HVOF
THERMAL SPRAY
Oleh
Ach. Nurfanani
NIM 091910101074
PROGRAM
STUDI STRATA - 1 TEKNIK
JURUSAN
TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JEMBER
2013
PRAKATA
Puji syukur kami panjatkan kepada Allah SWT atas segala rahmat, karunia
serta hidayah-Nya, sehingga tugas makalah teknik pelapisan ini dapat diselesaikan dengan baik.
Dengan tersusunnya makalah ini maka tak
lupa penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala arahan
dan bimbingan yang telah diberikan kepada:
1. Bapak
F.X. Kristianta S.T. ,M.Eng. selaku dosen mata kuliah Teknik Pelapisan
2. serta
teman-teman seperjuangan di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas
Jember dan semua pihak yang telah membantu.
Kami menyadari bahwa dalam penyusunan
makalah ini masih jauh dari apa yang diharapkan dan mungkin terdapat banyak
kekurangan-kekurangan maupun kelemahan-kelemahan baik isi maupun penyajiannya,
hal ini tidak lain karena keterbatasan ilmu dan kemampuan yang penyusun miliki.
Oleh karena itu penulis berharap adanya kritik dan saran yang sifatnya
membangun dari semua pihak demi kesempurnaan laporan ini.
Akhirnya, semoga penulisan makalah ini
dapat bermanfaat bagi ilmu pengetahuan dan kita semua.
Jember, Januari 2013
Penyusun
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Surface treatment menjadi sangat penting
karena dalam aktifitas permesinan saat ini mengingat fungsi dan tujuan dari
adanya hal ini sangat mendukung dari alur perkembangan logam dalam upaya
meningkatkan fungsi dari masing-masing logam. Proyek pengerjaan logam tentunya
memerlukan nilai kekerasan tiap-tiap logam yang akan digunakan untuk memudahkan
dan meningkatkan nilai efisiensi pabrik itu sendiri. Dengan adanya surface
treatment pengerjaan logam untuk pelaksanaan proses permesinan selanjutnya akan
lebih mudah, dapat juga meningkatkan kekuatan dari logam yang menjadi spesimen,
karena dalam proses surface treatment ini terjadi yang namanya penghilangan
tegangan dalam dan meningkatkan tingkat keuletan logam yang menjadi specimen.
Aplikasi coating untuk ketahanan
aus dan ketahanan korosi adalah salah satu cara untuk mengatasi permasalahan
wear and corrosion di industri minyak, gas, pembangkit, dan industri besar
lainnya. Thermal spray coating adalah salah satu teknologi pelapisan yang baru
dikenal di Indonesia pada pertengahan tahun 90-an. Kendala yang ada saat ini
adalah thermal spray coating masih terbatas dalam aplikasinya yaitu pada
aplikasi metalic coating untuk restorasi dimensi seperti arc spraying. Hal ini
menyebabkan output yang tidak optimum apabila digunakan pada aplikasi untuk
ketahan aus dan korosi. HVOF coating adalah jenis proses thermal spray yang
memanfaatkan tekanan tinggi dari pembakaran bahan oksigen di ruang pembakaran
sehingga menghasilkan kecepatan gas supersonic diatas 800 m/s dan temperatur
sekitar 28000 Celcius. Hasil yang diharapkan adalah ketahanan aus
dan korosi dengan karakteristik densitas, kekerasan, dan daya rekat yang tinggi
dibandingkan dengan proses thermal spray lainnya. Energi kinetik yang tinggi
pada saat tumbukan dari serbuk yang dipanaskan dan temperatur yang relatif
rendah menghasilkan coating dengan densitas dan kekerasan yang tinggi.
1.2 Rumusan
Masalah
a. Bagaimana
Proses HVOF Thermal Spray
b. Keunggulan
dan Kelemahan HVOF Thermal Spray
c. Aplikasi
di Bidang Industri
1.3 Tujuan
dan Manfaat
Adapun tujuan dan manfaat dari pembuatan makalah ini
adalah Mahasiswa diharapkan memahami proses HVOF thermal spray dan aspek-aspek
lain dari penggunaan teknologi HVOF thermal spray ini.
BAB 2. PEMBAHASAN
2.1
Proses Thermal Spray
Gambar 1. Tipe surface treatment
Proses thermal spray secara umum melindungi logam dasar
pada kondisi lingkungan dengan tingkat yang merusak yang tinggi. Kategori
dalam Proses HVOF: - Detonation-Gun Spraying (pada proses ini akan menghasilkan
ketebalan lapisan > 0.5 mm. Kekerasan, berat jenis, dan kekuatan lekat
bernilai tinggi jika dibandingkan dengan pelapisan Plasma Sprayed, tingkat
kebisingannya 150 desibel), dan Diamond Jet HVOF yang kemudian dikenal dengan
HVOF thermal spray. Setiap jenis
coating yang dipilih diharapkan dapat memiliki satu atau beberapa fungsi yang
diharapkan seperti ketahanan aus, tahan korosi, tahan terhadap konduktivitas
elektrik dan restorasi dimensi.
Teknik thermal spray merupakan proses dimana
material pelapis (feedstock material) dipanaskan dan didorong sebagai
partikel individu atau droplets ke suatu permukaan (base material /
substrat). Energi termal yang digunakan untuk melelehkan material pelapis yaitu
electrical dan flame heating.
Gambar 2.
Metode dan ilustrasi penembakan
Pemilihan proses thermal spray didasarkan kepada aplikasi
yang akan digunakan. Sebagai contoh untuk aplikasi anti korosi, proses yang
paling tepat adalah dengan menggunakan arc spraying sebab material yang akan di
deposisi adalah metallic coating yang memiliki melting temperature rendah.
Pertimbangan lain adalah kemudahan dalam pengoperasiannya.
Material feedstock dapat berupa apa saja yang
dapat dilelehkan termasuk logam, senyawa logam, semen, oksida, gelas atau
polimer. Dan juga dapat dalam bentuk powder, wire, atau rod.
Pengikat antara substrat dan pelapis dapat berupa ikatan mekanik, kimia,
metalurgi atau kombinasi dari ketiganya.
Sifat-sifat
dari pelapis bergantung pada jenis material, proses thermal spray dan
parameter-parameter yang diterapkan, dan perlakuan setelah proses thermal
spray pada pelapis.
Saat ini teknologi
thermal spray coating di Indonesia sudah cukup dikenal di kalangan industri.
Untuk aplikasi ketahanan aus dibutuhkan proses coating dengan karakteristik
densitas yang tinggi serta kekerasan yang tinggi dengan bahan ceramic metal
(cermet) dan karbida. Kesalahan dalam penentuan proses coating dapat
menyebabkan akibat yang fatal dimana umur coating yang pendek menyebabkan biaya
perawatan yang semakin meningkat dan kerugian waktu akibat dari plant shutdown
yang akhirnya berakibat pada biaya produksi.
Pembakaran, dinamika gas, dan kecepatan nyala pembakaran
adalah karakteristik penting untuk menghasilkan lapisan berkekuatan lekat
tinggi, porositas rendah, dan padat. Sebelum memasuki ruang bakar, oksigen dan
bahan bakar dicampur dibawah tekanan dalam bagian mixer, kemudian saat
pembakaran, reaksi kimia mengambil alih dan melepaskan energi panas. Tekanan
meningkat seiring dengan peningkatan temperatur yang menghasilkan kecepatan
gas.
Setelah pembakaran, propan dan oksigen membentuk air dan
gas karbondioksida. Karena temperatur deposisi yang tinggi, air menguap. Energi
dari reaksi kimia dikonversikan menjadi panas dan tekanan, yang digunakan untuk
melelehkan dan mempercepat partikel powder bersama gas pembawa. Temperatur,
tekanan, komposisi gas, massa jenis gas, dan luas dimana gas berlalu merupakan
variabel yang mempengaruhi kecepatan gas. Gelombang suara di udara adalah
gelombang longitudinal dimana dorongan disampaikan dari molekul ke molekul.
Restoring force untuk gelombang ini disuplai oleh tekanan dari udara. Ketika
sebuah obyek bergerak melaju dalam fluida, gelombang tekanan melebar dari obyek
menjadi spherical sheels. Gelombang tekanan ini merupakan sebuah urutan
rarefraction yang bergerak keluar dari obyek. Karena tekanan meningkat, molekul
gas bergetar, laju getaran molekul disebut frekuensi. Semakin besar frekuensi
maka semakin besar pitch suara.
Ketika kecepatan gas mencapai tingkat kecepatan suara
(sonic), ini dikatakan berada pada critical state. Di atas critical state
berada pada supersonic atau hypersonic velocity, yang bisa didapatkan dengan
menggunakan nosel divergen. Kecepatan gas dapat didefinisikan dalam bilangan
mach yang merupakan perbandingan kecepatan gas sebenarnya terhadap kecepatan
sonic.
2.2
Keunggulan dan Kelemahan Thermal Spray
HVOF
Keunggulan
dari proses ini dibandingkan dengan proses lainnya seperti PVD (Physycal Vapour
Deposition), CVD (Chemical Vapour Deposition), brazing, cladding dan
electroplating adalah :
— Proses pelapisan dengan thermal spray memiliki ketebalan
diatas 50 micrometer.
— Laju deposisi tinggi.
— Dapat dilakukan pada kondisi atmosfer.
— Beragam jenis bahan seperti logam, keramik, paduan logam
keramik, polymer, karbida, dapat dideposisikan dengan mudah sesuai dengan
aplikasi yang diinginkan.
— Lebih ramah lingkungan karena tidak memiliki limbah buang
yang berbahaya pada lingkungan seperti pada hard chrome.
Kelemahan :
Investasi yang sangat tinggi
merupakan salah satu kendala penggunaan HVOF thermal spray. Komponen biaya
paling besar terdapat pada gun system dan ini berkaitan dengan paten serta
beberapa komponen seperti nozzles yang memiliki tuntutan proses permesinan
dengan kepresisian yang tinggi.
2.3
Aplikasi
Aplikasi umum dari pelapisan HVOF :
— Industri
manufaktur umum : extrusion Dies, Thread guides, Forging Tool, Wire Drawing
Capstans, Casm followers, Roller Bearing, Hot Forming Dies.
— Industri
Turbin gas : Turbine Nozzles, Jet Engine Manifold Rings, Gas Turbine Fan Seals,
Aircraft Flap Tracks, Expansion Joints, Mid Span Supports (Fan Blades)
— Industri
Perminyakan : Pump Plungers, Liners, Sleeves, compressor Rods.
— Industri
proses kimia : Gate Valves, Pump components.
— Industri
kertas/Bubur kertas : Printing Rolls, Digestors, liquor tanks
— Industri
otomotif : Piston Rings, cylinder liners
BAB
3. PENUTUP
3.1 Kesimpulan
Dari beberapa tinjauan pustaka, maka
HVOF thermal spray secara umum dapat diambil kesimpulan, diantaranya :
1.
Kekerasan,
berat jenis, dan porositas
Pelapisan thermal spray sering digunakan karena
derajat kekerasannya yang relatif lebih tinggi daripada pelapisan cat (paint
coatings). Kekerasan dan ketahanan korosinya membuat pelapisan thermal spray sangat bernilai pada
pemakaian dengan tingkat keausan tinggi. Kekerasan dan berat jenis thermal spray pada umumnya lebih rendah
daripada material feedstock itu sendiri sebelum dilapiskan. Pada pelapisan
logam thermal spray, kekerasan, berat
jenis bergantung pada material yang digunakan. Secara umum semakin tinggi
kecepatan partikel, semakin tinggi tingkat kekerasan dan berat jenisnya.
Kekerasan dan berat jenis juga bergantung pada temperatur partikel dan jenis
gas atomisasi yang digunakan. Porositas yang terbentuk bergantung pada proses
pelapisan thermal spray, parameter
yang digunakan, dan material thermal
spray.
2.
Ketahanan
korosi
Lapisan logam thermal spray dapat di anodic atau
katodic terhadap sustrat logam dibawahnya. Karena korosi muncul pada anoda,
lapisan anodic akan terkorosi pada lingkungan korosif, sedangkan katoda tidak.
Sistem pelapisan anti korosi umumnya dirancang sehingga material pelapis anodic
terhdap logam substrat. Pelapis anodic akan terkorosi atau dikorbankan untuk
melindungi substrat. Pada beberapa kasus, ketahanan korosi dari material
pelapis itu sendiri sangat penting. Pada penggunaan temperatur tinggi dan untuk
penggunaan dengan bahan kimia, lapisan thermal
spray harus sangat tahan korosi.
3.
Perekatan
(adhesi)
Pelapisan thermal
spray mempunyai adhesi yang sangat tinggi. Pelapisan khusus, untuk
ketahanan aus, yang dilakukan dengan proses thermal
spray dengan kecepatan partikel sangat tinggi dapat memiliki adhesi regang
(tensile adhesion) lebih besar
daripada 34.000kPa (5000 psi) sebagaimana diukur oleh ASTM C633‚ ‘‘Standart Test Method for Adhesion or
Cohesive Strength of Flame-Sprayed Coatings’’
3.2 Saran
Dalam pembuatan
makalah ini masih sangat jauh dari kata sempurna karena referensi dari berbegai
sumber masih sangat minim. Semoga penyajian selanjutnya dapat lebih baik dari
ini dan penulis akan lebih senang hati apabila menerima masukan dari
pembaca.
