Akreditasi LIPI Nomor : 395/D/2012 Tanggal 24 April 2012

## ELEKTRODEPOSISI LAPISAN KOMPOSIT Cu-Al
2 O 3

## DALAM LARUTAN CuSO

## 4 YANG DI DOPING

## PARTIKEL NANO Al
2 O 3
Widiani Agustin 1 , Pradoto Ambardi 1 dan Djoko H. Prajitno 2
1 Teknik Metalurgi, FT - Universitas Jenderal Achmad Yani Jl. Jend. Gatot Subroto PO Box 807, Bandung
2 Pusat Teknologi Nuklir Bahan dan Radiometri (PTNBR) - BATAN
Jl. Tamansari No. 71, Bandung 40231 e-mail: widiani_agustin@yahoo.com Diterima: 14 Januari 2013 Diperbaiki: 27 Mei 2013 Disetujui: 13 Juni 2013

## ABSTRAK
ELEKTRODEPOSISI LAPISAN KOMPOSIT Cu-Al 2 O 3 DALAM LARUTAN CuSO 4 YANG DI DOPING DENGAN PARTIKEL NANO Al 2 O 3 . Lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 dibuat dengan menggunakan proses elektrodeposisi. Pada lapisan komposit ini, lapisan Cu berperan sebagai matriks komposit sedangkan nanopartikel Al 2 O 3 berperan sebagai partikel penguat komposit ( reinforcement ). Lapisan komposit ini merupakan kelompok komposit bermatriks logam ( Metal Matrix Composite ). Proses elektrodeposisi dilakukan pada media larutan elektrolit CuSO 4 , sedangkan arus listrik di suplai melalui rectifier ( DC Current ). Katoda yang digunakan pada proses ini adalah pelat Alumunium AA1100 dan anoda berupa grafit atau karbon. Besarnya arus yang digunakan pada proses ini adalah 0,3 A, sedangkan konsentrasi nanopartikel Al 2 O 3 yang ditambahkan pada larutan elektrolit adalah 0,05 g/L. Proses dilakukan pada suhu kamar dan ukuran partikel nano yang digunakan adalah 50 nm. Variasi waktu proses elektrodeposisi adalah 15 menit, 30 menit dan 60 menit dan variasi konsentrasi larutan CuSO 4 adalah 200 g/L, 220 g/L dan 240 g/L CuSO 4 . Untuk mengetahui peranan dari nanopartikel yang ditambahkan, maka dilakukan beberapa pengujian dan pemeriksaan laboratorium seperti pengujian kekerasan, pemeriksaan strukturmikro. Pemeriksaan Scanning Electron Microscope ( SEM ) dan pengujian Electron Dispersive Spectroscopy ( EDS ). Pembuatan lapisan komposit ini bertujuan untuk mendapatkan karakteristik lapisan yang sifat mekaniknya lebih baik.
Kata kunci : CuSO 4 , Elektrodeposisi, Lapisan Komposit, Metal Matrix Composite, Partikel nano Al 2 O 3

## ABSTRACT
ELECTRODEPOSITION OF Cu-Al 2 O 3 COMPOSITE LAYER IN THE CuSO 4 SOLUTION DOPED WITH Al 2 O 3 NANO PARTICLES . Cu-Al 2 O 3 layer composites have been made by using electrodeposition process. In this composite layer, the Cu layer acts as a composite matrix whereas Al 2 O 3 nanoparticles act as composite reinforcement particle. This composite layer is a metal matrix composite. Electrodeposition process was done at CuSO 4 electrolyte solution medium, with electric current supplied through a rectifier (DC current). Cathode used in this process was AA1100 aluminum plate and the anode in the form of graphite or carbon. The amount of current used in this process was 0.3A, while the concentration of Al 2 O 3 nanoparticles added to the electrolyte solution was 0.05 g/L. Process was conducted at room temperature and size of the nano particles used was 50 nm. Electrodeposition process time were varied at 15 minutes, 30 minutes and 60 minutes, while CuSO 4 solution concentration were varying to 200 g/L, 220 g/L and 240 g/L. To determine the role of nanoparticles added, some testing and characterisation such as hardness testing, microstructure examination, and Electron Dispersive Spectroscope (EDS) were done. The aim of this composite layer manufacturing is to obtain better mechanical properties of the layer.
Keywords : CuSO 4 , Electrodeposition, Composite layer, Metal matrix composite, Al 2 O 3 nano particle

## PENDAHULUAN
Pada saat ini lapisan komposit banyak digunakan untuk berbagai aplikasi karena karakteristiknya yang unik. Beberapa teknik yang sering digunakan untuk membuat lapisan komposit adalah metalurgi serbuk,
Elektrodeposisi Lapisan Komposit Cu-Al 2 O 3 dalam Larutan CuSO 4 yang Didoping Partikel Nano Al 2 O 3 ( Widiani Agustin )
plasma spraying, laser deposition dan mechanical alloying . Teknik-teknik tersebut telah banyak diterapkan untuk membuat berbagai jenis lapisan komposit seperti Co-Al 2 O 3 , TiO 2 -Al dan Cu-SiC [1-3]. Sedangkan proses pembuatan lapisan komposit dengan metode elektrodeposisi yang menggunakan prinsip elektrolisis masih jarang dilakukan. Padahal proses pembuatan lapisan komposit dengan cara elektrodeposisi ini merupakan suatu proses pembuatan lapisan komposit yang relatif mudah, murah, efisien dan hasilnya dapat lebih bervariasi karena bergantung pada variabel proses yang dipilih.
Proses elektrodeposisi sering juga disebut proses electroplating. Proses elektrodeposisi merupakan proses pengendapan logam yang memakai prinsip elektrolisa. Pada prakteknya, proses ini memanfaatkan arus listrik searah yang berasal dari sumber tegangan DC yang dihasilkan dari rectifier. Proses elektrodeposisi atau electroplating disebut juga proses pelapisan logam dengan menggunakan arus listrik dan media elektrolit.
Sekarang ini mulai dikembangkan proses elektrodeposisi untuk pembuatan lapisan komposit yang memiliki berbagai macam keunggulan yang tidak ditemui pada proses pelapisan yang umum dilakukan. Pada proses ini nilai kekerasan dan kekuatan lapisan dapat divariasikan dan ditingkatkan, porositas yang dihasilkan lebih rendah dan dapat meningkatkan ketahanan aus dan korosi [4]. Karena sifat-sifat unik yang dimiliki oleh lapisan komposit, banyak industri yang mulai memakai dan mengembangkan penggunaan lapisan komposit ini.
Berdasarkan hal diatas, dilakukan membuat sebuah penelitian tentang lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 dengan metode elektrodeposisi. Lapisan Cu berperan sebagai matriks komposit dan partikel nano Al 2 O 3 berperan sebagai partikel penguat ( reinforcement ) komposit.
Pada penelitian ini, substrat atau katoda yang digunakan adalah alumunium seri AA 1100 yang berbentuk pelat. Laruatan elektrolit yang digunakan adalah larutan CuSO 4 , kemudian pada larutan elektrolit tersebut ditambahkan partikel nano Al 2 O 3 dengan ukuran 50 nn. Unsur tembaga dan partikel nano Al 2 O 3 akan terdeposisi pada logam pelat alumunium membentuk suatu lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 . Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui bagaimana pengaruh dari penambahan unsur partikel nano Al 2 O 3 , pengaruh variasi konsentrasi larutan CuSO 4 dan waktu pengerjaan terhadap nilai kekerasan dan strukturmikro dari lapisan komposit tersebut.

## METODE PERCOBAAN

## Persiapan Sampel
Sampel yang digunakan sebagai katoda atau substrat tempat menempelnya lapisan adalah pelat
aluminium seri AA1100, sedangkan anoda yang digunakan adalah grafit atau karbon yang sifatnya inert . Tabel 1 adalah tabel komposisi kimia hasil pengujian spektrometri pelat aluminium. Bentuk sampel yang digunakan sebagai katoda seperti Gambar 1.
Sampel dipersiapkan dengan memotong sesuai dengan ukuran yang diperlihatkan pada Gambar 1. Pada sampel dibuat daerah ekspose berukuran 20 mm x 20 mm sedangkan bagian yang lainnya ditutup dengan lakban plastik. Pada proses elektrodeposisi, diharapkan lapisan komposit akan mengendap di daerah ekspose. Sampel dipotong dan dibuat daerah ekspose, kemudian dibersihkan bagian permukaannya dengan air, larutan basa NaOH 3 % dan larutan asam HCl 3 % untuk membersihkan permukaan katoda dari pengotor berupa karat, lemak, oli dan pengotor lainnya.

## Tahapan Proses Elektrodeposisi
Gambar 2 memperlihatkan tahapan proses elektrodeposisi yang dilakukan.
Proses elektrodeposisi dilakukan pada suhu kamar, arus yang digunakan sebesar 300 mA atau 0,3 A dengan waktu deposisi bervariasi 15 menit, 30 menit dan 60 menit. Partikel nano Al 2 O 3 yang digunakan berukuran 50 nm dan banyaknya partikel nano Al 2 O 3 yang ditambahkan 0,05 g/L pada larutan CuSO 4 . Konsentrasi CuSO 4 divariasi 200 g/L, 220 g/L dan 240 g/L. Gambar 3
Gambar 1 . Bentuk sampel katoda
Tabel 1 . Komposisi kimia katoda pelat alumunium.
Unsur Komposisi (%) Alumunium Association 1100 Hasil Spektro Al 99,00 (min) 99,1 Si 0,95 0,719 Fe (Si + Fe) (Si + Fe) Cu 0,05-0,02 0,0943 Mn 0,05 0,0046 Zn 0,10 0,0035
merupakan skematik instalasi proses elektrodeposisi yang dilakukan pada penelitian ini.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Kekerasan Lapisan
Penambahan partikel nano Al 2 O 3 yang berukuran 50 nm pada larutan elektrolit CuSO 4 sebanyak 0,05 g/L menyebabkan bertambahnya nilai kekerasan lapisan. Hal ini dapat dilihat pada Tabel 2 yang memuat data hasil pengujian kekerasan pada lapisan Cu dengan dan tanpa penambahan partikel nano Al 2 O 3 . Penambahan kekerasan jika dihitung secara matematis mencapai 69,47 %. Kekerasan tertinggi diperoleh pada lapisan komposit yang mengalami proses elektrodeposisi selama 30 menit pada kondisi larutan CuSO 4 240 g/L. Untuk dapat lebih mengetahui lebih jelas pengaruh penambahan partikel nano Al 2 O 3 pada lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 maka dibuat grafik seperti Gambar 4 dan Gambar 5.
Grafik diperoleh dengan membandingkan kekerasan lapisan Cu dan lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 berdasarkan variasi proses elektrodeposisi. Pada Gambar 4, grafik merupakan hubungan konsentrasi larutan CuSO 4 dan kekerasan lapisan hasil proses elektrodeposisi. Pada gambar tersebut terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi larutan CuSO 4 maka semakin tinggi nilai kekerasan lapisan Cu-Al 2 O 3 . Akan tetapi pada konsentrasi larutan CuSO 4 220 g/L nilai kekerasan lapisan relatif menurun. Gambar 5 merupakan grafik hubungan antara waktu proses elektrodeposisi
dengan kekerasan lapisan hasil proses elektrodeposisi yang dihasilkan.

## Strukturmikro
Untuk mengetahui strukturmikro lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 maka dilakukan pemeriksaan strukturmikro dengan cara metalografi. Hasil pemeriksaan strukturmikro dapat dilihat pada Gambar 6.
Dari hasil pemeriksaan metalografi, struktur lapisan yang terbentuk adalah struktur columnar. S elain itu terlihat pada lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 terdapat gumpalan partikel yang mengelompok (cluster) berwarna hampir sama dengan substratnya masuk ke dalam
Gambar 3 . Skematik proses elektrodeposisi
Gambar 2 . Tahapan proses elektrodeposisi
Gambar 4 . Hubungan konsentrasi larutan CuSO 4 dan kekerasan lapisan hasil proses elektrodeposisi.
Gambar 5 . Hubungan waktu dan kekerasan lapisan hasil proses elektrodeposisi.
Tabel 2 . Data hasil pengujian kekerasan lapisan
Spesimen Kekerasan (HV) Tanpa Penambahan Nanopartikel Al 2 O 3 Dengan Penambahan Nanopartikel Al 2 O 3 Cu-Al 2 O 3 200-15 115,90 117,90 Cu-Al 2 O 3 200-30 97,39 114,03 Cu-Al 2 O 3 200-60 88,01 126,43 Cu-Al 2 O 3 220-15 105,46 117,90 Cu-Al 2 O 3 220-30 77,28 114,77 Cu-Al 2 O 3 220-60 82,06 88,41 Cu-Al 2 O 3 240-15 106,97 115,90 Cu-Al 2 O 3 240-30 122,07 129,13
Elektrodeposisi Lapisan Komposit Cu-Al 2 O 3 dalam Larutan CuSO 4 yang Didoping Partikel Nano Al 2 O 3 ( Widiani Agustin )
beberapa daerah pada lapisan Cu. Pengamatan secara mikro, cluster-cluster yang muncul pada strukturmikro lapisan Cu-Al 2 O 3 belum dapat diketahui secara pasti bahwa gumpalan partikel tersebut adalah partikel penguat (Al 2 O 3 ) lapisan komposit Cu- Al 2 O 3 . Untuk mengetahuinya maka diperlukan pengujian SEM-EDS seperti yang terlihat pada Gambar 7 dan Gambar 8 . Dari hasil pengujian SEM pada Gambar 7 dapat dilihat keberadaan partikel penguat Al 2 O 3 pada lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 . Partikel penguat Al 2 O 3 terdispersi ke seluruh bagian lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 . Hasil pengujian SEM pada bagian penampang lapisan Cu-Al 2 O 3 seperti yang terlihat pada Gambar 7 lapisan Cu yang berwarna gelap terlihat partikel-partikel halus yang berwarna putih menyerupai titik-titik halus yang tersebar merata di seluruh bagian penampang permukaan lapisan. Mekanisme penguatan atau peningkatan kekerasan pada lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 ini adalah Dispersion Hardening/Dispersion Strengthening .
Keberadaan partikel penguat ini dibuktikan juga dengan pengujian EDS pada lapisan komposit yang mengalami proses elektrodeposisi dengan waktu proses 30 menit pada konsentrasi larutan CuSO 4 240 g/L didapatkan hasil Al 2 O 3 yang terdeposisi pada lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 240-60 sebesar 1,16 % (Gambar 8).

## KESIMPULAN
Penambahan partikel nano Al 2 O 3 menyebabkan bertambahnya nilai kekerasan lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 . Nilai kekerasan lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 tertinggi yaitu 130,97 HV diperoleh pada saat konsentrasi larutan 240 g/L CuSO 4 dan waktu proses 30 menit. Keberadaan partikel Al 2 O 3 terlihat dari hasil pemeriksaan SEM-EDS pada lapisan komposit dengan konsentrasi CuSO 4 240 g/L dan waktu proses 30 menit, dimana partikel Al 2 O 3 berbentuk titik-titik putih tersebar merata diseluruh lapisan Cu dan hasil EDS menunjukkan pada kondisi tersebut persentase partikel Al 2 O 3 adalah sebesar 1,16 % dengan struktur mikro lapisan Cu dan komposit Cu-Al 2 O 3 yang terbentuk adalah struktur columnar .

## UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah banyak membantu dalam penyusunan artikel ilmiah ini,
Gambar 7 . Hasil pemeriksaan SEM lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 dengan 20000 x, konsentrasi larutan 240 g/L CuSO 4 , waktu proses 30 menit.
Gambar 6 . Struktur mikro lapisan Cu dan lapisan Cu-Al 2 O 3 , (a) konsentrasi larutan 240 g/L CuSO 4 , (b) waktu proses 30 menit.
(a) (b) Gambar 8 . Hasil Pengujian EDS lapisan komposit Cu-Al 2 O 3 dengan pembesaran 5000 kali dan 20000 kali ; konsentrasi larutan 240 g/L CuSO 4 ; waktu proses 30 menit.
para teknisi dan rekan-rekan yang tidak dapat disebutkan satu-persatu.

## DAFTAR ACUAN
[1]. SANG OK CHWA, DIDIER KLEIN, FILOFTEIA LAURA TOMA, GHISLAINE BERTRAND, HANLIN LIAO, CHRISTIAN CODDET, AKIRA OHMOR, Surface and Coating Technology , 194 (2005) 215-224
[2]. MINGXI LI, YIZHU HE, XIAOMIN YUAN and
SHIHONG ZHANG, Materials & Design , 27 (2006)
1114-1119
[3]. JIANHUA ZHU, LEI LIU, HAIJUN ZHAO, BIN SHEN and WENBIN HU, Materials & Design , 28
(2007) 1958-1962
[4]. SAEED REZA ALLAHKARAM, SETAREH GOLROH, MORTEZA MOHAMMADALIPOUR, Materials & Design , 32 (2011) 4478-4484