## STUDI PENGEMBANGAN KOMPOSIT Al/Al2O3 BERPORI DENGAN SPACE HOLDER LATEX TERHADAP SIFAT MEKANIK DAN FISIK
Gunawan (1) , Reni Sofyana (1) dan Amir Arifin (1*)
(1) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya
(*) E-mail Corresponding Author : amir@unsri.ac.id

## Abstrak
Material komposit berpori adalah kombinasi dari dua material atau lebih yang memiliki fasa yang berbeda menjadi suatu material baru yang memiliki properti lebih baik dari keduanya serta stuktur materialnya  mempunyai  pori-pori  yang  dihasilkan  dari  material  space  holder.  Penelitian  ini bertujuan untuk menganalisa seberapa besar pengaruh penambahan alumina sebagai penguat logam aluminium berpori (aluminium metal foam) terhadap sifat mekanik (kekuatan tekan) dan sifat fisik (densitas dan porositas) dengan temperatur dan waktu penahanan (holding time) yang sama. Metode yang digunakan dalam fabrikasi yaitu metalurgi serbuk, dengan tekanan kompaksi 100 kg/cm 2 dan menggunakan parameter temperatur sintering 500 0 C dengan waktu holding time 2 jam. Pengujian dan pengamatan yang dilakukan diantaranya adalah Thermo Graviemetric Analyzer (TGA) untuk mengetahui  proses  penurunan  berat  space  holder,  X-Ray  Diffraction  (XRD)  untuk mengkarakterisasi  fasa  kristalin  yang  terbentuk,  pengujian  Densitas,  pengujian  tekan  untuk mengetahui  kekuatan  mekanik  serta  pengamatan  struktur  mikro  melalui  pengujian  Scanning Electron Microscopy (SEM).
Kata Kunci: Material Komposit Berpori, Aluminium Berpori, Space Holder, SEM, TGA, XRD, Densitas dan Porositas.

## Abstract
Composite materials are combinations of multiple or more ingredients that have different materials used for materials and materials that have pores produced from space holder material. This study aims  to  identify  aluminum  metal  as  aluminum  metal  (aluminum  metal  foam)  to  the  mechanical properties and physical properties (density and porosity) with the same temperature and holding time. Fabrication method is powder metallurgy, with compacting of 100 kg/cm 2 and using a sintering temperature of  500 0 C with a holding time of 2 hours. Tests and observations made were Thermo Graviemetric  Analysis  (TGA)  to  determine  the  process  of  decreasing  space  space  holder,  X-Ray Diffraction  (XRD)  to  characterize  crystalline  phases  formed,  test  Density,  Scanning  Electron Microscopy (SEM).
Keywords: Composite Material, Aluminium Porous, Space Holder, SEM, TGA, XRD, Density and Porosity.

## 1 PENDAHULUAN
Perkembangan  zaman  membawa  pengaruh  bagi kehidupan  manusia  maka  kebutuhan  akan  teknologi bahan  pun  semakin  meningkat  dan  beragam  dalam berbagai aplikasi penggunaannya. Manusia berusaha untuk menciptakan berbagai produk yang terdiri dari gabungan lebih dari  satu  bahan untuk menghasilkan suatu  bahan  yang  lebih  kuat.  Ketersediaan  material konvensional yang kuantitas dan kualitasnya terbatas memunculkan pemikiran untuk pengembangan bahan melalui  pengembangan  proses  pembuatan  material dengan  cara  perlakuan  permukaan,  penambahan penguat material lain maupun rekayasa strukturalnya.
Material berpori ( porous materials atau metals foam atau cellular  materials )  telah  dikenal  sebagai  salah satu  jenis  material  teknik  yang  memiliki  kerapatan
jauh  lebih  rendah  dari  material  padat  ( solid materials ).  Dengan  struktur  berpori  ini  material tersebut  dapat  menampilkan  banyak  fitur,  seperti kapasitas  menyerap  energi,  sifat  termal,  bobot  dan sifat  peredaman  suara  yang  unik.  Aplikasi  penting yang  lain  adalah  sebagai  penyekat  panas  ataupun sebagai alat penukar kalor [9].
Aluminium merupakan jenis logam yang ulet, ringan dan memiliki ketahanan korosi baik. Riset mengenai metal foam terutama dengan menggunakan aluminium,  telah  dikembangkan  pertama  kali  pada tahun  50-an.  Akan  tetapi,  secara  luas  dan  komersil mulai  marak dikembangkan kembali  pada tahun 90- an dan diperkirakan akan terus semakin berlanjut dan berkembang.
Aluminium  foam  memiliki  sifat  yang  sangat  sesuai untuk  dikembangkan  pada  industri  otomotif. Aluminium  berpori  umumnya  dibuat  dengan  proses lelehan  dengan  menambahkan  agen  pengembang seperti titanium hidrida atau zirkonium hidrida seperti yang  telah  dilakukan  oleh  Elliott.  Blok  aluminium berpori secara komersial telah diproduksi menggunakan jenis proses lelehan ini oleh beberapa industri  seperti  ALPORAS,  ALCAN,  CYMAT, NORSK-HYDRO dan sebagainya. Proses lelehan ini sesuai  untuk  produksi  massal  logam  berpori  dengan bentuk  sederhana  atau  berupa  lembaran  yang umumnya  diaplikasikan  sebagai  penyerap  energi, peredam suara atau penyekat panas.
Penggunaan alumina sebagai penguat pada komposit matrik  aluminium  7075  dengan  proses squeeze casting menunjukkan  peningkatan  kekerasan  secara linier terhadap fraksi volume alumina dan meningkatkan  sifat  tahan  aus  serta  tahan  terhadap korosi.  Jadi  jika  alumina  (Al₂O₃)  dan  aluminium digabungkan,  maka  akan  diperoleh  komposit kekuatan tinggi, ringan dan machinability yang baik [13].
Berdasarkan uraian diatas tersebut pada penelitian ini dilakukan  studi  pengaruh  fraksi  berat  penguat  pada komposit  Al/Al2O3  berpori  menggunakan space holder  latex terhadap  sifat  mekanik  dan  fisik menggunakan metode metalurgi serbuk.

## 2 METODOLOGI
Pada  penelitian  ini,  matrik  atau  bahan  utama  yang digunakan yaitu serbuk aluminium  dengan tambahan penguat  yaitu  alumina  dan  di  campur  atau mixing dengan serbuk karet penghapus sebagai space holder yang  sebelumnya  diuji  TGA  ( Thermo  Gravimetric Analyzer )  untuk  mengetahui  dekomposisi  pada temperatur tertentu. Pada penelitian ini menggunakan 3  macam  variasi  komposisi  penguat  pada  alumina yaitu 5%, 15% dan 25%.
Proses  pencampuran  menggunakan  2  tahap  yaitu menggunakan  alat  ball  milling    selama  1  jam  dan hand mixing selama 30 menit. Pencetakan spesimen menggunakan  alat  kompaksi  yang  sudah  disiapkan. Pada  proses  kompaksi  dilakukan  penahan  tekanan sebesar  100  kg/cm 2 selama  5  menit  untuk  setiap spesimen yang dicetak. Selanjutnya dilakukan proses sintering  dengan  temperatur  500 0 C  dengan  waktu tahan 3 jam dengan rata-rata kenaikan temperatur 5 0 C dari  temperatur  ruangan.  Contoh  specimen  hasil kompaksi  dan  skema  sintering  dapat  dilihat  pada Gambar 1 dan 2 berikut ini.
Gambar 2 Skema Grafik Sintering
Untuk melakukan pengujian sifat fisiknya, spesimen diuji  densitas.  Kemudian  untuk  mengetahui  struktur mikro  serta  ukuran  pori  dilakukan  pengujian  SEM ( Scanning Electron
Mircroscophic). Untuk mengetahui  sifat  mekanik  dari  spesimen  dilakukan pengujian mekanik uji kuat tekan.

## 3 HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian  densitas  bertujuan  untuk  mengetahui besaran  kerapatan  massa  material  berpori  yang melibatkan  massa  kering  dan  massa  basah  dari material  berpori  tersebut.  Pengujian  densitas dilakukan  dengan  cara  menimbang  massa  benda kering  dan  massa  benda  basah.  Setelah  dilakukan penimbangan  kemudian  dilakukan  perhitungan densitas.  Dari  hasil  perhitungan  didapat  hasil perbandingan  nilai  porositas  pada  ketiga  variasi sampel  disertai  dengan  besaran  nilai  penyimpangan titik-titik data (standar deviasi) yang disajikan dalam bentuk error bar seperti yang disajikan pada gambar 3.
Gambar 3. Grafik pengaruh penambahan alumina terhadap porositas
Dapat  dilihat  bahwa  efek  penambahan  penguat (Alumina)  membawa  pengaruh  terhadap  porositas. Porositas  tertinggi  ada  pada  variasi  dengan penambahan  persentase  penguat  lebih  banyak dibanding  keduanya.  Semakin  besar  persentase penggunaan  penguat  maka  semakin  tinggi  porositas
0 5 10 15 20 25 30 35 40 Al+5%+20% Al+15%+20% Al+25%+20% P o ro si ty A ver age (% ) Komposisi
yang  terlihat,  begitu  sebaliknya  semakin  kecil persentase  penggunaan  penguat  maka  semakin rendah porositas yang terlihat pada spesimen.
Pengujian  tekan  bertujuan  untuk  mendapatkan  nilai kekuatan  tekan  sampel.  Proses  pengujian  tekan menggunakan  alat  uji  Hydraulic  Universal  Material Tester  .  Setelah  dilakukan  pengujian  tekan  maka didapatlah  nilai  besaran  gaya  tekan,  selanjutnya dilakukan perhitungan dengan rumus dibawah ini.
σ_R=  F/A                                                              (1)
Perhitungan  uji  kuat  tekan  diatas  dilakukan  pada delapan sampel lainnya, kemudian didapat hasil yang seperti yang terusun pada Tabel 1 berikut ini.

## Tabel 1.    Hasil pengujian kuat tekan
Komposisi Bahan (wt %) Aluminium + Alumina + Latex 𝝈 𝑹 (MPa) Rata- Rata 𝝈 𝑹 (MPa) Standa r Deviasi (%) Al + 5% + 20% 15,21 15,03 0,16 14,99 14,90 Al + 15% + 20% 17,37 16,96 0,40 16,57 16,93 Al + 25% + 20% 19,48 19,35 1,61 20,89 17,68
Dari  Tabel  1  Terlihat  bahwa  spesimen  material berpori  dengan  variasi  persentase  penguat  lebih banyak  memiliki  kekuatan  mekanik  yang  lebih  baik dibandingkan  dengan  penggunaan  penguat  yang jumlahnya sedikit.
Proses  pengujian  XRD  dilakukan  di  menggunakan alat uji XRD Rigaku MiniFlex 600. Pada Gambar 4 menunjukkan pola spektrum serbuk aluminium murni sebelum  di  sintering  hasil  uji  XRD  beserta perbandingan  dengan  pola  spektrum  aluminium murni  Database  International  For  Diffraction  Data (ICDD)  (JCPDS  Card  No.  09-432)  sebagai  pola spektrum acuannya.
Dari  Gambar  4  terlihat  adanya  kesamaan  pola spektrum yang terbentuk dari hasil pengujian dengan pola spektrum acuan untuk material aluminium.
Gambar 4.  Perbandingan pola spektrum XRD serbuk aluminium murni dengan standar  ICCD (JCPDS No. 1204-17-0)
Pengujian Scanning  Electron  Microscopy (SEM) dilakukan untuk mengamati struktur mikro yang ada pada spesimen material  berpori. Selain itu pengujian ini  juga  dapat  membuktikan  keberadaan  pori  yang telah  terbentuk.  Proses  pengujian  SEM  dilakukan menggunakan alat uji TESCAN VEGA 3. Pengujian dilakukan pada 2 sampel uji dengan variasi komposisi alumunium+5%  Alumina+20%  karet  dan  variasi komposisis  alumunium+25%  Alumina  +20%  karet masing-masing  2  titik.  Hasil  pengamatan  SEM  bisa dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 5.  Hasil pengamatan SEM pada sampel A1
Meas. data:Aluminium_Theta_2-Theta Intensity ( c ps) 0.0e+000 2.0e+003 4.0e+003 6.0e+003 8.0e+003 1.0e+004 Aluminum, Al, 4313206 2-theta (deg) Inte grate d In tens ity (c ps deg ) 20 40 60 80 0.0e+000 1.0e+003 2.0e+003 3.0e+003 4.0e+003 5.0e+003
Dari hasil pengamatan di 2 titik dengan pembesaran yang berbeda pada sampel yang sama sudah terlihat dan  terbentuk  pori  namun  dengan  ukuran  yang beragam.  Ukuran  pori  berkisar  antara  10,60  μm hingga 17,28 μm pada pembesaran 1350x dan pada pembesaran  3020x  memiliki  ukuran  pori  berkisar antara  3,23  μm  hingga  9,05  μm.  Hasil  pengamatan SEM  ini  membuktikan  bahwa  space  holder  yang terbakar  pada  saat  proses  sintering  pada  temperatur 500 0 C  telah  menyisakan  ruang  kosong  dan  pori terbuka.
Gambar 7. Hasil pengamatan SEM pada sampel B1
Gambar 8. Hasil pengamatan SEM pada sampel B1 Dari hasil pengamatan di 2 titik dengan pembesaran yang berbeda pada sampel yang sama sudah terlihat dan  terbentuk  pori  namun  dengan  ukuran  yang beragam. Ukuran pori berkisar antara 8,68 μm hingga 9,95  μm  pada  pembesaran  1210x  dan  pada pembesaran  509x  memiliki  ukuran  pori  berkisar antara 11,50 μm hingga 39,41 μm. Hasil pengamatan SEM  ini  membuktikan  bahwa space  holder yang
terbakar  pada  saat  proses  sintering  pada  temperatur 500 0 C  telah  menyisakan  ruang  kosong  dan  pori terbuka.

## 4 KESIMPULAN
Dari data hasil pengujian dan pengamatan yang telah dilakukan  maka  didapatkan  kesimpulan  sebagai berikut :
1.  Fabrikasi  Alumunium  Berpori  dapat  dilakukan menggunakan  proses  metalurgi  serbuk  dengan bantuan space holder terkhususnya serbuk karet.
2.  Dari  ketiga  variasi  sampel  uji  perbedaan persentase  porositas  yang  terbentuk  tidak  jauh beda hanya saja porositas terbesar terdapat pada sampel  dengan  penambahan  persentase  penguat alumina  yang  lebih  banyak,  porositas  yang dihasilkan yaitu 36,26%.
3.  Kekuatan  mekanik  terbaik  juga  dimiliki  oleh sampel  dengan  penambahan  persentase  penguat alumina  yang  lebih  banyak  dibanding  dengan dua  variasi  lainnya,  kekuatan  mekanik  terbaik yang dihasilkan yaitu 19,35 MPa.
4.  Dapat  dinyatakan  bahwa  semakin  banyak penambahan  persentase  penguat  pada  sampel maka porositas akan semakin tinggi begitu juga dengan kekuatan mekaniknya, sebaliknya semakin sedikit penambahan persentase penguat pada  sampel  maka  porositas  akan  semakin rendah begitu juga dengan kekuatan mekaniknya
5.  Pada  hasil  pengamatan  SEM  sudah  dapat dibuktikan  pula  bahwa  space  holder  yang terbakar  pada  saat  proses  sintering  pada temperatur  500 0 C  telah  menyisakan  ruang kosong dan pori terbuka.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  ASM. Powder  Metal  Technologies  and Applications (Volume  7).  United  States:  ASM International. (1998).
[2]  ASM. Mechanical  Testing  and  Evaluation (Volume 8). United States: ASM International. (2000).
[3]  ASM. Metallography  and  Microstructures (Volume 9). United States: ASM International. (2004).
[4]  ASM. Properties and Selection Irons,Steels, and High  Performance  Alloys  (Volume  1).  United States: ASM International. (2005).
[5]  Blackley,  D.  C. Polymer  Latices  Sciences  and Technology. London: Chapman & Hall. (2013).
[6]  Capral Ltd. Caprals Little Green Book. Volume 4 . Australia Capral's Ltd. (2013).
[7]  Gibson, R. F. Principles Of Composite Material Mechanics (J. J. Corrigan & E. Castellano Eds. International Edition ed.). New York McGraw- Hill Inc. (1994).
[8]  Gumilar, G. Pengaruh Volume Fraksi 5%, 7,5%
dan  10%  Alumina  (Al 2 O 3 )  Dengan  Ukuran Partikel 140, 170 dan 200 Mesh Terhadap Sifat Mekanik  Material  Komposit  Matriks  Al-4,5% Cu-4%Mg. (2002).
[9]  Nugroho,  A.  W.  Fabrikasi  Alumunium  Foam Menggunakan Metode Metalurgi Serbuk
Dengan memanfaatkan Pupuk Urea (NH 2 ) 2 CO)
Sebagai Bahan Space Holder. Laporan Penenlitian  Strategis,  Program  Studi  Teknik
Mesin, Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. 11-12. (2013).
[10]  Nugroho,  A.  W.  Pengembangan  Material Porous Aluminium  Menggunakan  Teknik Metalurgi Serbuk Dengan Space Holder Paduan Pb-Sn,  Jurusan  Teknik  Mesin,  Universitas Muhammadiyah Yogyakarta. (2014).
[11]  Nugroho,  G.  E.  Karakteristik  Komposit Berpenguat Serat Tandan Kosong Kelapa Sawit Menggunakan  NaOH  Dengan  Fraksi  Volume 4%,  6%,  dan  8% . Jurusan  Teknik  Mesin, Fakultas  Sains  dan  Teknologi.  Universitas
Sanata Dharma. (2017).
[12]  Ramadhonal,  S.  Pembuatan  Komposit  Matriks Logam Berpenguat Keramik (Al/SiC) Dicampur Kayu Dengan Metode Metalurgi Serbuk. 47-48. (2010).
[13]  Suarsana,  K.  Efek Temperature Sintering  pada Penambahan Penguat  SiCw dan Al 2 O 3 Partikel terhadap  Karakteristik  Aluminium  Matrik
Komposit. SENATEK 2015. (2015).
[14]  Suprapto,  I.  W.  L.  Efek  Komposisi  dan
Perlakuan Sintering Pada Komposit Al/(SiCw+Al2O3)  Terhadap  Sifat  fisik  dan
Keausan. METTEK, 3 , 36-43. (2017).
[15]  Surdia,  T.  &  SAITO,  S.  Pengetahuan  Bahan Teknik, Jakarta: Pradnya Paramitha. (1999).
[16]  Totten, G. E. & Mackenzie, D. S. Handbook of Aluminium Voyume 1 Physical Metallurgy and Processes. YUnited  States  of  America  Marcel Dekker, Inc. (2003).
[17]  Totten, G. E. & Mackenzie, D. S. Handbook of Aluminium  Voyume  2  Alloy  Prodyuction  and Materials  Manyufactring.  New  York-Basel: Marcel Dekker, Inc. (2003).
[18]  Zhou, Z., Wang, Z., Zhao, L. & Shu, X. Uniaxial and biaxial failure behaviors of aluminum alloy foams. Composites  Part  B:  Engineering, 61 , 340-349. 2014.