proses pengolahan permukaan chemical vapor

Matakuliah : D0234/Teknologi Proses
Tahun
: 2007/2008
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
(Layer Addition)
Pertemuan 22
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
Learning Outcomes
.
Mahasiswa dapat menerangkan pproses pengolahan
permukaan dengan menambahkan lapisan pada permukaan benda kerja
Outline Materi :
• Coating
• Thermal surfacing
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
PENGOLAHAN PERMUKAAN
Perlakuan untuk membuat lapisan permukaan baru atau
memodifikasi permukaan untuk memperoleh sifat teknis
dan sifat mekanis sesuai dengan persyaratan desain
yang diinginkan
Sifat teknik dan mekanik yang dapat ditingkatkan:
• kekerasan permukaan
• ketahanan aus
• ketahanan terhadap pengelupasan
• ketahanan terhadap korosi
• ke tahanan terhadap erosi
• ketahanan terhadap goresan dan benturan
• dan lain-lain
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
KLASIFIKASI METODE PENGOLAHAN
PERMUKAAN
ELECTRO CHEMICAL
COATING
VECUUM
EVAPORATION
PHYSICAL VAPOR
DEPOSITION (PVD)
SPUTTERING
CHEMICAL VAPOR
DEPOSITION (CVD)
LAYER
ADDITION
THERMAL
SURFACING
SURFACE
PROCESSING
OPERATIONS
PLATING
THERMAL SPRAY
HARDFACING
CARBURIZING
DIFFUSION
METHODS
NITRIDIING
CARBONITRIDIING
SURFACE
MODIFICATION
FLAME HARDENING
INDUCTION
HARDENING
SELECTIVE
HARDENING
METHODS
LASER HARDENING
ELECTRON BEAM
HARDENING
ION IMPLANTATION
Bina Nusantara
ION PLATING
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
LAYER ADDITION
Mengolah permukaan dengan menambahkan lapisan
baru di atas permukaan material dasar.
COATING
Coating adalah proses pelapisan dengan logam, atau
oksida, atau senyawa organik (misalnya pengecetan),
terhadap material dasar logam maupun non-logam.
Terdapat berbagai macam proses coating antara lain :
• electro chemical plating,
• physical vapor deposition,
• chemical vapor deposition.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
ELECTRO CHEMICAL PLATING
Electro chemical plating adalah proses elektrolisa
dimana ion-ion logam pelapis dalam larutan elektrolit
dideposisikan pada permukaan bendakerja.
Gambar 22.1. Skema electro chemical plating
Sebagai sumber daya digunakan listrik arus searah yang
dihubungkan dengan anode (logam pelapis) dan katode
(bendakerja yang dilapisi).
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
Tujuan
•
•
•
•
•
•
mencegah terjadinya korosi
memperindah penampilan
meningkatkan ketahanan aus
meningkatkan konduktifitas listrik
meningkatkan mampu solder (solderability)
memperlicin permukaan
Contoh pemakaian
. Pelapis seng digunakan untuk kawat, kotak saklar
listrik, dan berbagai macam logam lembaran, dan
sebagai material dasar pada umumnya baja.
. Pelapis nikel berfungsi untuk meningkatkan keta-
hanan korosi dan memperindah penampilan; banyak
digunakan untuk asesoris mobil dan peralatan
konsumen lainnya.
. Pelapis kromium berfungsi untuk meningkatkan
Bina Nusantara
kekerasan, ketahanan korosi, dan memperindah
penampilan; banyak digunakan untuk ring piston,
kelep mesin, landing gear, rol, peralatan mobil, dan
lain-lainnya.
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
PHYSICAL VAPOR DEPOSITION
TEG TINGGI RF/ DC
GAS ARGON
plsmelkt
VAKUM
BENDA KERJA
+
Gambar 22.2. Skema sputtering pada proses PVD
Physical vapor deposition (PVD) dilakukan dalam
ruang hampa dimana material pelapis dirubah ke fase
uap dan dideposisikan pada permukaan material dasar
sehingga terjadi lapisan yang sangat tipis (thin film).
Sebagai pelapis dapat digunakan berbagai macam
material seperti paduan (alloy), keramik, dan senyawa
unorganik lainnya, dan juga dapat digunakan plastik.
Sedang material dasar yang dilapisi, dapat berupa
logam, gelas, dan plastik.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
Contoh pemakaian :
•
•
•
•
proses pelapisan anti refleksi pada lensa optik
rangkaian penghubung dalam integrated circuit (IC)
proses pelapisan perkakas potong dengan TiN
proses pelapisan pada cetakan plastik
Terdapat 3 jenis mekanisme PVD :
• penguapan dalam ruang hampa (vacuum evaporation)
• pemercikan/pancaran partikel atom (sputtering)
• pelapisan ion (ion plating)
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
VACUUM EVAPORATION
Material yang akan dideposisikan dipanaskan pada temperatur
cukup tinggi hingga menguap.
Pemanasan pada umumnya dilakukan dengan menggunakan
pemanas resistansi listrik.
Gambar 22.3 Skema vacuum
evaporation PVD
Pemanasan dilakukan di ruang hampa, sehingga temperatur
yang dibutuhkan untuk menguapkan lebih rendah dibandingkan
bila pemanasan dilakukan pada tekanan atmosfer.
Atom-atom yang menguap akan meninggalkan sumbernya dan
bergerak lurus menumbuk permukaan bendakerja.
Karena bidang yang ditumbuk relatif dingin, maka uap akan
menjadi padat dan membentuk lapisan tipis.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
SPUTTERING
Bila suatu target (pelapis) dalam bentuk padatan (atau cairan)
ditumbuk dengan partikel atom yang memiliki energi cukup
tinggi, maka atom-atom permukaan target akan terlepas.
Proses ini dikenal sebagai sputtering.
Partikel atom berenergi tinggi dapat diperoleh dengan melewatkan gas yang telah terionisasi, misalnya argon, dalam suatu
medan listrik sehingga terbentuk plasma (Ar+).
Gambar 22.4. Skema
sputtering PVD
Atom-atom permukaan yang terlepas dari sumbernya akibat
tumbukan plasma tersebut, akan bergerak dari katode (target)
ke anode (bendakerja/substrat), dan kemudian berdeposisi
membentuk lapisan tipis pada permukaan bendakerja.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
ION PLATING
Merupakan kombinasi antara proses sputtering dengan vacuum
evaporation.
Dalam proses ion plating, bendakerja berfungsi sebagai katode:
partikel atom plasma akan menumbuk permukaan bendakerja
sehingga menjadi sangat bersih.
Material target dipanaskan untuk menghasilkan uap pelapis
dengan cara yang sama seperti pada proses vacuum evaporation.
Molekul uap dilewatkan melalui plasma dan berdeposisi membentuk lapisan pada permukaan bendakerja.
Kelebihan dari cara ini dapat menghasilkan lapisan dengan
berbagai macam ketebalan dan memiliki ikatan yang sangat
kuat sehingga lapisan tidak mudah terlepas dari material
dasarnya.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
CHEMICAL VAPOR DEPOSITION
Chemical vapor deposition (CVD) dilakukan dalam
reaktor, yang terdiri dari :
• sistem suplai reaktan (reactant supply system),
• ruang deposisi (deposition chamber), dan
• sistem daur ulang (recycle/disposal system)
Gambar 22.5. Skema chemical
vapor deposition (CVD)
Gas-gas dari sistem suplai reaktan dimasukkan ke dalam
ruang deposisi.
Karena temperatur cukup tinggi, maka gas-gas tersebut
akan berdekomposisi membentuk lapisan di atas permukaan bendakerja (substrat).
Limbah beracun, korosif, dan/atau mudah terbakar dikumpulkan dan diproses dalam sistem daur ulang.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
REAKTOR CVD TERMAL
substrat
koil
pompa vakum
gas
trap
Gambar 22.6 Reaktor CVD termal
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
Beberapa contoh reaksi dalam CVD
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
Kelebihan dan kekurangan dibandingkan dengan
proses PVD
Kelebihan
• dimungkinkan untuk mendeposisi material tahan api,
• dimungkinkan untuk mengontrol besar butir,
• tidak memerlukan ruang hampa, dan
• memiliki ikatan yang kuat antara
permukaan material yang dilapisi.
pelapis
dengan
Kekurangan
• diperlukan ruang yang tertutup rapat dan pompa
khusus agar dampak korosi dan/atau racun dapat
dihindarkan,
• beberapa reaksi memerlukan biaya yang mahal, dan
• efisiensi pemanfaatan material rendah.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
THERMAL SURFACING
Thermal surfacing adalah suatu metode pelapisan
permukaan material dasar dengan menggunakan energi
panas, dengan tujuan untuk memperoleh ketahanan
terhadap korosi, erosi, aus, dan oksidasi temperatur
tinggi.
Terdapat berbagai macam proses thermal surfacing
antara lain :
• thermal spraying,
• hard facing, dll.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
THERMAL SPRAYING
Thermal spraying adalah suatu teknik pelapisan dimana
material pelapis dalam keadaan lebur atau semi lebur disemprotkan hingga membeku dan melekat pada permukaan material dasar.
Pada mulanya teknik ini digunakan untuk memperbaiki bagian
komponen yang telah aus, tetapi kemudian dikembangkan
dalam berbagai produk manufaktur untuk mendapatkan sifat
tahan korosi, temperatur tinggi, aus, memperbaiki konduktivitas
listrik, dan melindungi terhadap pengaruh elektromagnetik.
HARD FACING
Hard facing adalah suatu teknik pelapisan dimana paduan logam
digunakan sebagai deposit proses pengelasan pada permukaan
material dasar.
Dalam hal ini akan terjadi proses peleburan antara material
pelapis dan material dasar sehingga terjadi ikatan metalurgi
yang sangat kuat.
Teknik ini banyak digunakan untuk melapisi permukaan material
dasar atau memperbaiki bagian komponen yang telah aus, atau
mengalami erosi dan/atau korosi.
Teknik pengelasan yang sering digunakan adalah oxyacetylene
gas welding, dan berbagai macam arc welding.
Bina Nusantara
PROSES PENGOLAHAN PERMUKAAN
SELESAI
TERIMA KASIH
Bina Nusantara