## ANALISA SIFAT MEKANIK PADA KOMPOSIT 86 AL 1020 – 12 FLY ASH – 2 MG YANG DIBUAT DENGAN PROSES
DIRECT MELT OXIDATION (DIMOX)
Qomarul Hadi (1*) dan Ahmad Sumadi (1)
(1) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya Sumatera Selatan, Indonesia -30662
(*) E-mail Corresponding Author : qoma2007@unsri.ac.id

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  menganalisa  sifat  mekanik  pada  komposit  dengan  komposisi  86% alumunium  1020,  12% fly  ash dan  2% magnesium,  tiga  material  komposit  tersebut  digabungkan didalam furnace dengan  metode Direct  Melt  Oxidation ,  setelah  proses  peleburan  dengan pencapaian  temperatur  900 o C  dan holding  time berfariasi  yakni  4  jam,  5  jam  dan  6  jam. Selanjutnya, pengujian kekerasan Brinell, pada K4 nilai rata-rata BHN 49,00816 kgf/mm, K5 nilai rata-rata BHN 51,80066 kgf/mm dan K6 nilai rata-rata BHN 56,64983 kgf/mm. Pada pengamatan Scaning  Electron  Microscope K6  spesimen  yang  memiliki  pori  paling  baik,  perubahan  setruktur mikro  pada  komposit  tersebut  semakin  terlihat  jelas  pada  pengamatan  pembesaran  5000x,  ini disebabkan  karena  adanya holding  time yang  membantu  proses  infiltrasi  pada  reaksi  antarmuka antara fasa cair dan fasa padat, dan juga pengguna holding time ini dikarenakan kemampuan logam untuk membasahi serta proses infiltrasi berlangsung lambat dan membutuhkan waktu agar sampai pada pencampuranya yang lebih merata.
Kata  Kunci: Oksidasi  leleh  langsung,  waktu  tahan,  sifat  mekanik,  kekerasan Brinell , Scanning Electron Microscope .

## Abstract
This  study  aims  to  analyze  the  mechanical  properties  of  composite  with  a  composition  of  86% aluminum 1020, 12% fly ash and 2% magnesium, the three composite materials are combined in a furnace  with  the  Direct  Melt  Oxidation  method,  after  the  melting  process  with  a  temperature  of 900 o C  and  the  holding  time  varying  4  hours  ,  5  hours  and  6  hours.  Later,  the  Brinell  hardness tester, at K4 the average value of BHN was 49.00816 kgf / mm, K5 the average value of BHN was 51.80066 kgf / mm and K6 the average value of BHN was 56.64983 kgf / mm. In the observation of Scaning  Electron  Microscope  K6  specimens  that  have  the  best  pores,  changes  in  the microstructure  of  these  composites  are  increasingly  visible  on  the  5000x  magnification observation.  This  is  due  to  the  holding  time  which  helps  the  infiltration  process  in  the  interface reaction between the liquid and solid phases, and the user of this holding time is due to the metal's wetting ability and the slow and time-consuming infiltration process. to get a more even mixture.
Keywords:  Direct  melt  oxidation,  holding  time,  mechanical  properties,  Brinell  Hardness, Scanning Electron Microscope

## 1 PENDAHULUAN
Secara  umum  komposit  adalah  suatu  kombinasi material  dari  dua  atau  lebih  material  yang digabungkan melalui campuran yang tidak homogen, dimana sifat mekanik dari masing-masing material pembentuknya itu yang berbeda-beda [1].
Bahan  komposit  dikembangkan  sebagai  bahan alternatif  untuk  mendapatkan  sifat  yang  lebih  baik seperti high  strength/modulus dan  densitas  rendah yang  sangat  sesuai  diterapkan  dalam  industri penerbangan,  antariksa  serta  industri  otomotif.  Pada industri  tersebut  memang  membutuhkan  komponen yang  lebih  ringan  namun  memiliki  karakteristik yang  handal.  Secara  prinsip  bahwa  penguat  yang
kontinu  memberikan  sifat  kekuatan  spesifik  lebih baik [2].
Adapun  bahan  komposit  pada  umumnya  terdiri  dari dua  unsur,  yaitu  serat  ( fiber )  sebagai  bahan  pengisi dan  matrik  sebagai  bahan  pengikat  serat.  Dari campuran  tersebut  akan  dihasilkan  sebuah  material komposit  yang  mempunyai  sifat  mekanik  dan karakteristik  yang  berbeda-beda  dari  material pembentuknya [3].
Secara  struktur  mikro  material  komposit  tidak  akan merubah  material  pembentuknya  (dalam  orde kristalin) akan tetapi secara keseluruhannya material komposit  berbeda  dengan  material  pembentuknya dikarenakan  terjadi  ikatan  antar  permukaan  antara
matriks  dan  filler.  Adapun  syarat  terbentuknya komposit  yaitu  adanya  ikatan  permukaan  antara matrix dan filler ,  ikatan  antar  permukaan  ini  terjadi karena adanya gaya adhesi dan kohesi[4].
Pada  perkembangan  ilmu  pengetahuan  yang  telah dicapai maka dapat mengembangkan suatu teknologi yang  baru  yaitu  dengan  membuat  sebuah  komposit, karena  komposit  merupakan  salah  satu  solusinya. Pada  penelitian  ini  penulis  memakai  metode Direct Metal  Oxidation ,  metode  ini  jenis  metode  infiltrasi cairan yakni proses oksidasi logam langsung. Proses Direct  Melt  Oxidation ini  merupakan  proses  hasil reaksi antara logam cair dangan gas. Komposit dapat dihasilkan akibat adanya infiltrasi logam cair, karena adanya  gaya  kapilaritas  logam  leburan  pada temperatur  yang  cukup  tinggi  juga  berlangsung secara  mengejutkan,  tanpa  adanya  tekanan  dari luar[5].
Pada  proses DIMOX ,  leburan  logam  mengalami oksidari secara langsung dengan atmosfer disekitarnya.  Proses  pembuatan Metal  Matrik Composit dilakukan dalam furnace dengan lingkungan atmosfir dan  temperatur  proses  hingga 900 o C  secara  konstan  dan holding  time -nya  yang berfariasi yakni 4 jam, 5 jam dan 6 jam. Pada proses peleburan  logam  ini  akan  dilakukan  di  dalam furnace ,  sebelum  logam  dimasukkan  maka  harus dilakukan  pemotongan  dan  penimbangan  pada logam  terlebih  dahulu.  Setelah  proses  pencairan selesai dilakukan di dalam furnace hingga mencapai titik didih aluminium yaitu 660 o C, kemudian setelah mencairnya  aluminium  tersebut  akan  terjadilah oksidasi  pada  saat  pencampuran  aluminium  dengan fly  ash dan  magnesium.  Setelah  temperatur mencapai 900 o C akan di berikan waktu tahan selama 4  jam,  5  jam  dan  6  jam.  Setelah  pencapaian temperatur  dan holding  time yang  diinginkan  maka dilakukan pendinginan secara normalizing [6].
Gambar 1 Mekanisme proses direct melt oxidation [5].
Pada  penelitian  ini,  ada  beberapa  batasan    masalah yang  perlu  diketahui  pada  pembuatan  komposit
yakni Fly  Ash yang  digunakan  adalah  tipe  C,  dan matriks  yang  di  gunakan  adalah  Aluminium  1020. Sifat  mekanik  yang  akan  dilakukan  yaitu  dari  uji kekerasan Brinell dan  uji Scanning  Electron Microscope ,  dari  kedua  pengujian  tersebut,  penulis bertujuan mengetahui tingkat kekerasan dan perubahan  struktur  mikro  dari  komposit  yang dilakukan  peleeburan  logam  yang  memiliki  waktu tahan yang berbeda.  Selain itu, adapun manfaat dari penggunaan metode DIMOX yakni dapat memperkaya  proses DIMOX dalam  pembuatan komposit  Al  + fly  ash +  Mg,  kemudian  dapat memperkaya  kajian  mengenai  pengaruh  penguatan material  komposit  aluminium  serta fly  ash dan magnesium terhadap sifat mekanik dan mempelajari struktur mikronya.

## 2 METODOLOGI
Gambar 2 Diagram alir penelitian
Bahan-bahan  material  yang  digunakan  dalam pembuatan  komposit  dengan  proses Direct  Melt
Oxidation  (DIMOX) ini  adalah  alumunium  serbuk, fly  ash (Abu  terbang)  dan  magnesium.  Semua bahan-bahan  tersebut  di  leburkan  didalam furnace . Fraksi volume dari bahan-bahan material yaitu Al 86 wt%, fly  ash 12  wt%,  dan  magnesium  2  wt%. Parameter  proses  yang  digunakan  dalam  pembuatan komposit  ini  meliputi;  temperatur  yang  konstan yaitu  dengan  suhu  900 o C  dan holding  time yang berfariasi yaitu 4 jam, 5 jam, dan 6 jam.
Gambar 3 Proses Peleburan 86 Al 1020 – 12 Fly ash – 2 Mg
Setelah  proses  peleburan  dan  pendinginan  logam selesai dilaksanakan, kemudian komposit tersebut di bentuk  menjadi  sampel  uji  sesuai  standar  pengujian yakni uji kekerasan Brinell dan pengamatan struktur mikro  dengan  alat Scanning  Electron  Microscopy (SEM).
Selanjutnya  material  komposit  akan  diuji  kekerasan dengan  bertujuan  untuk  mengetahui  sifat  mekanik dari  komposit  yang  dibuat  dengan  proses DIMOX . Pengujian  kekerasan Brinell merupakan  salah  satu dari  sekian  banyak  pengujian  yang  dipakai,  karena dapat  dilaksanakan  pada  benda  uji  yang  kecil  tanpa kesulitan  mengenai  standard  spesifikasi  spesimen. Pengujian kekerasan dilakukan menggunakan mesin Brinell  Hardness  Testing  Machine yang  ada  di Laboratorium  Metalurgi  Teknik  Mesin  Universitas Sriwijaya.  Spesimen  material  komposit  logam mengacu pada standar JIS Z 2202.
Selanjutnya dilakukan pengamatan Scanning Electron  Microscope ,  tujuannya  untuk  menganalisa lebih  lanjut  mengenai  struktur  mikro  dari Metal Matriks Composit .  pengamatan  ini  di  lakukan  pada spesimen  K4,  K5  dan  K6  agar  mendapat perbandingan  dari  setiap  spesimen. Scanning Electron Microscope sangat cocok digunakan dalam situasi  yang  membutuhkan  pengamatan  permukaan kasar  dengan  pembesaran  200x,  2000x  dan  5000x. Sebelum  melalui  lensa  elektro  magnetik  terakhir scanning raster mendeflesikan berkas elektron untuk men-scan  permukaan  sampel.  Hasil  scan  ini tersinkronisasi  dengan  tabung  sinar  katoda  dan gambar sampel akan tampak pada area yang di-scan.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Setelah semua pengujian selesai, data-data yang ada disusun  dan  diolah  untuk  menganalisis  kekerasan BHN. Berdasarkan  dari  pengambilan  data  maka dapat  dihitung  nilai  kekerasan  pada  tiap-tiap  titik pengujian  untuk  setiap  spesimen  komposit  yang dibuat  dengan  proses DIMOX ,  dan  berikut ditunjukan  pada  gambar  8  yakni  hasil  grafik  dari pengujian kekerasan Brinell.
Gambar 4 Grafik nilai kekerasan Brinell K4, K5 & K6 dengan beban 500 kgf.
Berdasarkan  pada  gambar  grafik  diatas  yakni  pada Gambar  4  menunjukkan  hasil  pengujian  kekerasan Brinell yang  telah  dilakukan.  Dapat  kita  lihat kekerasan  yang  semakin  meningkat  pada  komposit yang memiliki holding time 6 jam dan memiliki nilai kekerasan  paling  tinggi  jika  di  bandingkan  dengan spesimen  lainya.  Jadi,  penigkatan  ini  disebabkan matrik  ataupun  pengikat  dari  komposit  tersebut memiliki  fraksi  volume  yang  paling  banyak  maka penguat  dalam  komposit  tersebut  akan  semakin terinfiltrasi kedalam matrik alumunium jika semakin lama  penggunaan  waktu  tahannya  maka  akan tercampur  rata,  sehingga  akan  dapat  menerima beban  kekerasan  yang  semakin  besar  dan  seiring dengan bertambahnya holding time .
Setelah pengujian kekerasan Brinell selesai dilaksanakan,  adapun  pengamatan  yang  dilakukan untuk  mengetahui  struktur  mikro  pada  komposit yakni  menggunakan  alat Tescan  Vega  3  Scanning Electron Microscope , yang dilakukan di Laboratorium Material Politeknik Manufaktur Negeri  Bangka  Belitung  dengan  perbesaran  yang bervariasi. Sebelum melaksanakan pengamatan pada proses  pengambilan  gambar Scanning  Electron Microscope (SEM),  ada  peroses  yang  perlu dilakukan  terlebih  dahulu  diantaranya  pemotongan spesimen  yang  akan  dilakukan  proses  pengamatan karena  cetakan  spesimen  pada  saat  peleburan memiliki bentuk yang cukup besar dan kemungkinan tidak  muat  di  dalam chamber . Chamber itu  sendiri adalah tempat atau alas penempatan sepesimen yang terdapat  pada  bagian  dalam  alat Scanning  Electron Microscope (SEM),  kemudian  sebelum  meletakkan sebuah potongan spesimen diatas chamber spesimen yang  akan  di  lakukan  pengamatan  diberi  sebuah perekat  dengan  menggunakan  lakban  atau  isolasi pada  bagian  bawah  spesimen  yang  tidak  dilakukan pengamatan Scanning Electron Microscope (SEM).
Gambar 5 Pengamatan Scanning Electron Microscope pada Spesimen K4
Pengamatan Scanning  Electron  Microscopy ( SEM ) pada spesimen komposit yang memiliki holding time 4 jam, dengan pembesaran 200x, pembesaran 2000x dan  pembesaran  5000x,  dapat  kita  lihat  pada Gambar  5  dengan  pembesaran  200x  terdapat  pori- pori  yang  sangat  besar,  kemudian  pada  pembesaran 2000x  terdapat  kerutan-kerutan  alumunium  yang belum  tercampur  rata  dengan fly  ash ,  dan dilanjutkan  dengan  pembesaran  5000x  bahwasanya semakin terlihat sela-sela yang masih kosong karena material  alumunium  dengan fly  ash dan  magnesium tersebut  belum  seluruhnya  tercampur  dan  menyatu dan  menyebabkan  spesimen  tersebut  mengalami porositas,  ini  disebabkan  karena  penggunaan  waktu tahan yang masih kurang lama, maka serbuk penguat yakni fly  ash tersebut  masih  belum  mengisi  secara menyeluruh kedalam sela-sela matrik atau pengikat.
Berikut  ini  adalah  hasil  gambar  pengamatan Scanning Electron Microscope yang telah di lakukan pengamatan  di  Laboratorium  Material  Politeknik Manufaktur  Bangka  Belitung  pada  masing-masing spesimen  memiliki  pembesaran  200x,  2000x  dan 5000x,  dapat  kita  lihat  pada  sepesimen  yang memiliki holding  time 5  jam  yang  telah  di  lakukan pengamatan Scanning Electron Microscopy .
Gambar 6 Pengamatan Scanning Electron Microscopy pada Spesimen K5
Pengamatan Scanning  Electron  Microscopy ( SEM ) pada spesimen komposit yang memiliki holding time 5  jam  dengan  pembesaran  200x,  pembesaran  2000x dan pembesaran 5000x, dapat kita lihat pada gambar 6  dengan pembesaran 200x terlihat bahwa spesimen ini  sudah  mengalami  pengecilan  pori-pori  dan  lebih jelasnya terlihat pada pembesaran 5000x bahwasanya  pada  sela-sela  kerutan  alumunium
terdapat  serbuk fly  ash yang  terdifusi  kedalam alumunium,  jadi  komposit  tersebut  pori-porinya semakin  mengecil  dan  merapat,  ini  disebabkan ditambahkan  waktu  tahan  lebih  lama  dari  komposit sebelumnya  yaitu  menjadi  5  jam  waktu  tahanya, selain  itu  jika  peleburan  ini  tercampur  dengan  rata maka  nilai  kekerasan  bahan  juga  akan  meningkat karena lebih padat dan keras.
Berikut  ini  adalah  hasil  gambar  pengamatan Scanning Electron Microscope yang telah di lakukan pengamatan  di  Laboratorium  Material  Politeknik Manufaktur  Bangka  Belitung,  pada  masing-masing spesimen  memiliki  pembesaran  200x,  2000x  dan 5000x, dapat kita lihat pada spesimen yang memiliki holding  time 6  jam  yang  telah  di  lakukan pengamatan Scanning Electron Microscope.
Gambar 7 Pengamatan Scanning Electron Microscopy pada Spesimen K6
Pengamatan Scanning  Electron  Microscope ( SEM ) pada spesimen yang memliki holding time 6 jam ini dapat dianalisa bahwasanya pori-pori pada spesimen ini  semakin  mengecil  bahkan  tidak  terlihat  jika dilihat  dari  pengamatan  pada  pembesaran  5000x. Dilihat  pada  Gambar  7,  hal  ini  disebabkan  karena penambahan holding  time yang  membantu  proses infiltrasi  pada reaksi  antarmuka  antara  fasa  cair  dan fasa  padat  yaitu  alumunium  dan  fly  ash,  dan  juga penggunaan holding  time ini  membantu  proses peleburan  pada  logam  dan  proses  infiltrasi  terjadi dengan  lambat  sehingga  diperlukan  waktu  tahan yang lama untuk  mencapai pencampuran yang  lebih merata.

## 4 KESIMPULAN
Dari  analisa  penelitian  dan  hasil  pengujian  dari setiap  spesimen,  maka  dapat  disimpulkan  dengan beberapa point berikut ini, yaitu :
1. Dilihat  dari  pengujian  sifat  mekanik  terutama kekesaran  Brinell,  jika  semakin  lama  proses peleburan  logam  di  dalam furnace dengan temperatur  yang  telah  di  tentukan  yaitu  900 o C kemudian ditambahkan waktu tahan atau holding time yaitu  4  jam,  5  jam,  dan  6  jam,  maka  akan semakin  kuat  dan  keras  pada  spesimen  yang memiliki waktu tahan 6 jam.
2. Pada pengamatan Scanning Electron Microscope (SEM)  jika  dilihat  dan  dibandingkan  antara spesimen holding  time 4  jam  5  jam  dan  6  jam,
spesimen  dengan holding time 6  jam  jauh  lebih baik dibandingkan spesimen yang lain. Spesimen yang  memliki holding  time 6  jam  ini  dapat disimpulkan  bahwa  pori-pori  pada  spesimen  ini semakin  mengecil  dan  bahkan  tidak  terlihat  jika dilihat dari pengamatan pada pembesaran 5000x. Ini  disebabkan  karena  penambahan holding  time yang  membantu  proses  infiltrasi  pada  reaksi antarmuka  antara  fasa  cair  dan  fasa  padat, penggunaan holding  time ini  dikarenakan kemampuan pembasahan pada logam dan proses infiltrasi terjadi dengan lambat sehingga diperlukan  waktu  untuk  mencapai  pencampuran yang lebih merata.
3. Pengaruh  adanya  waktu  tahan  atau holding  time yang diberikan pada proses pembuatan spesimen komposit yaitu dengan holding time 6 jam dapat meningkatkan  sifat  mekanik  pada  material komposit  tersebut.  Dilihat  dari  hasil  pengujian kekerasan  Brinell  dimana  pada  komposit  yang memiliki holding  time 6  jam  ini  mendapat  nilai kekerasan  yang  paling  tinggi  yaitu  mendapatkan nilai  kekerasan  Brinell  dengan  nilai  rata-rata
BHN sebesar 56,64983 kgf/mm.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  menyampaikan  rasa  syukur  kepada  Allah Subhanahu  Wa  Ta’ala,  karena  Penulis  dapat menyelesaikan  studi  di  Teknik  Mesin  Universitas Sriwijaya,  dan  tidak  lupa  juga  Penulis  ucapkan terimakasih kepada dosen–dosen Teknik Mesin yang telah  membimbing  dan  memberikan  ilmu,  nasihat, arahan dan saran selama dibangku perkuliahan.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Maryanti,  Pengertian  Komposit  Secara  Umum
1–38, 2011.
[2]  Qomarul  Hadi,  Pengaruh  Pengadukan  Dengan Variasi Simple Padlle Blade Terhadap
Kehomogenan dan Sifat Mekanik Komposit Al
- Fly  Ash dengan  Metode Stir  Casting Tanpa Pembasahan, 2018.
[3]  Muhajir,  M.,  Mizar,  M.A.,  Sudjimat,  D.A., Analisis  Kekuatan  Tarik  Bahan  Komposit Matriks  Resin  Berpenguat  Serat  Alam  dengan Berbagai  Varian Tata Letak. J. Tek. Mesin  24, 1–8, 2016.
[4]  Nurun  Nayiroh,  Teknologi  Material  Komposit, 2013.
[5]  Sahari,  G.n.A.,  Komposit  matrik  keramik AL2O3/Al  hasil  proses  DIMOX.  59,  145–150, 2013.
[6]  Kaushik,  T.,  Singh,  S.,  Singh,  V.,  Verma,  V., Tirth, V., 2012. A Novel Technique to Develop Al-Al  2  O  3  MMCs  by  Direct  Oxidation  of  Al Melt  and  Characterization  of  Developed
Composites. Int. J. 2, 13–21. [7]  Agus Suprihanto, B.S., Pengujian Mekanik dan
Fisik  Pada Metal  Matrix  Composite (MMC) Aluminium  Fly  Ash .  Rotasi  (Semarang)  8,  50– 57. https://doi.org/10.14710/rotasi.8.4.50-57, 2006.
[8]  Kaushik,  T.,  Singh,  S.,  Singh,  V.,  Verma,  V., Tirth, V., A Novel Technique to Develop Al-Al 2  O  3  MMCs  by  Direct  Oxidation  of  Al  Melt and Characterization of Developed Composites. Int. J. 2, 13–21, 2012.