dan  teraduk  ke  samping  yang diakibatkan oleh gerak rotasi tool . Sehingga, banyak partikel Zn  yang  mengendap ke samping dibandingkan  ke  tengah  [9].  Kandungan  Zn  pada Gambar 15(c) sebesar 7,8 % dan 0,5 %. Kandungan Zn  pada  Gambar.  15(d)  sebesar  9,4  %  dan  0,9  %. Gambar 15(e) dengan volume Zn terbanyak memiliki kandungan  Zn  11,4  %  dan  1,7  %.  Semakin  banyak
(a) (b) (c) (d) (e) (a) (b) (c) (d) (e) (b) (a) (b) (c) (d) (e)
volume Zn  maka  kandungan  Zn  juga  semakin meningkat pada spesimen.
Gambar 15. Hasil uji EDS variasi volume Zn (a) 22 mm 3 , (b) 45 mm 3 , (c) 67 mm 3 , (d) 90 mm 3 , dan (e) tanpa Zn.
Pengujian  kekerasan  dalam  kajian  ini  menggunakan Metode Uji Keras Vickers . Pengujian ini menggunakan spesimen yang telah dipotong melintang.  Penempatan  titik  uji  keras  ditunjukkan seperti pada Gambar 16. Pengambilan nilai kekerasan terbagi  menjadi  3  bagian,  yaitu  bagian  atas,  tengah, dan  bawah.  Pada  bagian  atas  dilakukan  dibawah under  tool dengan  jarak  1  mm  dari  permukaan. Bagian    tengah    dilakukan    pada    tengah-tengah spesimen.  Sedangkan  bagian  bawah  dilakukan dengan  jarak  1  mm  di  atas  permukaan  bawah spesimen. Jarak antar titik pengujian kekerasan pada kajian ini adalah 2 mm. Penempatan titik dan bagian pengujian  ini  berlaku  untuk  semua  spesimen  setiap variasi volume Zn.
Gambar 16. Lokasi titik uji vickers.
Material  AA  1100  tanpa  perlakuan  memiliki  nilai kekerasan  30,5  HV.    Hasil  pengujian  kekerasan dengan variasi volume Zn pada bagian SAZ ( Shoulder Affected  Zone )  atau under  tool ditunjukkan  pada Gambar 17. Trend yang terjadi pada  hasil pengujian tersebut menunjukkan hasil yang hampir sama, yaitu bertambahnya volume Zn  mengakibatkan  nilai kekerasan  semakin  meningkat.  Terlihat  pada  daerah SAZ  ( Shoulder  Affected  Zone )  yang  mengalami peningkatan kekerasan dengan bertambahnya volume Zn.  Kemudian  nilai  tersebut  meningkat  secara signifikan pada daerah samping SAZ.
Gambar 17. Diagram hasil uji kekerasan bagian under tool .
Berdasarkan  hasil  pengujian  keras  didapatkan  nilai kekerasan di SAZ  lebih tinggi dibandingkan di BM, tetapi  lebih  rendah  dibandingkan  dengan  daerah samping  SAZ.  Hal  tersebut  diakibatkan  oleh  panas gesekan  dari  gerakan tool yang  lebih  tinggi  pada
daerah SAZ selama proses FSP [31]. Penurunan nilai kekerasan  daerah  SAZ  diakibatkan  hilangnya  efek strain  hardening dari  penguatan  aluminium  secara cold  working .  Hilangnya  efek strain  hardening dikarenakan  aluminium  telah mencapai  suhu rekristalisasinya  pada  saat  proses  pengelasan  [32]. Hal ini mengakibatkan menghilangnya efek dislocation  density dan  berkurangnya  ikatan  antar butir. Dislocation  density merupakan jumlah banyaknya dislokasi pada suatu luasan material [33].
Daerah  SAZ  mengalami  peningkatan  kekerasan akibat terjadinya rekristalisasi dan deformasi plastis. Rekristalisasi  mengakibatkan  ukuran  butir  menjadi lebih  kecil.  Semakin  kecil  ukuran  butir  maka kekerasan semakin meningkat [20]. Ukuran butir pada daerah SAZ hampir memiliki ukuran yang sama. Hal ini  dikarenakan  adanya  intensitas  deformasi  plastis yang  terjadi.  Deformasi  plastis  pada  kajian  ini berhubungan  dengan  kedalaman  cetakan  yang digunakan. Semakin tinggi cetakan yang dibuat maka deformasi plastis yang terjadi semakin sedikit. Hal ini dikarenakan  aluminium  pada  bagian  bawah  cetakan semakin tipis sehingga ikatan antara atom Al dan Zn semakin  berkurang.  Berkurangnya  deformasi  plastis yang   terjadi   mengakibatkan   kekerasan   menjadi menurun, tetapi  dengan  adanya  penambahan volume Zn  maka  kekerasan  semakin  meningkat  [9].  Hal  ini dikarenakan semakin tinggi cetakan maka volume Zn yang  digunakan  semakin  banyak.  Sehingga,  dapat disimpulkan  bahwa peran partikel Zn  lebih dominan terhadap kekerasan daripada ukuran butir.
Daerah samping SAZ memiliki nilai kekerasan paling tinggi.  Daerah  tersebut  selain  mengalami  panas gesekan juga mengalami deformasi plastis. Deformasi tersebut  menyebabkan  perubahan  butir  dari  butir terekristalisasi menjadi butir terdeformasi [28]. Selain itu, dikarenakan distribusi Zn yang tidak merata pada bagian  SAZ  mengakibatkan  Zn  cenderung  bergerak menyusup  ke  samping  selama  proses stirring berlangsung.  Ketika  proses stirring berlangsung, energi panas yang semakin besar membuat butir-butir berubah  menjadi  lebih  kecil.  Ukuran  butir  yang semakin  kecil  menghasilkan  ikatan  butir  yang semakin kuat sehingga terjadi mekanisme penguatan material solid  solution  substitutional [9]. Sedangkan pada  daerah  HAZ  hanya  mengalami  siklus  termal tinggi yang mengakibatkan penurunan nilai kekerasan dibandingkan dengan daerah samping SAZ [34].
Hasil  pengujian  kekerasan  pada  bagian  tengah spesimen  ditunjukkan  pada  Gambar  18. Trend yang terjadi  pada  hasil  pengujian  bagian  tersebut  hampir sama dengan pengujian pada bagian under tool , yaitu kekerasan  meningkat  seiring  bertambahnya volume Zn.  Kekerasan  pada  bagian  ini  lebih  rendah dibandingkan  dengan  kekerasn  pada  bagian under tool .  Pada  hasil  uji mapping ,  dimana  partikel  Zn masuk ke bagian tengah spesimen. Tetapi, distribusi Zn pada bagian tengah spesimen tidak sebanyak pada bagian under tool . Hal tersebut dikarenakan pengaruh
-7   -6   -5  -4  -3  -2   -1   0   1   2   3  4  5   6   7
panas  akibat  putaran  dan  desakan tool yang  rendah.
Sehingga  pada  bagian  ini  hanya  mengalami  siklus
termal yang tinggi [31]. Nilai kekerasan tertinggi pada bagian  ini  terdapat  pada  variasi  A4  (dengan volume Zn 90 mm 3 ), yaitu dengan nilai 44,7 HV. Sedangkan nilai  kekerasan  terendah  terdapat  pada  variasi  A5 (tanpa Zn), yaitu dengan nilai rata-rata 31,8 HV.
Gambar 18. Diagram hasil uji kekerasan bagian tengah.
Hasil  pengujian  kekerasan  pada  bagian  bawah spesimen  ditunjukkan  pada  Gambar  19. Trend hasil pengujian  yang  terjadi  pada  bagian  tersebut  adalah relatif  sama  atau  konstan,  hal  tersebut  dikarenakan putaran dan desakan tool tidak berpengaruh terhadap kekerasan aluminium  bagian bawah [31].   Distribusi Zn  tidak  masuk  sampai  bagian  bawah  spesimen, sehingga  pada bagian  ini partikel Zn dan aluminium tidak berdifusi, dan nilai kekerasan bagian ini secara rata-rata adalah 30,6 HV.
Gambar 19. Diagram hasil uji kekerasan bagian bawah.

## 4. Kesimpulan
Kajian ini menghasilkan bahwa struktur mikro daerah SAZ memiliki ukuran butir lebih kecil dibandingkan daerah  TMAZ,  HAZ,  dan  BM  akibat  terjadinya rekristalisasi pada daerah SAZ. Daerah SAZ semakin banyak  mengandung  partikel  Zn  seiring  dengan penambahan volume Zn.  Al  dan  Zn  berdifusi  secara solid solution interstitial yang menyebabkan material AA  1100  lebih  kuat.  Kekerasan  permukaan  pada material  AA  1100  semakin  meningkat  seiring meningkatnya volume Zn.  Tingkat  kekerasan permukaan  tertinggi  terdapat  pada  spesimen  dengan volume Zn  90  mm 3 atau  variasi volume Zn  paling banyak,  yaitu  87,5  HV.  Sedangkan  kekerasan permukaan terendah terdapat pada spesimen tanpa Zn, yaitu 44,7 HV. Penambahan partikel Zn efektif dalam meningkatkan pengerasan permukaan material.

## Daftar Pustaka
[1] J.  C.  Aurich,  P.  Mayer,  B.  Kirsch,  D.  Eifler, Smaga, and R. Skorupski. 2014, “Characterization  of  deformation  induced
surface  hardening  during  cryogenic  turning  of AISI 347,” CIRP Ann. - Manuf. Technol.
[2] R. S. Mishra, R. W. Mahoney, S. X. McFadden, A.  Mara,  A.  K.  Mukherjee.  2002,  “High  strain rate  superplasticity  in  a  friction  stir  processed 7075 Al alloy,” Scr. Mater., no. 42, pp. 163–168.
[3] Z.  Y.  Ma,  S.  R.  Sharma,  R.  S.  Mishra.  2006, “Microstructural modification of as-cast Al- Si- Mg alloy by friction stir processing,” Met. Mater. Trans., vol. A 37, pp. 3323–3336.
[4] Sina  Ebnesajjad.  2014,  "Surface  Treatment  of Materials  for  Adhesive  Bonding  (Second Edition)." Oxford. pp 1-154.
[5] I.  Charit  and  R.  S.  Mishra.  2018,  “Effect  of friction  stir  processed  microstructure  on  tensile properties  of  an  Al-Zn-Mg-Sc  alloy  upon subsequent aging heat treatment,” J. Mater. Sci. Technol., vol. 34, no. 1, pp. 214–218.
[6] B.  M.  Darras.  2005,  “  Experimental  and Analytical  Study  of  Friction  Stir  Processing,” University of Kentucky Master's Theses. 353.
[7] R.  S.  Mishra,  Z.  Y.  Ma.  2005,  “Friction  stir welding and processing,” Mater. Sci. Eng., vol. R 50, pp. 1–78.
[8] R. Z. Xu, D. R. Ni, Q. Yang, C. Z. Liu and Z. Y. Ma.  2015.  “Influencing  mechanism  of  Zn interlayer addition on hook defects of friction stir spot  welded  Mg-Al-Zn  alloy  joints,”  Mater. Des., vol. 69, pp. 163–169.
[9] D.  Yadav,  R.  Bauri,  and   N.  Chawake. 2018, “Fabrication of Al-Zn solid solution via friction stir  processing,”  Mater.  Charact.,  vol.  136,  no. December 2017, pp. 221–228.
[10] S.  R.  Babu,  S.  Pavithran,  M.  Nithin,  and  B. Parameshwaran. 2014, “Effect of Tool Shoulder Diameter  during  Friction  Stir  Processing  of AZ31B  alloy  sheets  of  various  thicknesses,” Procedia Eng., vol. 97, pp. 800–809.
[11] R.  Balasundaram,  V.  K. Patel,  S.  D.  Bhole  and D.  L.  Chen.  2014,  “Effect  of  zinc  interlayer  on ultrasonic  spot  welded  aluminium-to-copper joints,”  Mater.  Sci.  Eng.  A,  vol.  607,  pp.  277– 286.
[12] V. V Patel, V. J. Badheka, and A. Kumar. 2016, “Effect of velocity index on grain size of friction stir  processed  Al-  Zn-Mg-Cu  alloy,”  Procedia. Tech. vol. 23, pp. 537–542.
[13] A.  Boucherit,  M.  Avettand-fènoël,  and  R. Taillard.  2017,  “Effect  of  a  Zn  interlayer  on dissimilar  FSSW  of  Al  and  Cu,”  Mater.  Des., vol. 124, pp. 87–99.
[14] T. S. Bloodworth, G. E. Cook and A.  M. Strauss. 2009,  “Properties  and  Forces  of  Immersed Friction  Stir  Welded  AA6061-T6,”  Mater.  Sci. Eng. vol. 62863, no. 618, pp. 209–210.
[15] Q. Zheng, X. Feng, Y. Shen, G. Huang, and  P. Zhao. 2016,  “Dissimilar  friction stir welding of 6061 Al to 316 stainless steel using Zn as a fi ller metal,” J. Alloys Compd., vol. 686, pp. 693–701.
[16] Pompy P. Iyan P. Adhipta N.A. 2016, “Physical and  Mechanical  Properties  of  Welded  Joints Friction  Stir  Welding  (FSW)  AA  5083  with  a Variation  of  the  Shape  and  Rotational  Speed Probe  On  Ship  Construction,”  Scr.  Mater.,  vol. 163, no. 9, pp. 369–404.
[17] G.  K.  Padhy,  C.  S.  Wu,  and  S.  Gao.  2018, “Friction  stir  based  welding  and  processing technologies-processes, parameters, microstructures and applications :  A review,”  J. Mater. Sci. Tech. vol. 34, pp. 1–38.
[18] B.  Straumal,  X.  Sauvage,  B.  Baretzky,  A.  A. Mazilkin  and  R.  Z.  Valiev.  2014,  “Grain boundary films in Al-Zn alloy after high pressure torsion,” Scr. Mater., vol. 70, pp. 59–62.
[19] C. Y. Liu, H. J. Jiang, B. Zhang and Z. Y. Ma. 2018, “High   damping   capacity   of   Al   alloys produced  by  friction  stir  processing,”  Mater. Characterization.  vol. 136, no. December 2017, pp. 382–387.
[20] Y. Chen, H. Wang, X. Wang, H. Ding, J. Zhao, F. Zhang and Z. Ren. 2018, “Influence of tool pin eccentricity  on  microstructural  evolution  and mechanical  properties  of  friction  stir  processed Al-5052 alloy,” Mater. Sci. Eng. A.
[21] S. Rathee,  S. Maheshwari, A. N. Siddiquee, M. Srivastava  and  S.  K.  Sharma.  2016,  “Process parameters optimization for enhanced microhardness  of  AA  6061  /  SiC  surface composites fabricated via Friction Stir Processing ( FSP ),” Mater. Today Proc., vol. 3, no. 10, pp. 4151–4156.
[22] Rajiv  S.  Mishra.  2000,  “CHAPTER  2 Introduction  to  Friction  Stir  Processing  (FSP),” J. Mater. Pro. Tech. vol. 2. pp 1-28.
[23] G.  Mathers.  2002,  "The  welding  of  aluminium and its alloys". Cambridge England. pp 1-236.
[24] Z. Shen, X. Yang, Z. Zhang, L. Cui and Y. Yin. 2013,  “Mechanical  properties  and  failure mechanisms  of  friction  stir  spot  welds  of  AA 6061-T4 sheets,” J. Mater., vol. 49, no. October
2017, pp. 181–191.
[25] K.  Esterling.  1992,    “Physical    Metallurgy    of Welding 1.” University of Exeter. p. 282.
[26] R. G. Narayanan. 2018, “Effect of hole diameter on joint strength and joint formation in Effect of hole  diameter  on  joint  strength  and  joint formation  in  Dieless  friction  stir  form  joints between  dissimilar  aluminum  alloy,”  Procedia Manuf., vol. 26, pp. 255–266.
[27] A.  Kumar, H. Chelladurai  and S. Tiwari. 2017, “Effect  of  Pre-Heat  Time  on  Force  During Friction  Stir  Welding  Of  Aluminium  1050 Alloy,”  Mater.  Today  Proc.,  vol.  4,  no.  2,  pp.
3618–3626.
[28] Y. Ni, L. Fu and H. Y. Chen. 2019, “Effects of travel  speed  on  mechanical  properties  of AA7075-T6 ultra-thin sheet joints fabricated by high  rotational  speed  micro  pinless  friction  stir
welding,” J. Mater. Process. Tech., vol. 265, no. June 2018, pp. 63–70.
[29] A.  K.  Shettigar,  G.  Salian,  M.  Herbert  and  S. Rao.  2013,  “Microstructural  Characterization and Hardness Evaluation of Friction Stir Welded Composite AA6061-4 . 5Cu-5SiC ( Wt .%),” vol. 63, no. 4, pp. 429–434.
[30] Z. Liu, H. Cui, S. Ji, M. Xu and X. Meng. 2016, “Improving  Joint  Features  and  Mechanical Properties  of  Pinless  Fiction  Stir  Welding  of Alcald  2A12-T4  Aluminum  Alloy,”  J.  Mater. Sci. Technol., vol. 32, pp. 1372–1377.
[31] J.  Peng  et  al.  2018,  “The  effect  of  texture  and grain  size  on  improving  the  mechanical properties  of  Mg-Al-Zn  alloys  by  friction  stir processing,” Sci. Rep., no. November 2017, pp. 2–11.
[32] Z. Liu, H. Cui, S. Ji, M. Xu and X. Meng. 2016, “Improving  Joint  Features  and  Mechanical Properties  of  Pinless  Fiction  Stir  Welding  of Alcald 2A12-T4 Aluminum Alloy,” vol. 32, pp. 1372–1377.
[33] R.  V.  Vignesh    and    R.    Padmanaban.  2018, “Influence of friction stir processing parameters on  the  wear  resistance  of  aluminium  alloy AA5083,” Mater. Today Proc., vol. 5, no. 2, pp. 7437–7446.
[34] J. John, S. P. Shanmughanatan and M. B. Kiran. 2018, “Effect of tool geometry on microstructure and  mechanical  Properties  of  friction  stir processed  AA2024-T351  aluminium  alloy,” Mater. Today Proc., vol. 5, no. 1, pp. 2965–2979.