1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Biomaterial adalah substansi atau kombinasi beberapa subtansi, sintetis atau
alami, yang dapat digunakan untuk setiap periode waktu, secara keseluruhan atau
sebagai bagian dari sistem, menambah, atau mengganti setiap jaringan, organ atau
fungsi tubuh (Williams, 1987).
Implant adalah perangkat medis yang terbuat dari satu atau lebih biomaterial
yang sengaja ditempatkan dalam tubuh, baik secara total atau sebagian terkubur di
bawah permukaan epitel, dalam jangka waktu yang signifikan (Williams, 1987),
dalam memilih material implant dipersyaratkan antara lain; diterima oleh organ tubuh,
ketahanan terhadap korosi yang baik, kekuatan tarik dan tegangan luluh yang sesuai,
ketahanan aus yang tinggi, dan proses pabrikasi yang baik (metode produksi,
kemampuan dari material untuk steril, dan efektifitas harga) (ASM, 2005).
Biomaterial yang umum digunakan untuk perangkat implant adalah
biokeramik (Ganesh, dkk, 2005), biomaterial metalik, paduan kobalt, paduan
titanium, baja tahan karat, dan logam lainnya (Bombac, dkk, 2007).
Biokeramik mempunyai kekerasan, kekuatan, ketahanan korosi dan chemical
inertness, ketahanan terhadap oksidasi, dan kekuatan yang tinggi, titik leleh yang
tinggi, dan fracture toughness yang rendah maka biokeramik dapat digunakan sebagai
plat penyambung tulang namun penggunaan biokeramik terbatas karena mempunyai
sifat getas dan ketahanan fatik yang rendah (Ganesh, dkk, 2005).
Biomaterial metalik digunakan untuk mendukung dan atau mengganti
komponen kerangka. Material ini dapat digunakan untuk sendi tiruan, plat
penyambung tulang, sekrup, spacer tulang belakang, katup jantung buatan, stent dan
1
implant gigi. Biomaterial metalik yang paling banyak digunakan untuk perangkat
implant adalah: paduan cobalt, paduan titanium dan baja tahan karat AISI316L,
bahan-bahan ini mempunyai sifat mekanik yang sangat baik, ketahanan korosi relatif
tinggi dan rilis racun yang sangat kecil ketika terkena cairan tubuh adalah alasan
utama baja tahan karat AISI316L dapat digunakan dalam tubuh dalam jangka waktu
lama dan sesuai untuk keperluan medis (Bombac, dkk, 2005)
Paduan kobalt (CoCrMo) mempunyai sifat non magnetic, tahan korosi, tahan
panas dan bio compatibel,bahkan pada suhu tinggi tetap menunjukkan kekuatan yang
tinggi, sifat-sifat tersebut membuat paduan tersebut dapat digunakan sebagai bahan
implant. Biokompatibilitas paduan CoCrMo terkait erat dengan ketahanan korosi yang
sangat baik karena kehadiran lapisan film oksida pasif yang sangat tipis yang
terbentuk pada permukaan paduan. Terlepas dari ketahanan korosi paduan yang
sangat baik, masih ada kekhawatiran tentang pelepasan ion logam dari implant
ortopedi ke tubuh manusia. Komponen implant yang dibuat dari paduan Co-Cr
dilaporkan telah menghasilkan peningkatan konsentrasi Co,Cr, dan Ni dijaringan
sekitarnya. Logam ini pada umumnya digunakan pada implant gigi, peralatan
penyambung tulang bahu dan pinggul, serta material pengganti lutut, namun sulit
diproduksi (Bombac, dkk, 2007) dan memerlukan biaya tinggi (Ganesh, dkk, 2005)
sehingga penggunaannya untuk bahan perangkat implant terbatas.
Paduan titanium (Ti-6Al-Nb dan Ti-6Al-4V) mempunyai
kekuatan yang
tinggi, tahan korosi, dan biocompatible (Ganesh, dkk, 2005). Logam titanium banyak
digunakan pada aplikasi trauma tulang (bone trauma fixation), penyambung tulang
pinggul dan lutut (Bombac, dkk, 2007). Titanium dan paduannya dapat digunakan
sebagai bahan implant dalam jangka waktu yang lama karena titanium adalah non
magnetik, pasien dengan implant titanium bisa aman diperiksa dengan pencitraan
2
resonansi magnetik untuk jangka panjang. Pada umumnya material titanium yang
digunakan sebagai implant dibuat dari titanium murni (CP-Ti) dan paduannya (Ti4Al-4V). Kelemahan dari logam titanium adalah tidak ekonomis, sifat ketahanan aus
yang rendah, dan dimungkinkan terjadi difusi oksigen ke dalam titanium selama
proses fabrikasi yang dapat mengakibatkan penggetasan pada logam titanium (Ige,
dkk, 2009).
Baja tahan karat memiliki sifat tahan korosi, biocompatible, dan harga lebih
murah dibanding biomaterial yang lain (Ganesh, dkk, 2005). Logam jenis ini
merupakan logam yang paling banyak digunakan pada aplikasi biomaterial. Salah satu
baja tahan karat yang paling banyak digunakan sebagai biomaterial implant adalah
baja tahan karat AISI316L (Ige, dkk, 2009). Baja tahan karat AISI 316L mempunyai
sifat tahan korosi, bioinert, biocompatible, permukaan mudah dibersihkan (Bombac,
dkk, 2007), baja tahan karat AISI 316L baik untuk dikembangkan karena
pengunaannya yang luas (Roland, dkk, 2006) dan harga lebih murah dibanding bio
material yang lain. Selain memiliki beberapa kelebihan, baja jenis ini juga memiliki
beberapa kekurangan diantaranya adalah kekuatan dan ketahanan aus yang rendah,
terbatasnya
teknik
modifikasi
permukaan
yang
dapat
diaplikasikan
tanpa
menghilangkan kelebihan material tersebut seperti ketahanan korosi dan keuletannya
(Roland, dkk, 2006). Baja tahan karat austenitic umumnya sensitif terhadap korosi
sumuran dan stess corrosion cracking. Korosi ini terjadi ketika oksidan bereaksi
dengan ion klorida. Pitting lebih lanjut dipercepat oleh adanya konsentrasi oksigen
pada awal pertumbuhan. Komposisi kimia baja tahan karat 316L adalah sebagai
berikut: C≤ 0,03%, ≤ 1,0%Si, ≤ 2,0%Mn, 0,045%P, ≤ 0,030%S,12,0-15,0%Ni, 16,018,0%Cr, dan 2,0-3,0%Mn. L menunjukkan karbon yang rendah. Ketahanan korosi
ditingkatkan dengan penambahan molybdenum dan nikel serta mengurangi
3
kandungan karbon kurang dari 0,030%, jika kandungan karbon melebihi 0,030% akan
terjadi peningkatan pembentukan karbida seperti Cr23C6 yang mengakibatkan
terjadinya presipitasi karbida pada daerah batas butir yang berdekatan dengan
chromium yang akibatnya mengurangi pembentukan chromium oksida Cr 2O3 sebagai
lapisan pasif. Lapisan pasif berfungsi sebagai penghalang terjadinya proses korosi
dalam sistem paduan yang sesuai pengalaman memiliki laju korosi yang sangat tinggi
dan memiliki kemampuan memperbaiki diri ketika rusak (Bombac, dkk, 2007).
Beradasarkan literatur diatas maka baja tahan karat AISI 316L merupakan
bahan yang efisien dikembangkan karena harganya murah dan dapat ditingkatkan sifat
mekanisnya.
Baja tahan karat AISI316L dapat di tingkatkan sifat mekanisnya dengan
perlakuan mekanik (Dieter, 1988). Deformasi dingin merupakan perlakuan mekanik
deformasi menyeluruh yang baik untuk meningkakan sifat mekanis baja tahan karat
AISI 316L terutama untuk material yang berbentuk plat seperti plat penyambung
tulang karena prosesnya dapat dilakukan bersamaan dengan proses pembentukan.
Deformasi dingin merupakan proses deformasi plastis yang dilakukan dibawah suhu
rekristalisasi bahan. Perlakuan deformasi mengakibatkan butiran menjadi memanjang
dan lebih tipis (Callister, 2001; Pencheve dan Karastoyanove, 2009) juga
menyebabkan terjadinya strain hardening dan peningkatan jumlah dislokasi
(Domankova, dkk, 2007)
Peningkatan sifat mekanis material juga dapat dilakukan dengan Surface
Mechanical Attrition Treatment (SMAT). SMAT adalah salah teknik penghalusan
butiran pada lapisan permukaan bahan tanpa mengubah komposisi kimia
(Mahagaonkar, dkk, 2007). SMAT dilakukan dengan menumbukkan bola-bola milling
secara acak pada permukaan material sehingga terbentuk lapisan dengan orde nano
4
sehingga dapat memeperbaiki sifat-sifat mekanik dari material tersebut (Lu dan Lu,
2006). SMAT mempunyai kelebihan yaitu menghasilkan tegangan tekan efek
pengerjaan dingin. (Mahagaonkar, dkk, 2007).
SMAT telah berhasil diterapkan pada material baja tahan karat AISI 316L
(Arifvianto, dkk, 2009; Yun-wei, dkk, 2009; Roland, dkk, 2006), namun selama ini
penggunaan metode SMAT belum banyak dipadukan dengan metode lainnya oleh
karena itu perlu dilakukan penelitian penggabungan SMAT dan perlakuan lainya
diantaranya adalah deformasi dingin. Penggabungan antara metode deformasi dingin
dan SMAT pada material baja tahan karat AISI 316L diharapkan dapat menghasilkan
lapisan permukaan dengan struktur nano sehingga dapat meningkatkan sifat mekanik
material.
1.2. Rumusan Masalah
Berdasarkan uraian diatas maka perlu dilakukan penelitian tentang pengaruh
gabungan perlakuan deformasi dingin dan SMAT terhadap kekerasan, struktur mikro
dan ketahanan korosi baja tahan karat AISI 316L.
1.3. Batasan Masalah
Penelitian ini akan dibatasi pada:
1. Bahan yang digunakan baja tahan karat AISI 316L.
2. Deformasi dingin dilakukan dengan persen reduksi 47% dari ketebalan awal.
3. Bola baja untuk SMAT berdiameter 3,18 mm, 3,97 mm, 4,76 mm, 6,35 mm.
4. Kecepatan putaran motor untuk SMAT adalah 1400 rpm.
5. Variasi waktu SMAT 5, 10, dan15 menit.
5
1.4. Keaslian Penelitian
Penelitian tentang deformasi dingin dan perlakuan SMAT merupakan
kelanjutan penelitian terdahulu (Abreu, dkk, 2007; Widodo, 2010; Arivfianto, dkk,
2009, dan Wei,dkk, 2009). Penelitian ini menggabungkan perlakuan deformasi dingin
dan SMAT dengan variasi durasi waktu dan ukuran bola milling SMAT. Penelitian
pengaruh penggabungan deformasi dingin dan SMAT terhadap kekerasan, struktur
mikro dan ketahanan korosi pada bahan baja tahan karat AISI 316L belum pernah
dilakukan sehingga penelitian ini perlu dilakukan dan keaslian penelitian ini dapat
dipertanggungjawabkan.
1.5. Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk:
1. Mengetahui pengaruh deformasi dingin terhadap kekerasan, struktur mikro
dan ketahan korosi pada material AISI 316L.
2. Mengetahui pengaruh penggabungan proses deformasi dingin dan SMAT
dengan variasi diameter bola milling dan durasi waktu SMAT pada spesimen
yang terdeformasi terhadap kekerasan, struktur mikro dan ketahan korosi pada
material AISI 316L.
1.6. Manfaat Penelitian
Meningkatkan kekerasan dan kualitas permukaan baja tahan karat AISI 316L
melalui proses gabungan deformasi dingin dan SMAT.
1.7. Hipotesis
Perlakuan deformasi dingin menyebabkan kekerasan dan ketahanan korosi
material meningkat. Perlakuan SMAT memperhalus butiran pada permukaan material
sehingga menyebakan kekerasan permukaan meningkat.
6