TUGAS AKHIR – TL141584 PENGARUH VARIASI FEED RATE DAN ...

i

TUGAS AKHIR – TL141584

PENGARUH VARIASI FEED RATE DAN JUMLAHSAPUAN KOMPOSIT YSZ-Al2O3 TERHADAPKETAHANAN TERMAL DAN KEKUATAN LEKAT PADAYSZ/YSZ-Al2O3 DOUBLE LAYER TBC UNTUK APLIKASINOSEL ROKET

CHAIZI NASUCHANRP. 2711100079

Dosen PembimbingDr. Widyastuti, S.Si, M.Si

JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGIFakultas Teknologi IndustriInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2015

ii

(Halaman ini sengaja dikosongkan)

iii

FINAL PROJECT – TL141584

THE EFFECTS OF FEED RATE AND PASS VARIATIONSOF YSZ-Al2O3 COMPOSITE ON THERMAL RESISTANCEAND ADHESION STRENGTH OF YSZ/YSZ-Al2O3DOUBLE LAYER TBC FOR ROCKET NOZZLEAPPLICATION

CHAIZI NASUCHANRP. 2711100079

AdvisorDr. Widyastuti, S.Si, M.Si

DEPARTMENT OF MATERIALS AND METALURGICALFaculty of Industrial TechnologyInstitut Teknologi Sepuluh NopemberSurabaya2015

iv


vi


vii

PENGARUH VARIASI FEED RATE DAN JUMLAHSAPUAN KOMPOSIT YSZ-AL2O3 TERHADAP

KETAHANAN TERMAL DAN KEKUATAN LEKAT PADAYSZ/YSZ-AL2O3 DOUBLE LAYER TBC UNTUK

APLIKASI NOSEL ROKET

NamaMahasiswa : Chaizi NasuchaNRP : 2711100079Jurusan : Teknik Material dan MetalurgiDosenPembimbing : Dr. Widyastuti S.Si, M.Si

AbstrakTBC (Thermal Barrier Coating) denganYSZ/YSZ- Al2O3 top

coat (TC) dan MCrAlY sebagai bond coat (BC) yang selanjutnyadisebut sebagai YSZ/YSZ- Al2O3 double layer TBC digunakansebagai aplikasi material perintang panas pada dinding dalamnosel roket. Pelapisan dilakukan dengan variasi feed rate danjumlah sapuan komposit YSZ Al2O3- Al2O3. Feed rate yangdigunakan sebesar 14,17 dan 20 g/min dengan sapuan 1,2 dan3x. Dengan semakin naik nya feed rate dan jumlah sapuandiharapkan coating yang memiliki porositas yang rendah, tahanterhadap termal dan juga memiliki kekuatan lekat yang tinggi.

Pada penelitian ini bond coat dan top coat dilapiskandengan metode flame spray dengan jarak spray dan jugakomposisi komposit YSZ- Al2O3 dijaga konstan pada jarak200mm dan komposisi 30% Al2O3.. Kemudian dilakukanpengujian termal, pull off test, dan SEM-EDX XRD. Pengujiantermal yang dilakukan ada dua tipe yaitu Thermal Torch Test danNon-Isothermal Oxidation Test. Thermal Torch Test ditujukanuntuk mengukur ketahanan dari struktur TBC terhadap penetrasidari api las oxyacethylene sebagai miniatur uji statik nosel rokethingga spesimen mencapai kegagalan. Uji termal TGA untukmengukur ketahanan terhadap oksidasi non-isotermal dan

viii

mengamati pertumbuhan TGO (Thermally Grown Oxide)diantara lapisan TC/BC, pengujian ini dilakukan sampaitemperatur 1000o C dengan laju temperatur 10oC/min.

Dari hasil penelitian didapatkan bahwa semakin besar feedrate menyebabkan serbuk yang terdeposisi semakin banyakmempermudah mencapai ketebalan yang diharapkan dengankepadatan yang optimal. Semakin banyak jumlah sapuanmembuat kompleksitas mikrostruktur semakin tinggi danmenyebabkan kekuatan lekat dan ketahanan termal semakinrendah. Hal ini berkebalikan dengan hipotesis awal. Hasilpengujian TGA menunjukkan pada sampel yang dicoating mulaiteroksidasi pada temperature 900 oC, dan dengan analisa 1st

Derivative didapatkan sampel paling stabil adalah 17 g/min-1xdan dari pengujian Thermal Torch sampel 17 g/min-1x memilikiketahanan terhadap pengerusakan yang baik. Kekuatan lekatpaling tinggi juga terdapat pada komposisi 17 g/min- 1x dengannilai rata-rata 17.17 Mpa

Kata kunci: TBC, Nosel Roket, Feed Rate, YSZ-Al2O3, TGO,Kekuatan Lekat

ix

THE EFFECTS OF FEED RATE AND PASS VARIATIONSOF YSZ-Al2O3 COMPOSITE ON THERMAL RESISTANCE

AND ADHESION STRENGTH OF YSZ/YSZ-Al2O3

DOUBLE LAYER TBC FOR ROCKET NOZZLEAPPLICATION

Name : Chaizi NasuchaNRP : 2711100079Department : Material and Metalurgical EngineeringAdvisor : Dr. Widyastuti S.Si, M.Si

AbstractTBC (Thermal Barrier Coating) with YSZ/YSZ- Al2O3 as top

coat (TC) and MCrAlY as a bond coat (BC) mark as YSZ/YSZ-Al2O3 double layer TBC was used as material for thermalbarrier coating on the inside wall of rocket nozzle. Coating havedone with feed rate and pass variations of YSZ- Al2O3. Composite.The composite layer was coated by feed rate variation at 14,17and 20 g/min and various amounts of pass 1,2 and 3x pass. Earlyhypothesis of this study said that with the increase of powder feedrate and pass couse coating properties better with have a lowporosity and have a good thermal resitance and adhesionstrength.

In this research, the bond coat and top coat were coated byusing flame spray method. The spray distance and compotition ofYSZ-Al2O3 composite were kept constant on 200mm and 30%Al2O3. Next, thermal tests, Pull off tests, SEM-EDX and XRD wereconducted. Thermal test divided into two part, Thermal Torch andNon-isothermal Oxidation Test. Thermal Torch used for measurethe resistance of TBC structure against oxyacethylene flamepenetration as a miniature of thermal static test for rocket nozzleuntil the specimen was failure. Non-Isothermal Oxidation Test.used to measure the resistance against non-isothermal oxidation

x

and investigated the growth of TGO (Thermally Grown Oxide)layer on interface between TC/BC, this test was done at 1000o Cwith heating rate 10oC/min.

From the results, we obtained that the faster the feeding ratethe more powders were being deposited, making it easier toobtain the desired thickness with optimum density. The more passgiven, increase the complexity of the microstructures and causedthe adhesiveness and the thermal resistance lower. These resultswere showing the opposite of the early hypothesis. The TGAresults indicated that all the samples that coated begun oxidizingat 900oC, and through 1st Derivative analysis the most stablesample obtained was 17 g/min-1x and from the Thermal Torchtests, the sample 17 g/min-1x owned good demolition resistance.The highest adhesiveness was also obtained by sample 17 g/min-1x with an average of 17.17Mpa.

Keywords: TBC, Rocket Nozzle, Feeding Rate, YSZ-Al2O3,TGO, Adhesiveness.

xi

KATA PENGANTAR

Assalamu’alaikum Wr. Wb.Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT,

karena Rahmat dan Hidayat-Nya sehingga penulis dapatmeyelesaikan laporan Tugas Akhir yang berjudul “PengaruhVariasi Feed Rate dan Jumlah Sapuan Komposit YSZ- Al2O3Terhadap Ketahanan Termal dan Kekuatan Lekat PadaYSZ/YSZ-Al2O3 Double Layer TBC Untuk Aplikasi NoselRoket”.

Adapaun laporan ini disusun dan diajukan untuk memenuhisebagian persyaratan studi di Jurusan Teknik Material danMetalurgi, Fakultas Teknologi Industri (FTI), Institut TeknologiSepuluh Nopember (ITS) SurabayaUcapan terima kasih penulis sampaikan kepada : Allah SWT, atas Rahmat dan kasih sayang-Nya sehingga

saya dapat mendapat hidayah untuk tetap tegak menjadihamba-Nya dan semoga saya selalu dipilih agar mudahmengamalkan agama-Nya yang sempurna

Bapak-Ibu, orang tua tercinta, atas jasa–jasanya yang takterhingga dalam mendidik dan membesarkan saya, juga keduaadik saya yang selalu memberikan dukungan moril maupunmateril.

Ibu Widyastuti S.Si, M.Si sebagai dosen pembimbing yangsangat saya hormati. Terima kasih atas segala bimbingan,masukan, dan saran yang ibu berikan.

Kepada Bapak Dr. Sungging Pintowantoro, S.T., MT selakuKetua Jurusan Teknik Material dan Metalurgi.

Bapak Dr. Eng. Hosta Ardhyananta, ST, M.Sc, Bapak Irfan P.Hidayat, ST., M.Sc.,Ph.D dan Ibu Haryati Purwaningsih,S.Si,M.Si selaku dosen penguji yang sangat saya hormati.Terima kasih atas segala masukan, pertanyaan danpencerahan yang diberikan kepada saya.

Bapak-bapak dan Ibu-ibu dosen Jurusan Teknik Material danMetalurgi yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu.

xii

Bapak Larasanto, Mas Deni, Muklas dan Mas Aris PT. CiptaAgung atas kerjasamanya dalam pengerjaan proses spraying.

Staf Laboratorium Fisika Material Jurusan teknik Materialdan Metalurgi FTI-ITS, Mas Ridho.

Staf Laboratorium Karakterisasi Material Jurusan TeknikMaterial dan Metalurgi FTI-ITS, Mbak Iis.

Staf Laboratorium Energi ITS. Rekan Satu Bimbingan Kelompok Tugas Akhir Rokaya dan

Ratna Tri Agustina. Rekan-rekan Laboratorium Fisika Material Jurusan Teknik

Material dan Metalurgi FTI-ITS Dan juga kepada Seluruh Teman–teman seperjuanganku MT-

13, terima kasih karena sudah menjadi teman – teman terbaikdalam hidupku.Penulis menyadari bahwa dalam penulisan ini masih jauh dari

kesempurnaan, oleh karena adanya keterbatasan kemampuanpenulis. Namun demikian, penulis dapat mewujudkan laporan inisecara lengkap berkat adanya perhatian, bimbingan, dan petunjukdari berbagai pihak.

Pastinya dalam penulisan laporan ini masih terdapatkekurangan dan kesalahan. Untuk itu, saran dan kritik yangkonstruktif sangat diharapkan.

Demikian penulis berharap semoga laporan ini dapatmemberikan manfaat yang sebesar-besarnya khususnyabagisesama mahasiswa yang menggeluti bidang material inovatif.Wassalamu’alaikum Wr. Wb.

Surabaya, 26 Januari 2015

Penulis

xiii

DAFTAR ISIHal

Halaman Judul ............................................................................... iLembar Pengesahan...................................................................... vAbstrak ...................................................................................... viiAbstract ....................................................................................... ixKata Pengantar ............................................................................ xiDaftar Isi.................................................................................... xiiiDaftar Gambar ............................................................................ xvDaftar Tabel.. ............................................................................ xxiBAB I PENDAHULUAN .......................................................... 11.1 Latar Belakang .................................................................... .. 11.2 Perumusan Masalah .............................................................. 21.3 Batasan Masalah .................................................................... 21.4 Tujuan Penelitian.................................................................... 21.5 Manfaat Penelitian ................................................................ 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................... 52.1 Nosel Roket ............................................................................ 52.2 Thermal Spray ....................................................................... 62.3 Thermal Barrier Coating (TBC) ............................................ 92.4 YSZ (Yttria Stabilized Zirconia) .......................................... 102.5 Al2O3 (Alumina) ................................................................... 112.6 Komposit YSZ/Al2O3 ........................................................... 122.7 MCrAlY Bond Coat ............................................................. 252.8 Thermally Grown Oxide (TGO) ........................................... 272.9 Substrat Hastelloy ® X ......................................................... 282.10 Adhesivitas dari Struktur TBC ........................................... 292.11 Perhitungan Ketebalan Coating Ditinjau dari Transfer

Panas .................................................................................. 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN............................... 333.1 Bahan Penelitian................................................................... 333.2 Alat Penelitian ...................................................................... 353.3 Diagram Alir Penelitian........................................................ 443.4 Rancangan Penelitian ........................................................... 46

xiv

3.5 Tahapan-tahapan Penelitian ................................................ 463.5.1 Preparasi Spesimen Hastelloy® X ............................... 463.5.2 Preparasi Bond Coat MCrAlY................................... 473.5.3 Preparasi Keramik YSZ (Top Coat)............................ 473.5.4 Preparasi Komposit YSZ-Al2O3.................................. 473.5.5 Proses Pelapisan Melalui Flame Spray ....................... 483.5.6 Pengujian .................................................................... 49

BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ............... 534.1 Analisa Data..........................................................................53

4.1.1Karakterisasi Serbuk ................................................ 534.1.2Hasil PrepasariSubstrat ............................................ 594.1.3Hasil Proses Pelapisan.............................................. 614.1.4Pengujian Kekuatan Lekat ....................................... 62

4.1.4.1 Analisa Kuantitatif Metode Taguchi ............ 624.1.4.2 Analisa Kuantitatif Metode Taguchi dengan

Minitab ......................................................... 654.1.5PengujianThermal Torch Oxyacetylene ................... 67

4.1.5.1Analisa Kuantitatif Metode Taguchi ............. 674.1.5.2Analisa Kuantitatif Metode Taguchi dengan

Minitab ......................................................... 714.1.6HasilPengujian TGA (Thermografimetri) ................ 744.1.7HasilPengujian XRD................................................ 78

4.1.7.1 Hasil Pengujian XRD Sebelum Uji Termal.. 784.1.7.2 Hasil Pengujian XRD Setelah UjiTermal ..... 80

4.1.8Hasil Pengujian SEM ............................................... 814.1.8.1 Hasil Pengujian SEM Sebelum Uji Termal .. 824.1.8.2 Hasil Pengujian SEM Setelah UjiTermal ..... 91

4.2 Pembahasan………………………………………………..96

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................. 1015.1 Kesimpulan .............................................................. 1015.2 Saran ........................................................................ 102

DAFTAR PUSTAKA ............................................................. 103LAMPIRAN........................................................................... xxiii

xxi

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Metode Spray Berdasarkan Sumber InputEnergy……................................................................... 6

Tabel 2.2 Perbandingan Properti Beberapa Teknik Thermal Spray(ASM Handbook of Thermal Spray, 2004). ................. 6

Tabel 2.3 Properties Material Thermal Barrier Coating ............. 10Tabel 2.4 Properti dari Al¬2O3.................................................. 11Tabel 2.5 Kajian Penelitian Sebelumnya.................................... 12Tabel 2.6 Komposisi Hastelloy® X............................................ 28Tabel 2.7 PropertiS dari Hastelloy® X....................................... 29Tabel 3.1 Rancangan Penelitian ................................................. 46Tabel 3.2 Parameter Spray yang Digunakan............................... 48Tabel 4.1 Nilai Kekuatan Lekat Hasil Pengujian Pull Off ......... 62Tabel 4.2 Variabel dan Level Penelitian..................................... 64Tabel 4.3 ANOVA kekuatan Lekat ............................................ 66Tabel 4.4 Nilai Ketahanan Termal Dengan Metode Pendekatan

Volume Hasil Pengujian Thermal Torch.................... 69Tabel 4.5 Nilai Ketahanan Termal Dengan Metode Pendekatan

Massa Hasil Pengujian Thermal Torch ...................... 69Tabel 4.6 ANOVA Ketahanan Termal (Pendekatan Volume) ... 72Tabel 4.7 ANOVA Ketahanan Termal (Pendekatan Massa) ...... 73Tabel 4.8 Nilai Perbandingan Lebar TGO dan Ukuran Retak

Sebelum dan Sesudah Uji Termal .............................. 96

xxii


xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Bagian-Bagian Nosel roket................................... 5Gambar 2.2 Skema Flame Spray Of Powder .............................8Gambar 2.3. Skematik thermal barrier coating ...........................9Gambar 2.4 Hasil Pelapisan (a) YSZ, (b) YSZ/Al2O3 ............13Gambar 2.5 Konduktifitas Termal dari Deposisi YSZ Coating

dan Sebagai Deposisi Al2O3–YSZ CoatingSebagai Fungsi Temperatur ..................................14

Gambar 2.6 Kinetika Oksidasi Tiap Sampel ............................15Gambar 2.7 Kinetika Cyclic Oxidation, Single-Layer dan

Double-Layer pada 1000 ◦C dan 1100 ◦C: (a)Weight Gain Vs. Waktu; (b) Oxide SpallationWeight Vs. Waktu ................................................15

Gambar 2.8 Microstructur (a) YSZ;(b) YSZ/ Al2O3...............17Gambar 2.9 Pertumbuhan Ukuran TGO Versus Waktu

Oksidasi Pada YSZ dan YSZ/ Al2O3 Coatings ..17Gambar 2.10 Kurva Kinetika Cyclic Oxidation pada 1000◦C

untuk 400jam (A) Weight Gain Per Unit AreaVersus Waktu; (B) Spallation Per Unit Area VersusWaktu ...................................................................18

Gambar 2.11 Penampang Melintang Daerah TGO pada TBC ...19Gambar 2.12 Ketebalan TGO Berdasarkan Fungsi Waktu

Oksidasi ................................................................20Gambar 2.13 Penampang Melintang (a) YSZ (b)YSZ/Al2O3..21Gambar 2.14 Perbandingan Bond Strength Coating ..................21Gambar 2.15 Perbandingan Ketahanan Oksidasi .......................21Gambar 2.16 Penampang Melintang SEM dari (a)YSZ/NiCrAlY;

(b) YSZ/Al2O3/NiCrAlY; (c) YSZ +Al2O3/NiCrAlY; dan (d) Al2O3/YSZ/NiCrAlY .22

Gambar 2.17 Kekuatan Tarik pada Coating ...............................23Gambar 2.18 Ketebalan TGO Berdasarkan Waktu Oksidasi .....23Gambar 2.19 Grafik Hubungan Jumlah Sapuan dengan

Ketebalan Lapisan ................................................23

xvi

Gambar 2.20 Grafik Perubahan Ketebalan Akibat PemanasanPada Temperatur 1400◦C Selama 14 Detik. .........24

Gambar 2.21 Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating padaPerbesaran 250x....................................................25

Gambar 3.1 Spesimen Hastelloy X (a) Uji Thermal Torch danPull Off (b) Uji TGA (Thermografimetri) ............33

Gambar 3.2 Serbuk YSZ ..........................................................34Gambar 3.3 Serbuk Al2O3.......................................................34Gambar 3.4 Serbuk Amdry 962 ...............................................35Gambar 3.5 Serbuk Pasir Alumina...........................................35Gambar 3.6 Neraca Digital Analitik.........................................36Gambar 3.7 Alat Siever Shaker................................................37Gambar 3.8 Planetary Ball Mill Restch PM 400......................37Gambar 3.9 Dryer.....................................................................38Gambar 3.10 Alat Sand Blasting................................................38Gambar 3.11 Alat Flame Spray..................................................39Gambar 3.12 Peralatan Las Oxy Acetylene ...............................39Gambar 3.13 SEM FEI S50........................................................40Gambar 3.14 XRD X’Pert PANanalytical .................................40Gambar 3.15 Thermogravimetry................................................41Gambar 3.16 Termometer IR .....................................................41Gambar 3.17 Alat Pull Off .........................................................42Gambar 3.18 Roughness Meter ..................................................43Gambar 3.19 Alat-alat Pendukung .............................................43Gambar 3.20 Diagram Alir.........................................................45Gambar 4.1 Hasil Pengujian SEM Serbuk YSZ dengan

Perbesaran 500x....................................................53Gambar 4.2 (a) Hasil EDX Dari Serbuk YSZ, (b) Hasil XRD

Dari Serbuk YSZ ..................................................54Gambar 4.3 Hasil Pengujian SEM Serbuk Al2O3 dengan

Perbesaran 500x....................................................55Gambar 4.4 (a) Hasil EDX Dari Serbuk Al2O3, (b) Hasil XRD

Dari Serbuk Al2O3...............................................56Gambar 4.5 Hasil Pengujian SEM Serbuk NiCrAlY dengan

Perbesaran 500x....................................................57

xvii

Gambar 4.6 (a) Hasil EDX dari Serbuk NiCrAlY (b) Hasil XRDdari Serbuk NiCrAlY............................................58

Gambar 4.7 Hasil Pengujian SEM serbuk pasir alumina denganPerbesaran 500x....................................................59

Gambar 4.8 Spesimen Hastelloy ® X Setelah Dipotong (a)Spesimen Uji Pull Off dan Thermal Torch, (b)Spesimen Uji TGA (Thermogravimetry) .............60

Gambar 4.9 Spesimen Hastelloy ® X Setelah Dipotong(a)Sebelum Sand Blasting, (b) Setelah SandBlasting.................................................................60

Gambar 4.10 Spesimen Setelah Dilakukan Pelapisan (a) Bondcoat NiCrAlY, (b) komposit Al2O3/YSZ, (c) YSZuntuk uji Pull Off dan Thermal Torch ..................61

Gambar 4.11 Gambar Skema Penampang Melintang SpesimenSetelah Dilapisi Bond coat NiCrAlY + YSZ-Al2O3 +YSZ ........................................................62

Gambar 4.12 Gambar Sampel Hasil Pengujian Kekuatan Lekat(a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min-2x, (c) 14 g/min-3x(d) 17 g/min-1x, (e) 17 g/min-2x, (f) 17 g/min-3x(g) 20 g/min-1x, (h) 20 g/min-2x, (i) 20 g/min-3x..............................................................................63

Gambar 4.13 Grafik Pengaruh Antara Kekuatan Lekat DenganFeed rate Dan Sapuan Output Sofware Minitab ...66

Gambar 4.14 Gambar Sesudah Pengujian Thermal TorchOxyacetylene, (a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min-2x,(c) 14 g/min 3x (d) 17 g/min-1x, (e) 17 g/min-2x,(f) 17 g/min-3x (g) 20 g/min-1x, (h) 20 g/min-2x,(i) 20 g/min-3x......................................................68

Gambar 4.15 Grafik Pengaruh Antara Ketahanan Termal(Pendekatan Volume) Dengan Feed Rrate DanSapuan Output Sofware Minitab ..........................71

Gambar 4.16 Grafik Pengaruh Antara Ketahanan Termal(Pendekatan Massa) Dengan Feed Rate DanSapuan Output Sofware Minitab ..........................72

xviii

Gambar 4.17 Pengaruh Temperatur Terhadap PenambahanMassa....................................................................73

Gambar 4.18 Grafik Analisa 1st Derivative TGA Pada TiapSampel ..................................................................77

Gambar 4.19 Hasil Pengujian XRD Pada Permukaan AtasSebelum Uji Termal Pada Spesimen YangDicoating Dengan Feed Rate Tertentu .................78

Gambar 4.20 Hasil Pengujian XRD Pada Permukaan AtasSesudah Uji Termal Pada Spesimen YangDicoating Dengan Feed Rate Tertentu .................80

Gambar 4.21 Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating padaPerbesaran 2000x..................................................81

Gambar 4.22 Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating PadaPerbesaran 250x (a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min -2x,(c) 14 g/min 3x (d) 17 g/min -1x, (e) 17 g/min-2x,(f) 17 g/min -3x (g) 20 g/min -1x, (j) 20 g/min-2x,(k) 20 g/min- 3x...............................................83

Gambar 4.23 Grafik Persentase Luasan Porositas padaPermukaan Hasil Coating .....................................84

Gambar 4.24 Hasil Pengujian SEM Penampang Pada Perbesaran250x (a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min -2x, (c) 14g/min 3x (d) 17 g/min -1x, (e) 17 g/min-2x, (f) 17g/min -3x (g) 20 g/min -1x, (h) 20 g/min- 2x,(i) 20g/min- 3x ..............................................................85

Gambar 4.25 Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000xSampel 14 g/min-1x Sebelum Uji Termal............87




Gambar 4.29 Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000xSampel 14 g/min-1x Setelah Uji Termal ..............92

xix




xx


1

LAPORAN TUGAS AKHIRJurusan Teknik Material dan Metalurgi

BAB IPENDAHULUAN

1.1 Latar BelakangThermal Barrier Coating (TBC) merupakan salah satu

jenis dari pelapisan (coating) yang digunakan untuk penghalangpanas dari lingkungan sehingga struktur menjadi aman terhadappanas (Sulistijono dan Lukman 2007). Nosel roket seringmengalami kegagalan karena material yang digunakan tidakmampu menahan temperatur kerja nosel yang tinggi sekitar 800o-1200o C (Lapan, 2012). Lapisan TBC diaplikasikan pada noselroket untuk menahan temperatur kerja yang tinggi tersebut.

Parindra (2014) melakukan percobaan pelapisan TBCuntuk nosel roket menggunakan metode flame spray dengan variasivariabel yang diteliti adalah komposisi dan feed rate serbukkomposit YSZ-Al2O3 untuk menghasilkan hasil coating yangoptimum. Pada penelitian tersebut belum didapatkan nilai feed rateyang pasti untuk hasil coating yang optimum. sehingga dilakukanpenelitian lebih lanjut.

Pada penelitian ini dilakukan perbaikan variabelpenelitian feed rate dan penambahan variabel baru berupa jumlahsapuan. Saremi (2013) melakukan variasi nilai feed rate dariproses flame spray memberikan kesimpulan bahwa dengansemakin tingginya feed rate akan membuat morfologi daripelapisan semakin uniform dan tebal. hal ini akan membantu untukmencapai tebal yang diharapkan morfologi permukaan yangseragam. Variasi jumlah sapuan diharapkan mampu menutupi danlapisan yang terbentuk menahan perambatan retak. Junqi Yao(2013) semakin banyak jumlah sapuan maka akan semakin tahanterhadap oksidasi dan spallation.

Oleh karena itu penelitian ini dilakukan untuk mengetahuibagaimana pengaruh jumlah sapuan dan feed rate lapisan kompositYSZ-Al2O3 terhadap kekuatan lekat dan ketahanan termal daristruktur TBC. Dengan tujuan untuk mengetahui jumlah sapuan danfeed rate pada proses flame spray untuk menghasilkan sifat lapisanyang paling optimal.

2 LAPORAN TUGAS AKHIRJurusan Teknik Material dan Metalurgi

1.2 Perumusan MasalahBerdasarkan latar belakang di atas, maka rumusan masalah

dalam Penelitian ini antara lain :1. Bagaimana pengaruh variasi jumlah sapuan serbuk YSZ-

Al2O3 terhadap sifat kelekatan dan ketahanan termal dariYSZ-Al2O3/YSZ double layer TBC?

2. Bagaimana pengaruh variasi feed rate serbuk YSZ-Al2O3

terhadap sifat kelekatan dan ketahanan termal dari YSZ-Al2O3/YSZ double layer TBC?

3. Bagaimana pengaruh dari jumlah sapuan dan feed rateserbuk terhadap struktur mikro yang dihasilkan sebelumdan setelah pengujian termal?

1.3 Batasan MasalahUntuk mendapatkan hasil akhir yang baik dan sesuai

dengan yang diinginkan serta tidak menyimpang daripermasalahan yang ditinjau, maka batasan masalah pada penelitianini adalah sebagai berikut :

1. Pencampuran serbuk YSZ-Al2O3 dianggap homogen.2. Unsur pengotor pada saat spraying dianggap tidak

berpengaruh.

1.4 Tujuan Penelitian1. Menganalisa pengaruh variasi jumlah sapuan serbuk YSZ-

Al2O3 terhadap sifat kelekatan dan ketahanan termal dariYSZ-Al2O3/YSZ double layer TBC.

2. Menganalisa pengaruh variasi feed rate serbuk YSZ-Al2O3

terhadap sifat kelekatan dan ketahanan termal dari YSZ-Al2O3/YSZ double layer TBC.

3. Menganalisa pengaruh dari jumlah sapuan dan feed rateserbuk terhadap struktur mikro yang dihasilkan sebelumdan setelah pengujian termal.

3LAPORAN TUGAS AKHIRJurusan Teknik Material dan Metalurgi

1.5 Manfaat PenelitianPenelitian ini diharapkan dapat menghasilkan lapisan

komposit keramik pada nosel roket yang memiliki sifat kelekatanyang baik, dan stabil terhadap temperatur tinggi. Selain itu,penelitian ini juga dapat digunakan sebagai referensi penelitianselanjutnya untuk terus memajukan dunia penerbangan antariksanasional demi menunjang bidang pertahanan dan keamananbangsa.


(Halaman sengaja dikosongkan)

5


BAB IITINJAUAN PUSTAKA

2.1 Nosel RoketMesin roket menggunakan sebuah nosel yang bertujuan

mempercepat exhaust gas sehingga menghasilkan daya dorong.Daya dorong ini sesuai hukum ketiga newton. Gaya dorong yangdihasilkan tergantung dari tiga hal : mass flow rate yang keluar dariengine, kecepatan aliran, dan tekanan (NASA,2009). Sebuah noselmenghasilkan dorongan (thrust) dengan mengkonversi energithermal dari gas pembakaran yang panas (temperatur) menjadienergi kinetik (kecepatan). Dorongan maksimum diperoleh dalamkeadaan vakum ketika rasio area nosel sama dengan tak hingga(O’laery dan Beck, 1992).

Pada dasarnya nozzle (nosel) merupakan perangkat yangrelatif sederhana, hanya sebuah tabung berbentuk khusus dimanagas panas mengalir. Roket biasanya menggunakan bagian fixed-converging diikuti dengan bagian fixed-diverging untuk desainnozzlenya. Konfigurasi nozzle ini disebut convergent-divergentnozzle, atau CD nozzle (NASA,2009).

Gambar 2.1 Bagian-Bagian Nosel roket (Rocketdyne, 1999)

6 LAPORAN TUGAS AKHIRJurusan Teknik Material dan MetalurgiBeberapa informasi yang diperoleh tentang temperatur kerja

dari nosel roket adalah sebagai berikut:• Range Temperatur bisa mencapai 2200 – 2700 oC

tergantung dari propelant yang digunakan (George, 2001)• Uji coba Roket RX 550 menggunakan bahan bakar

Hydroxyl Terminated Polybutadiene (HTPB)menghasilkan temperatur ~1200o C dengan berat propelan1800 kg (Lapan, 2012)

• Uji coba Roket RX 320 menggunakan bahan bakar HTPBmenghasilkan temperatur 872.5o C dengan berat propelan371 kg daya dorong mencapai 4,9 ton (Lapan, 2013).

• Menurut penelitian LAPAN (2007) bahwa bagian noselroket ketika digunakan mampu menerima beban termalpada kisaran suhu sekitar 2000 ◦C dan tekanan sekitar 0,70- 10 MPa.

2.2 Thermal SprayThermal spray merupakan suatu proses pelapisan yang

digunakan untuk melapiskan suatu material logam atau non logampada suatu substrat dalam keadaan leleh atau semi leleh. Prosesthermal spray dikelompokkan menjadi 3 kelompok besar yaitu :flame spray, electric arc spray, dan plasma spray (J.R Davis,2004).

Metode thermal spray ini keuntungan utamanya adalahhampir semua material dapat dicoatingkan (ASM Handbook 5Surface Engineering, 1994). Dalam termal spray, material dapatberupa serbuk, kawat atau batang dan dimasukkan ke dalam flameyang dihasilkan oleh spray gun, di mana material akan meleleh dandisemprot secara cepat menuju substrat yang akan dilapisi. Energipanas dan kinetik dari nyala api dapat diproduksi denganpembakaran campuran bahan bakar gas dan oksigen, atau denganmenggunakan sumber daya listrik. Serbuk partikel ditembakkan kesubstrat dengan kecepatan 50 samapai 1000 m/s. Dengankecepatan dan temperatur partikel yang tinggi membual partikelyang menempel berbentuk pipih dan tipis (biasa disebut “splats”).Ketebalan dari splats ini umumnya berkisar 1 – 20 µm, dan setiaptetesan yang menempel tersebut membeku dengan kecepatan yang


tinggi (>106 K/s untuk logam) untuk membentuk struktur yanghalus dan seragam (ASM Handbook of Thermal Spray, 2004).

Metode yang digunakan sebagai sumber input energy yangdigunakan untuk menghasilkan panas, thermal spray dibagimenjadi beberapa tipe sesuai tabel dibawah ini :

Tabel 2.1 Metode Spray Berdasarkan Sumber Input Energy

Perbandingan dari macam-macam teknik pelapisanditunjukkan dengan Tabel 2.3 dibawah ini :

Tabel 2.2 Perbandingan Properti Beberapa Teknik Thermal Spray(ASM Handbook of Thermal Spray, 2004).

Proses

AliranGas(m3/h)

TemperaturKeluran

Nyala Api(oC)

KecepatanTumbukan(m/s)

KekuatanLekatRelatif *

KekuatanKohesif

Feed RateMaksimum(g/min)

FlameSpray

11 2200 30 3 Rendah 117

HVOF 28-57 3100 610-1060 8 Sangattinggi

233

ConventionalPlasma Spray

4.2 5500 240 6 Tinggi 83

High-EnergyPlasmaSpray

17-28 8300 240-1220 8 Sangattinggi

383

VacuumPlasmaSpray

8.4 8300 240-610 9 Sangattinggi

167

* = 1 (rendah) sampai 10 (tinggi)


Metode flame spray merupakan proses thermal spray yangditemukan pertama kali. Metode ini telah dikembangkan sejak1910 dan metode ini sampai sekarang masih sering digunakan.(Daryl,1992). Metode Flame Spray ini menggunakan api hasilpembakaran dari percampuran gas oksigen dan bahan bakar untukmentransferkan dan melehkan material yang akan dicoating.Umumnya proses flame spray ini mencakup powder flame, rodflame, wire flame, dan high speed velocity seperti HVOF (ASMHandbook of Thermal Spray, 2004).

Gambar 2.2 Skema Flame Spray Of Powder (lechpelowski.2008)

Parameter parameter yang penting pada flame spraya. Parameter umum proses flame spray

- Jarak spray : 120 – 250 mm- Atmosper spray : udara- Temperatur permukaan subtrat : 373-473 K

b. Flame- Gas komposisi : 1 :1 carburizing; 1,1 : 1 oxidizing- Temperature flame : 3000 – 3350 K- Kecepatan flame : 80 – 100 m/s

c. Powder- Chemical properties : komposi kimia, distribusielemen,

Working gas

(fuel and oxygen)

Injection of powder

Torch bodySprayed coating

Combustion flame

Stream of particle


- Physical properties : massa jenis, melting temperature- Particles morphology : bentuk partikel yang bulatmemudahkan spraying- Particles size distribution: distribusi ukuran partikelharus merata- Particles size : 5- 100 µm(lech pelowski.2008)

2.3 Thermal Barrier Coating (TBC)Thermal Barrier Coating (TBC) adalah suatu jenis dari

pelapisan (coating) dimana digunakan untuk menghalang panasdari lingkungan sehingga struktur menjadi aman terhadap panas.Sulistijono dan Lukman (2007), mengatakan lapisan 1-200 µmTBC mampu menurunkan temperature permukaan substrat hingga200o C. Hal ini juga didukung oleh Moscal 2009, penggunaanTBC memungkinkan untuk temperatur yang lebih rendah(kira-kira. 170 ° C) hingga di bagian yang panas pada turbingas (misalnya ruang pembakaran) ke kisaran yangmemungkinkan untuk beroperasi untuk waktu yang lamapada temperatur tinggi. TBC terdiri atas 3 layer utama yaitu topcoat (lapisan luar), bond coat (lapisan pengikat), dan substrat(logam/superalloy) (padture, 2002).

Gambar 2.3. Skematik thermal barrier coating (G.Moskal, 2009)

Lapisan Top coat, adalah lapisan paling luar dari TBCdimana pada lapisan ini terbuat dari material keramik yang tahanpada temperatur tinggi seperti, Al2O3, ZrO2, YSZ (Yttria StabilizedZirconia), SiO2 dan lain-lain. Padture (2002) mengatakan bahwa


tebal standard dari lapisan top coat adalah sekitar 100 – 400µm,seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.6

Lapisan barrier oxides (TGO), merupakan hasil daripertumbuhan TGO (thermally grown oxide), yang dihasilkan padadaerah antara keramik dengan daerah lapisan bond coat, sebagaiakibat dari adanya oksidasi pada bond coat. (moskal, 2009)

Lapisan Bond Coat, lapisan pengikat yang berfungsi untukmelekatkan lapisan keramik pada substratnya, artinya lapisan iniberada diantara top coat dan substrat. Padture (2002) menerangkanbahwa tebal standard dari bond coat adalah sebesar ±100µm

Umumnya TBC terdiri dari material keramik dengankoefisien konduktifity thermal yang rendah.Sifat sifat daribeberapa material keramik bisa dilihat pada tabel dibawah ini :

Tabel 2.3 Properties Material Thermal Barrier Coating (X.Q.Cao dkk., 2004)

2.4 YSZ (Yttria Stabilized Zirconia)YSZ merupakan suatu keramik ZrO2 yang distabilkan dengan

menggunakan Y2O3. Dimana tujuan dari distabilkannnya adalahuntuk menjaga fasa dari ZrO2 agar stabil pada temperatur tinggi(Yanagida dkk, 1996). YSZ sudah bertahun-tahun digunakansebagai lapisan keramik pada top coat TBC. Hal ini karena

Properties

Material Thermal Barrier Coating

ZrO2 YSZAl2O

3 +SiO2

Al2O3

SiO2 TiO2La2Zr

O7

Titik leleh(oC)

2700 2700 2123 2323 1726 1825 2300

Koefisienthermal

(10-6 K -1)

15.3 11.5 5.3 9.6 10.3 9.4 9.1

Konduktifitas thermal

(Wm-1 K-1 )

2.17 2.12 3.3 5.8 2.08 3.3 1.56

PoissonNumber (-10)

0.25 0.22 0.25 0.26 0.17 0.28 0.28


meliliki konduktivitas termal yang rendah, stabilitas fasapada temperatur tinggi, koefisien ekspansi termal yanghamper sama dengan logam dan ketangguhan yang sangatbaik bila dibandingkan dengan material yang lain (Girolamodkk, 2011).Pemilihan YSZ sebagai coating karena memiliki sifat-sifat Antaralain : Nilai konduktivitas termal YSZ yang rendah yaitu 2.3

Wm-1K-1 di 1000 ° C (padture, 2002) Memiliki titik leleh yang tinggi, approx. 2700o C Besar koefisien ekspansi termal 11 × 10-6 ° C-1 yang

mendekati koefisien thermal substrat (padture, 2002) Memiliki titik leleh yang tinggi yaitu hingga 2700o C

(Moskal, 2010), Densitas yang relatif rendah 6.4 g/cm3 (Moskal, 2010), Modulus Elastisitas yang rendah E=50 GPa, yang

memungkinkan untuk mengurangi tegangan termal dankekerasan yang tinggi sekitar 14 GPa, yang membuat YSZresistan terhadap erosi (Moskal, 2010)

Memiliki kekerasan yang tinggi sekitar 14 GPa, yangmembuat YSZ resistan terhadap erosi. (Moskal, 2010)

2.5 Al2O3 (Alumina)Al2O3 atau alumina adalah salah satu keramik yang digunakan

untuk aplikasi pada temperatur tinggi. Alumina memiliki strukturyang keras, abrasif, inert, wear resistan yang baik, dan penahankorosi yang sangat baik. Penelitian akhir-akhir ini tentang Al2O3

banyak digunakan sebagai oxygen barrier (penahan oksigen)pada sistem TBC YSZ/MCrAlY (karaoglanli, 2011).

Tabel 2.4 Properti dari Al2O3 (Advance Material Data Sheet,2013)

Properti Test Standard NilaiDensitas ASTM-C20 3.95 g/cm3

Modulus Elastisitas ASTM-C848 380 GPaVickers Hardness Vickers 1 kg 18.1 GPaCTE ASTM-C372 1x106 /oC


KonduktivitasThermal

ASTM-C408 30 W/m-K

Thermal ShockResistance

- ΔTc = 200

2.6 Komposit YSZ- Al2O3Komposit YSZ-Al2O3 akhir-akhir ini banyak diteliti

pengaruhnya bila diterapkan pada struktur TBC. Pengaruh lapisanAl2O3 pada YSZ/MCrAlY TBC dapat menghambat oksigen yangberasal dari lingkungan sehingga kecenderungan untuk teroksidasimenjadi lebih rendah. Hal ini dikarenakan juga Al2O3 merupakanoxygen barrier yang baik. Penelitian C. Ren dan Wang (2011),menjelaskan bahwa adanya komposit YSZ-Al2O3 pada strukturTBC dapat meningkatkan ketahanan oksidasi dari substrat secarasignifikan.

Mehdi dan Kamran (2012) melakukan pelapisan dengan50%vol YSZ-50%vol Al2O3 dan membandingkan hasilnya denganpelapisan YSZ biasa, menyipulkan bahwa TBC dengan YSZ-Al2O3memiliki kelebihan antara lain :

- Tebal TGO semakin tipis- BC NiCrAlY yang teroksidasi lebih sedikit- Ketahan Oksidasi yang tinggi

Berikut beberapa penelitian tentang pengaruh coatingkomposit YSZ-Al2O3 pada Thermal Barrier Coating:

Tabel 2.5 Kajian Penelitian SebelumnyaPeneliti Metode Hasil

Hasab danKamranRasnuei (2012)

MembandingkanYSZ TBC dengan50vol% YSZ-Al2O3 TBC, untukmelihat TGO danketahan oksidasiketua struktur

Menghasilkan bahwa YSZ-Al2O3 memilki kelebihan:- Tebal TGO semakin tipis,- BC NiCrAlY yang teroksidasi

lebih sedikit,- Ketahan Oksidasi yang

tinggi.


Gambar 2.4 Hasil Pelapisan(a) YSZ, (b) YSZ/Al2O3

Qinghe Yu,Chungen

Zhou, HuiyanZhang, FengZhao (2010)

“ThermalStability Of

Nanostructured 13 wt%

Al2O3–8 wt%Y2O3–ZrO2

ThermalBarrier

Coatings”

Nanostructured 13wt% Al2O3–8wt%Y2O3–ZrO2(13AlYSZ) dicoating denganatmosphericplasma spraying(APS) danDianalisisberdasarkanVariasi WaktuTemperaturTreatment 25 jam,100 jam dan 300jam pada 1100o C.

Elemen Al element mengalamisolid solution denganZrO2,setelah di heat treatmentselama 100 jam, Al2O3terpresipitasi. Porositas coatingsmenurun dari 23.8 menjadi 18%setelah sintering pada 1100 ◦Cselama 300 jam. PenambahanAl2O3 meningkatkan ketahanansintering dari YSZ coatings.Porositas yang menurunmenyebabkan kontaminasioksigen yang masuk ke dalamcoating menjadi menurun juga,ini akan meminimalkan lapisanTGO

Hongbo Guo;Huibin Xu

Xiaofang Bi,Shengkai

Gong (2002)“Preparation

of Al2O3–YSZcompositecoating byEB-PVD”

Al2O3–YSZcomposite coatingdibuat denganDeposisi Co padaAl2O3 dan YSZdengan EB-PVDkedalamNiCoCrAlY bondcoat.

adanya Al2O3 pada YSZ/Al2O3yang digunakan pada TBC jugadapat menurunkankonduktiitas termal 20-30%dibandingkan dengan YSZkonvensional. Hal ini terjadikarena adanya vacansi dalamZrO2.


Gambar 2.5 KonduktifitasTermal dari Deposisi YSZ

Coating dan Sebagai DeposisiAl2O3–YSZ Coating Sebagai

Fungsi TemperaturC. Ren; Y. D.He;R. Wang

(2010)“Al2O3/YSZCompositeCoatings

Prepared by aNovel

Sol–GelProcess andTheir High-Temperature

OxidationResistance”

Membuat Al2O3 /YSZ (6% yttriasebagian stabilzirkonia) pelapiskompositSuperalloy Ni-base dengan caradeposisielektroforesis(EPD) dimanasuspensimengandungluminium oksidasol, nano-Al2O3

dan mikro PartikelYSZ, kemudianditreatmentdengan (PFMS)

Microstructur terdiri darinano/submicron Al2O3 danpartikel micro-YSZ tertanamdidalam matriks Al2O3. phaseyang terbentuk adalah α-Al2O3

sebagai fase utama, m-ZrO2 dant-ZrO2 sebagai menurunnyakonten Al2O3. Selain ituKetahanan oksidasi danspallation meningkatditunjukkan dengan tes oksidasipada 1000◦C untuk 200 jam. Danstruktur khusus mikro-YSZdilapisi dengan partikel nanoAl2O3 / submikron dapatmenghambat difusi ion oksigendan meningkatkan sifatmekanik dari lapisan komposit

C. Ren, Y.DHe, D.R Wang

(2011)

Membuat YSZ–YSZ/Al2O3double-layerthermal barrier

Ketahanan oksidasi padasuperalloy Ni-base padatemperature tinggi juga dapatditingkatkan dengan adanya


“Fabricationand

Characteristicsof YSZ–

YSZ/Al2O3Double-Layer

TBC”

coating wasdengansol–gel andpressure filtrationmicrowavesintering (PFMS).top layer adalahYSZ dengan tebal150 µm danbagian bottomlayer adalahpartikel microYSZ yang dipackdengan lapisanAl2O3 nanodengan tebal 10µm. TermalOxidation Testpada 1000oC dan1100oC selama200 jam setiap 10jam dikeluarkandan ditimbanguntuk mengetahuikenaikan beratakibat oksidasi.

penambahan Al2O3 pada YSZ/Al2O3 hal ini terjadi karenasubstrat dapat tertutup secaraefektif oleh fase-Al2O3 kontinyudalam lapisan YSZ / Al2O3.

Gambar 2.6 Kinetika OksidasiTiap Sampel

Selain itu adanya Al2O3dapatmeningkatkan ketahananspallation dari double-layerTBC. Hal ini dikarenakanadanya tegangan termal yangmenurun yang berarti adanyakecocokan TEC antara YSZ danlapisan YSZ / Al2O3.

Gambar 2.7 Kinetika CyclicOxidation, Single-Layer dan

Double-Layer pada 1000 ◦C dan1100 ◦C: (a) Weight Gain Vs.


Waktu; (b) Oxide SpallationWeight Vs. Waktu

Tes ketahanan penghalang panasmenunjukkan bahwatemperature drop (DT) padadouble-layer TBC pada 1150◦C meningkat 6.9% single layerYSZ TBC. Efek penghalangyang meningkat dapat dikaitkandengan koduktiitas termal antaralapisan atas dan lapisan bawah.

MohsenSaremi;Abbas

Afrasiabi;Akira

Kobayashi(2007)

“Microstructural analysis of

YSZ andYSZ/Al2O3

plasmasprayedthermalbarrier

coatings afterhigh

temperatureoxidation”

Membandingkanketahananoksidasi dari duajenis TBC: (a)YSZ biasa (YttriaStabil Zirkonia),(b) lapisankomposit (YSZ /Al2O3) dimanaAl2O3 adalahsebagai top coatberada diataslapisan YSZdenganmenggunakanmetode plasma.Tes Oksidasidilakukan padalapisan ini pada1100 ° C selama22, 42 dan100jam.

Ketebalan TGO pada YSZ /Al2O3 coating lebih rendahsetelah oksidasi pada 1100 ° Cselama 100 jam disbandingkonensional YSZ. Oksigen yangmasuk menjadi berkurang.Selain itu, oksida merugikanseperti NiCr2O4, NiCrO3 danNiCrO4 tidak terdeteksi dalambond coat dari YSZ / Al2O3.adanya lapisan padatAl2O3pada bagian atas YSZmengurangi permeasi oksigenmenuju bond coat yangdapat meningkatkan masa pakaiTBCs selama siklus termal.


Gambar 2.8 Microstructur (a)YSZ;(b) YSZ/ Al2O3.

Gambar 2.9 PertumbuhanUkuran TGO Versus Waktu

Oksidasi Pada YSZ dan YSZ/Al2O3 Coatings.

Junqi Yao,Yedong Hedan Deren

Wang (2012)“Influence ofAl2O3/YSZ

Micro-

Menyelidikioksidasi danspallationresistensi darilapisan padasubstrat MCrAlYyang dioksidasi

Ketahanan oksidasi danspallation Al2O3 / YSZ micro-laminated coatings dapatditingkatkan denganmeningkatkan jumlah lapisansekaligus mempertahankanketebalan total konstan.


LaminatedCoatings On

HighTemperature

OxidationAnd

SpallationResistance Of

MCrAlYAlloys”

pada temperaturtinggi 1000 ℃dimanaAl2O3/YSZ micro-laminatedcoatings dibuatdiatas mcralyMCrAlY denganmagnetronsputtering

Gambar 2.10 Kurva KinetikaCyclic Oxidation pada 1000◦Cuntuk 400jam (A) Weight GainPer Unit Area Versus Waktu;(B) Spallation Per Unit Area

Versus WaktuYanjun Li,

Youtao Xie,Liping huang,

XuanyongLiu, Xuebin

Zheng (2012)

Melapiskan Al2O3

pada struktur YSZ(diantara TC/BC).MelihatpengaruhnyaterhadappertumbuhanTGO dan ResidualStress setelahThermal test pada1100o C selama 30menit dan

Pada YSZ/Al2O3 lapisan TGObanyak terdiri atas Al2O3 dankluster Oksida sangat sedikitdijumpai beda halnya denganYSZ TBC konvensional yangmemiliki banyak Kluster Oksida.TGO menjadi lebih dense.Residual Stress pada YSZ/Al2O3juga menurun, dengan kata lainketahan terhadap spallation


berulang 137cycle.

naik (adhesivitas naik).

Gambar 2.11 PenampangMelintang Daerah TGO padaTBC


C. Zhu, A.Javed, P. Li,

F. Yang, G.Y.Liang, P. Xiao

(2012)“A Study Of

TheMicrostructure

AndOxidation

Behavior OfAlumina/Yttria-Stabilized

Zirconia(Al2O3/YSZ)

ThermalBarrier

Coatings”

Melapiskan Al diatas TC YSZsetebal ~1 micron,kemudiandipanaskan pada1000o C selama0,5 jammenghasilkanstrukturAl2O3/YSZ.Membandingkannya dengan YSZTBCkonvensional darisegi ketebalanTGO dan strukturmikro setelah ujitermal pada1200oC 5, 50, dan200 jam sertaThermal cyclepada 1000oCselama 240 jam

Ketebalan TGO menurundibanding YSZ TBCkonvensional dari 7.6 ±0.2 µmmenjadi 6.1±0.2 µm artinyaadanya kehadiran Al2O3membuat oksigen dari luarmenjadi terhalang. Adanyaformasi Al2O3/YSZ membantumenstabilkan fasa tetragonal.

Gambar 2.12 Ketebalan TGOBerdasarkan Fungsi Waktu

Oksidasi

MehdiGhobeiti

Hasab danKamranRasnuei(2012)

“ComparisonOf OxidationResistance Of

YSZ AndYSZAl2O3

Coatings OnNi-Based

Superalloy”

Melakukanpelapisan dengan50%vol YSZ-50%vol Al2O3 danmembandingkanhasilnya denganpelapisan YSZbiasa, yangdibandingkanadalah ketebalanTGO danketahananoksidasinya

lapisan oksida (TGO layer)yang terbentuk menjadiberkurang, bagian-bagian yangteroksidasi pada NiCrAlY bondcoat juga berkurang, danketahanan terhadap oksidasimenjadi meningkat.


Gambar 2.13 PenampangMelintang (a) YSZ, (b)

YSZ/Al2O3

A. Keyvani,M. Saremi, M.HeydarzadehSohi (2010)“Oxidation

resistance ofYSZ-aluminacompositescompared tonormal YSZ

TBCcoatings at1100 ◦C”

Membandingkanantara kompositYSZ-aluminayang di buatdenganmengaplikasikanlapisan aluminapada bagian atasYSZ ataumencampurdengan YSZsebagai lapisanTBC pada bondcoat. Penulismencobamembandingkanantara (a)YSZ/NiCrAlY;(b)YSZ/Al2O3/NiCrAlY; (c) YSZ +Al2O3/NiCrAlY;dan (d)Al2O3/YSZ/NiCrAlY

Adanya alumina sebagai top coatatau pun dimix dengan YSZdapat meningkatkan daya tahanoksidasi dari YSZ coatingpada1100◦C dengan caramenghambat difusi oksigen.Ketebalan TGO juga berkurangjika Al2o3 digunakan sebagaitop layer dari YSZ. Hai inimenunjukkan bahwa Al2O3dapat dikompositkan denganYSZ dan dapat meningkatkanketahan oksidasi YSZ

Gambar 2.14 PerbandinganBond Strength Coating

Gambar 2.15 PerbandinganKetahanan Oksidasi


Gambar 2.16 PenampangMelintang SEM dari (a)

YSZ/NiCrAlY; (b)YSZ/Al2O3/NiCrAlY; (c) YSZ +

Al2O3/NiCrAlY; dan (d)Al2O3/YSZ/NiCrAlY

M. Saremi,Z.Valefi(2014)

“Thermal AndMechanical

Properties OfNano-YSZ–

AluminaFunctionally

GradedCoatings

Deposited ByNano-

AgglomeratedPowderPlasma

Spraying”

Membandingkanketahananoksidasi dansiklus termalantara coatingYSZ normal (b)coating YSZ–Alumina yangdilapiskan (c)coatingfunctionallygraded YSZ–Alumina yangdibuat denganmetode APS

Ketahanan oksidasi lebih tinggipada coating YSZ–Alumina danFG YSZ–Alumina dibandingcoating YSZ yang berartipenggunaan alumina menjadipenghalang oksigen padatemperatur oksidasi yang tinggi.Coating Layered YSZ–Aluminamenunjukkan terjadinyapenurunan drastis pada tensilestrength karena perbedaankoefisien ekspansi termal antarainterface alumina dan YSZsehingga kegagalan terjadi padainterfacenya. Penurunankekuatan tarik juga terjadi padacoating FG tetapi lebih rendah.


Gambar 2.20Ilustrasi Coating(A)Normal YSZ

Coating (B)Layered YSZ–

Alumina Coating(C)FunctionallyGraded YSZ–

Alumina Coating.

Gambar 2.17 Kekuatan Tarikpada Coating

Ketahanan siklus termal dari FGYSZ–Aluminalebih tinggi dariLayered YSZ–Alumina. Hal inimenunjukkan bahwa sebaiknyaYSZ dipadukan denganalumina

Gambar 2.18 Ketebalan TGOBerdasarkan Waktu Oksidasi

Alvian TotoWibisono

(2013)“PengaruhKetebalanLapisan

80%Al2O3-20%SiO2Dengan

Metode FlameSpray

TerhadapKekuatanLekat Dan

Penelitian tentangpengaruh jumlahsapuan80%Al2O3-20%SiO2 denganmetode flamespray terhadapketebalan,kekuatan lekatandan ketahanantermal pelapispada substratS45C

semakin banyak jumlah sapuanmaka semakin besar nilaiketebalan yang didapat.

Gambar 2.19 Grafik HubunganJumlah Sapuan dengan

Ketebalan Lapisan


KetahananTermal

Lapisan PadaSubstrat S45C

UntukAplikasi

Nosel Roket”

Ketebalan lapisan setelahdilakukan proses oksidasiterhadap permukaan pelapis padatemperatur 1400 C selama 14detik terjadi penguranganketebalan

Gambar 2.20 Grafik PerubahanKetebalan AkibatPemanasan PadaTemperatur 1400◦CSelama 14 Detik.

Semakin besar ketebalanlapisan mula-mula darispesimen maka semakin besarperubahan ketebalan yangterjadi setelah prosespemanasan. Penguranganketebalan terjadi karenaporositas yang ada pada bagiantop coat.

ParindraKusriantoko

dan Dr.Widyastuti,S.Si., M.Si

(2013)

Pengaruhkomposisi darilapisanAl2O3/YSZ danfeed rate serbukterhadapkelekatan danketahanan termal

Feed rate makin rendahmenyebabkan struktur yangcenderung kasar dan tidakpadat dan cenderungberporos. komposisi palingbagus dengan pertumbuhan TGOpaling rendah adalah15%Al2O3/8YSZ.


“PengaruhKomposisiKomposit

Al2O3/YSZ DanVariasi Feed

RateTerhadap

KetahananTermal DanKekuatan

Lekat PadaYSZ-Al2O3/YSZDouble Layer

TBC”

dari struktur YSZ-Al2O3/YSZdouble layer TBCpada substratHastelloy ® X

Hasil pengujian TGAmenunjukkan semua sampelmulai teroksidasi padatemperatur 1000-1030oC dandidapatkan sampel paling stabiladalah 15% Al2O3/8YSZ 14 dan20 g/min.

Dari pengujian XRD sampelyang memiliki fasa yang palingstabil adalah 15%Al2O3/8YSZdengan fasa t-ZrO2 dan m-ZrO2.

Dari pengujian ThermalTorch dan Pull Off komposisi15%Al2O3/8YSZ juga memilikiketahanan terhadappengerusakan yang paling baikdan kelekatan yang baiksebesar 10 MPa.

Gambar 2.21 Hasil PengujianSEM Permukaan Coating pada

Perbesaran 250x (a)5%Al2O3/8YSZ, 8 g/min, (b)5%Al2O3/8YSZ, 14 g/min (c)5%Al2O3/8YSZ, 20 g/min (d)15%Al2O3/8YSZ, 8 g/min (e)15%Al2O3/8YSZ, 14 g/min (f)


15%Al2O3/8YSZ, 20 g/min (g)30%Al2O3/8YSZ, 8 g/min (h)30%Al2O3/8YSZ, 14 g/min (i)

30%Al2O3/8YSZ, 20 g/min

MuhammadSofyan

Lazuardi(2014)

“PengaruhKandunganAl2O3 Dan

Jarak FlameSpray

TerhadapKetahanan

Termal DanKekuatan

Lekat PadaYSZ-

YSZ/Al2O3

DL-TBCUntuk Nosel

Roket”

PenelitianTentang PengaruhKandungan Al2O3

Dan Jarak FlameSpray TerhadapKetahanan TermalDan KekuatanLekat DariStruktur YSZ-YSZ/Al2O3Double LayerTBC PadaSubstrat Hastelloy® X

Jarak spray makin jauhmenyebabkan struktur yangcenderung berporos.Kandungan YSZ/Al2O3 30%menghasilkan pertumbuhanTGO paling rendah. PengujianTGA menunjukkan semuasampel mulai teroksidasi padatemperatur 960oC. Daripengujian XRD sampel yangmemiliki fasa yang stabiladalah YSZ/Al2O3 30%.Kekuatan lekat paling tinggijuga terdapat pada kandunganYSZ/Al2O3 30%, 150mmdengan nilai 21,14 MPa.

2.7 MCrAlY Bond coatBond coat (BC) adalah material yang digunakan untuk

merekatkan lapisan keramik dengan logam substratnya. Padaaplikasi Thermal Barrier Coating umunya bondcoat yang seringdipakai adalah MCrAlY (M = Ni, Co), hal ini karena paduanMCrAlY memiliki ketahan terhadap pembebanan termal yangbaik, dan memiliki adhesivitas yang baik bagi logam substratnyamaupun keramik top coat. Kandungan yang ada pada MCrAlYumunya memiliki kadar Cr kisaran 5-38%, aluminium 8-13%,Yttrium 0.5-1% dengan Ni atau Co sebagai basenya (Moskal,2009). Adanya kandungan Yttrium membuat terjadinya


mekanisme linkage yang menaikkan kelekatan. Sulistijono danLukman (2007) mengatakan bahwa MCrAlY memiliki ketahanfatik yang baik dan dapat menipiskan TGO. Moskal (2009)menyebutkan tentang pengaruh unsur-unsur yang ada padaMCrAlY adalah sebagai berikut: Nikel memiliki kemampuan untuk membuat fase yang

memiliki titik leleh yang tinggi, antara lain , dan ’-Ni3Al, juga memiliki ketahan oksidasi yang tinggi karenaadanya fase -NiAl.

Kobalt memiliki kemampuan untuk mensubsitusi atom Nisecara mudah dan meningkatkan ketahanan oksidasi,terutama pada lingkungan Sulfur.

Adanya Ni, Co dan Al membuat adanya fase - (Ni, Co)Al yang menunjukan kemampuan yang tinggi untukmembuat layer ∝-Al2O3 sebagai penahan oksidasi.

Cr menyebabkan terbentuknya oksida kromium (Cr2O3),yang menaikkan ketahan oksidasi, dan mengurangipenggunaan Al guna untuk mendapatkan fase ∝-Al2O3.

Yttrium menaikkan adhesivitas dari oksida yang terbentukseperti ∝-Al2O3.

(Moskal, 2009)

2.8 Thermally Grown Oxide (TGO)Thermally Grown Oxide (TGO) adalah hasil oksidasi yang

terbentuk ketika TBC diekspos pada temperatur tinggi yang beradapada lapisan antar bond coat dan top coat lapisan ini disebutdaerah. Penelitian Yanjun Li (2012) mengatakan bahwa padadaerah TGO umumnya terdiri atas beberapa formasi oksida antaralain Al2O3, (Cr,Al)2O3 + (Co,Ni)(Cr,Al)2O4 + NiO yangselanjutnya disebut formasi CSN dan (Cr,Al)2O3 +(Co,Ni)(Cr,Al)2O4 yang selanjutnya disebut sebagi CS. Kluster dariCS dan CSN inilah yang menjadi penyebab lemahnya dari TBC.Disamping karena adanya regangan akibat thermal-mismatchdisebaban karena penurunan temperatur yang cepat (Sloof danNijdam, 2008). Penelitian terkini menerangkan bahwa kegagalanpada TBC terjadi ketika lapisan TGO mencapai batas kritisnyasekitar 3 – 10 µm (Jackson dkk, 2011).

28 LAPORAN TUGAS AKHIRJurusan Teknik Material dan MetalurgiBeberapa penelitian menerangkan cara untuk

mengurangi pertumbuhan dari TGO layer ini. Yanjun Li(2012) mencoba dengan menambahkan lapisan tipis Al2O3pada daerah antara bond coat dan top coat menghasilkanstruktur TGO yang lebih dense daripada TBC padaumumnya, serta struktur pada TGO yang banyakmengandung Al2O3 sementara oksida-oksida lainnya sepertiCS dan CSN lebih sedikit ditemui. Saremi (2007) melakukanpenelitian dengan melapiskan lapisan Al2O3 pada bagian luardari TBC (di atas top coat), menghasilkan lapisan TGO yanglebih tipis daripada struktur TBC pada umumnya dan strukturoksida seperti NiCr2O4, NiCrO3 dan NiCrO4 tidak ditemuipada TGO.

2.9 Substrat Hastelloy ® XHastelloy ® X adalah salah satu dari superalloy yang

terdiri dari nickel-chromium-iron-molybdenum yang memilikikombinasi sifat ketahanan oksidasi yang luar biasa, mudahfabrikasi dan kekuatan yang tinggi pada temperatur tinggi.Hastelloy X banyak digunakan pada ruang bakar pada gas turbinseperti combustor cans, spray bars dan flame holders, dansebagainya. Ini juga dapat digunakan pada industri yangmenggunakan furnace karena memiliki ketahan oksidasi yang baik.Selain itu haselloy X juga digunakan pada proses industry kimia,peralatan luar angkasa, dan beberapa di bidang perminyakan(Haynes Internasional, 1997).

Komposisi dari paduan Hastelloy® X dan beberapaproperti material ini ditunjukkan pada Tabel 2.9 dan Tabel 2.10.

Tabel 2.6 Komposisi Hastelloy® X (Haynes Int. book, 1997)Ni Cr Fe Mo Co W C Mn Si B47a 22 18 9 1.5 0.6 0.1 1* 1* 0.00

8


Tabel 2.7 PropertiS dari Hastelloy® X (Haynes Internasional,1997)

Properti Temperatur(oC)

Nilai

Titik Leleh - 1260-1355oCResistivitas Elektrik 22 118.36

microhm.cmKonduktifitas Termal 21 9.1 W/m.K

200 14.1 W/m.K927 27.2 W/m.K

Panas Spesifik Room 486 J/Kg.K538 544 J/Kg.K1093 858 J/Kg.K

Koefisien TermalEkspansi

25-100 13.0 x 10-6 m/m.oC25-400 14.2 x 10-6 m/m.oC25-700 15.6 x 10-6 m/m.oC

2.10 Adhesivitas dari Struktur TBCKekuatan lekat dari TC terhadap BC dipengaruhi oleh

adanya perubahan temperature kerja, hal ini karena adanyakoefisien ekspansi termal yang berbeda antar TC dan BCmenyebabkan adanya sistem tarik-menarik atau yang disebutThermal Mismacthes (Sloof dan Nijdam, 2008). Disamping adanyaThermal Mismacthes kekuatan lekat dari TC juga ditentukan olehadanya pengaruh dari lingkungan, misalnya saja terbentuknyalapisan TGO (Thermally Grown Oxide) diantara lapisan TC danBC hal ini akan melemahkan kekuatan lekat dari TBC danmembuatnya mudah mengalami pengelupasan (Okazaki dkk.,2013).

Penentuan kekuatan lekat dari struktur TBC dapat ditentukanmenggunakan beberapa metode. Metode yang paling umum dansering digunakan adalah Tensile Pull Off Test, seperti yangdigunakan oleh Okazaki (2013). Metode untuk menguji kekuatanlekat dari struktur TBC yaitu dengan menggunakan ASTM D4541Portable Adhesion Tester pada gambar 2.4 seperti yang dilakukanoleh Ridwan Sunarya (2013).


Gambar 2.24 Portable Adhesion Tester (ASTM D4541, 2009)

2.11 Perhitungan Ketebalan Coating Ditinjau dari TransferPanas

Gambar 2.25 Skema Proses Transfer Panas dari Struktur DoubleLayer TBC

Keterangan simbol :

X1 = tebal bond coat (m)X2 = tebal komposit YSZ/Al2O3 (m)X3 = tebal YSZ (m)Ts = Temperatur surface dari substrat (K)


To = Temperatur outer (nosel gas) (K)T12 = Temperatur surface 1 2 (K)T23 = Temperatur surface 2 3 (K)k1 = Koef. Konduktivitas termal bond coat (Watt/m.K)k2 = Koef. Konduktivitas termal komposit YSZ/Al2O3(Watt/m.K)k3 = Koef. Konduktivitas termal YSZ (Watt/m.K)qx

’ = Heat flux (Watt/m2)R1 = Thermal resistan (m2K/W)

Nilai Ts yang diinginkan adalah antara kisaran temperature kerjasuperalloy 870o C (Haynes book, 1997). Nilai To = 1200o C(berdasarkan HTPB propelan dengan berat 1,8 ton) Dicariketebalan dari lapisan coating yaitu XTOTAL = XBC + XAlY + XY untukmenahan ∆T = 1200 – 870o C = 330o C. Bila diinginkan lapisanYSZ menahan 200oC, lapisan YSZ/Al2O3 menahan 100oC, dansisanya pada bondcoat 30oC. Dengan asumsi 1D Steady StateConduction maka :

Dari literatur diketahui bahwa :To = 1200o C = 1473 KT23 = 1200o C – 200o C = 1000o C = 1273 KT12 = 1000o C – 100o C = 900o C = 1173 KTs = 870o C = 1143 Kk3 = 2.3 Watt/m.K (moskal, 2010)k2 = 2.2 Watt/m.K (Hongbo dkk, 2002)k1 = 7-9 Watt/m.K (Untuk Ni based alloy) ~ 8Watt/m.Kqx

’ = 2x 106 Watt/m2 (Ozalp 2005)Dengan menggunakan Hukum Fourier := (Fourier Law)………….. .......................................(1)= . (Thermal Resistance)……………….. .........................(2)= (heat transfer konduksi)…………………… .........(3)= (hubungan heat flux dengan konduksi laju panas) …..(4)


Maka, thermal resistance tiap lapisan :R1

’ = x1/k1 = x1/8R2

’ = x2/k2 = x2/2.2R3

’ = x3/k3 = x3/2.3

Subtitusi persamaan 2 dengan persamaan 3== → = ( − ) → = ( − ) … … … (5)Menghubungkan heat flux dengan heat transfer konduksi (pers 5dengan persamaan 4)

= → = ( ) → = ( ) …………. (6)

= ( − ) … … … … … . (7)= ( − )′ = ( − )′ = ( − )′Maka:= ( − ) = 2.3(200)2 10 = 0.00023 = 0.23== ( − ) = 2.2(100)2 10 = 0.00011 = 0.011== ( − ) = 8(30)2 10 = 0,00012 = 0.12=Kesimpulan :Tebal dari lapisan bond coat = 120 , YSZ/Al2O3 = 110dan YSZ =

33


BAB IIIMETODOLOGI DAN PENELITIAN

3.1 Bahan PenelitianBahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini antara lain

sebagai berikut :a. Hastelloy ® X

Pada penelitian ini sebagai substat digunakan materialHastelloy X (Haynes Int. USA) dengan ukuran diameter 25.4 mmdan tebal 6 mm sebanyak 54 sampel a dan 9 sampel b.

Gambar 3.1 Spesimen Hastelloy X (a) Uji Thermal Torch danPull Off (b) Uji TGA (Thermografimetri)

b. Serbuk 8% Y2O3 - ZrO2 (Yttria Stabilized Zirconia/YSZ)Serbuk YSZ (Inframat Advanced Materials, USA) digunakan

sebagai top coat dan pada material komposit pada YSZ/Al2O3

dengan ukuran butir rata-rata 71.88 µm.

3 mm

3 mm

6 m

m

25.4 mm

(b)(a)


Gambar 3.2 Serbuk YSZ

c. Serbuk Al2O3 (Alumina)Serbuk Alumina yang digunakan adalah γ-Al2O3 (Merck,

Jerman) dengan ukuran butir rata-rata sebesar 37.7 µm. Materialini digunakan pada komposit YSZ/Al2O3 yang berada diantara topcoat dan bond coat.

Gambar 3.3 Serbuk Al2O3

d. Serbuk MCrAlYSerbuk MCrAlY yang digunakan adalah Amdry 962 (Sulzer

Metco, USA) dengan komposisi Ni = bal., Cr = 21-23%, Al = 9-11%, Y = 0.8-1.2% dan ukuran butir rata-rata 87,98 µm.


Gambar 3.4 Serbuk Amdry 962

e. Serbuk Pasir AluminaSerbuk pasir alumina (Brown Al-Oxide CF 16) dengan ukuran

butir rata-rata 646,2 µm. serbuk ini digunakan untuk mengkasarkanpermukaan substrat dimana serbuk ini disemprotkan pada tekanan6 bar menggunakan alat sand blasting.

Gambar 3.5 Serbuk Pasir Alumina

3.2 Alat PenelitianPeralatan-peralatan penunjang yang digunakan pada

penelitian ini adalah sebagai berikut :a. Neraca Digital Analitik

Neraca digital (Mettler Toledo) yang digunakan memilikitingkat ketelitian yang sangat tinggi. Neraca ini digununakan untuk


menghitung berat dari Al2O3 dan 8YSZ sebelum dilakukan prosesmixing.

Spesifikasi Alat neraca digital (metter Toledo)> Kapasitas max : 320 g> Ketelitian : 0,001 g> waktu setting : 1 s> berat alat : 4,6 kg

Gambar 3.6 Neraca Digital Analitik

b. Siever Shaker dan SieveAlat Siever Shaker (Fritsch Analysette 3) dan sieve digunakan

untuk mengayak serbuk agar memiliki distribusi ukuran partikelyang sama dan sesuai dengan yang diinginkan.

Spesifikasi alat siever1. Nama alat : Frisch analysette 3 PRO

vibratory sieve-shaker2. Dry sieving

> Ukuran sieving : 20µm – 63mm> Max sampel : Untuk siever < 63 mm up to 2 kg

Untuk siever <100µm upto100 g.> Waktu sieving : 3 – 20 menit

3. Amplitudo : 0,1-3 mm4. Max berat saringan : 3 kg5. Max tumpukan saringan : 10 buah (tinggi =50 mm)


Gambar 3.7 Alat Siever Shaker

c. Planetary Ball MillPlanetary Ball Mill (Retch PM 400) digunakan untuk

mencampur (mixing) serbuk Al2O3 dan 8YSZ agar tercampursecara homogen satu sama lain.

Spesifikasi alat Planetary ball mill (retch PM 400)> Grinding ball size : 10 mm dan 30 mm> Grinding jar size : 12ml/ 25ml/ 50ml/ 80ml/ 250ml/ 500ml> Set of grinding time : 00:00:01 to 99:59:59> material feed size : < 10 mm> Final fineness : < 1µm

Gambar 3.8 Planetary Ball Mill Restch PM 400


d. Pengering Serbuk (Dryer)Pengering serbuk ini digunakan untuk mengeringkan serbuk

sebelum dilakukan thermal spray. Hal ini dilakukan untukmenghilangkan kadar air pada serbuk.

Gambar 3.9 Dryer

e. Sand BlastingAlat Sand Blasting digunakan untuk mengkasarkan

permukaan dari substrat (Hastelloy X) agar bond coat dapatmenempel dengan baik. Tingkat kekasaran pada proses ini sekitar10 µm.

Gambar 3.10 Alat Sand Blasting


f. Flame SprayFlame Spray digunakan untuk mendeposisikan serbuk bond

coat dan keramik pada substrat. Alat ini menggunakan nyala apidari pembakaran gas acetylene dan oksigen untuk melelehkanserbuk.

Gambar 3.11 Alat Flame Spray

g. Oxy AcetyleneAlat ini merupakan alat las karbit yang umumnya untuk

pengelasan logam komersial. Digunakan untuk melakukan ujithermal shock dengan temperatur sekita ±1200o C.

Gambar 3.12 Peralatan Las Oxy Acetylene


h. SEM (Scanning Electron Microscope) dan EDXSEM yang digunakan adalah SEM FEI S50 dengan perbesaran

maksimum 10.000X. SEM digunkan unutk melihat struktur mikrodari penampang melintang struktur TBC yang dihasilkan. DenganSEM ini diharapkan mampu melihat struktur TGO (ThermallyGrown Oxide) dan EDX digunakan untuk melihat komposi darispot yang dipilih.

Gambar 3.13 SEM FEI S50

i. XRD (X-Ray Diffraction)XRD (X-Ray Diffraction) yang digunakan adalah XRD X’Pert

PANanalytical Cu Kα. XRD digunakan untuk melihat kandunganpada lapisan top coat, baik sesudah maupun sebelum penamasan.

Gambar 3.14 XRD X’Pert PANanalytical


j. TGA (Thermogravimetry)Digunakan untuk pengujian Thermal Exposure sekaligus

melihat pertumbuhan oksida (TGO) sehinggan dapat melihatpertumbuhan TGO akibat oksidasi temperatur tinggi. Alat TGAyang dipakai adalah TGA/DSC1.

Gambar 3.15 Thermogravimetry

k. Termometer InframerahDigunakan untuk mengukur berapa temperature dari substrat,

bond coat, dan top coat pada saat pengujian Thermal Shock Testmenggunakan oxyacetylene.

Gambar 3.16 Termometer IR

l. Alat Pull Off (Uji lekat)Alat Pull Off ini digunakan untuk menentukan nilai kelekatan

dari struktur TBC yang dihasilkan. Alat ini bertipe fixed-alignmentportable tester type II.


Spesifikasi alat:Type of Equipment : Handheld Inspection EquipmentModel No. : 6000, 200, DFT, DPM, UTG, SPG, AT,

AIR & RTR SeriesNomenclature : PosiTest Adhesion TesterManufacturer : Defelsko CorporationModel : PosiTest AT-MSerial No. : AT09636Skala ketelitian : 0.01 MPa

Gambar 3.17 Alat Pull Off

m. Roughness Meter (Alat Uji Kekasaran Permukaan)Elcometer 123 Surface Profile Gauge digunakan untuk

mengukur nilai kekasaran dari substrat (Hastelloy® X) setelahdilakukan grit blasting. Selain itu alat ini juga digunakan sebagaipengganti metode AFM untuk mengukur kekasaran permukaanspesimen setelah dilakukan coating.


Gambar 3.18 Roughness MeterSpesifikasi alat:Range : 0 – 1000 µmScale : 2 µmDimension : 105 x 55 x 25 mmWeight : 235 g

n. Alat PendukungAlat pendukung yang digunakan seperti sarung tangan,

masker, wadah tempat sampel, plastis tempat serbuk, danstopwatch.

Gambar 3.19 Alat-alat Pendukung


3.3 Diagram Alir Penelitian

Start

Studi Literatur

PreparasiSpesimen

Karakterisasi Serbuk YSZ,Al2O3 dan MCrAlY

Mixing Serbuk YSZ danAl2O3

Proses pelapisan Hastelloy® X dengan bond coatMCrAlY top coat YSZ- Al2O3/YSZ dengan variasi

feed rate dan sapuan

Preparasi Serbuk YSZ,Al2O3 dan MCrAlY

Proses Sand Blasting

1x sapuanfeed rate 14,17,20

gr/min


gr/min


gr/min

Spesimenuji

Pengukurankekasaran

Pemotonganspesimen


Gambar 3.20 Diagram Alir

Pull Off Test

Analisa Data dan Pembahasan

Pengumpulan Data

Finish

Thermal TGA1000o C, 10oC/min

SEM-EDX dan XRD

SEM-EDX dan XRD

SpesimenUji

Thermal TorchTest


3.4 Rancangan PenelitianBerdasarkan Diagram alir di atas maka dapat dibuat diagram

alir sebagai berikut :

Tabel 3.1 Rancangan Penelitian

PassFeedRate

(gr/min)

Hasil PengujianTGA

(%m vs T)ThermalTorch(cm3)

Pull Off Test(MPa)

1x 141720

2x 141720

3x 141720

Keterangan :*Struktur TBC konvensional dengan YSZ juga dibuat sebagaipembanding.

3.5 Tahapan-tahapan Penelitian

Untuk menghasilkan hasil penelitian yang sesui denganharapan maka tahapan-tahapan dalam penelitian ini adalah sebagaiberikut :

3.5.1 Preparasi Spesimen Hastelloy ® XLangkah-langkah yang dilakukan untuk melakukan preparasi

pada spesimen Hastelloy X adalah sebagai berikut :1. Spesimen awalnya berbentuk silinder dengan diameter

25.4 mm dengan panjang 600 mm, sehingga memerlukanpemotongan untuk memperoleh dimensi spesimen yangdiingikan (dia = 25.4 mm dengan tebal = 6 mm), spesimenberjumlah 18 buah, ini untuk sampel uji pull off danThermal Torch ditambah 1 untuk specimen pembanding


dengan coating YSZ biasa. Untuk sampel TGA dilakukanpemotongan sesuai dengan Gambar 3.1b sejumlah 9 buah.Pemotongan dilakukan dengan wire cutting karenamaterial ini memiliki kekerasan yang tinggi dan tidak bisadilakukan pemotongan dengan hanya gergaji besi.

2. Spesimen yang telah dipotong sebelumnya dilakukankarakterisasi sederhana untuk mengetahui kondisi daribahan. Karakterisasi yang dilakukan sebatas SEM EDX,XRD dan uji kekerasan saja.

3. Dilakukan sand blasting pada permukaan yang akandilapisi oleh keramik. Proses ini dilakukan agar coatingdapat melekat erat pada substrat. Nilai kekasaran yangdiinginkan adalah 10 µm (DSMTS sulzer metco, 2013).

3.5.2 Preparasi Bond Coat MCrAlY1. Melakukan pengeringan pada serbuk bond coat untuk

menghilangkan kadar air yang terkandung dalam serbuk.2. Karakterisasi awal dari bond coat menggunakan SEM

EDX dan XRD.3. Melakukan pengayakan menggunakan siever, untuk

menghasilkan distribusi ukuran partikel yang sama.

3.5.3 Preparasi Keramik Keramik YSZ (Top Coat)1. Melakukan pengeringan menggunakan dryer untuk

menghilangkan kadar air.2. Karakterisasi awal dari YSZ menggunakan SEM EDX dan

XRD.3. Melakukan pengayakan menggunakan siever, untuk

menghasilkan distribusi ukuran partikel yang sama.

3.5.4 Preparasi Komposit YSZ- Al2O31. Memasukkan Al2O3 ke dalam mesin milling berikut bola-

bola yang akan digunakan untuk mereduksi ukuran sampai10 µm. Ukuran dari partikel alumina harus jauh lebih kecildari ukuran partikel YSZ, hal ini agar menghasilkan efekpenguatan yang baik pada matriks YSZ (Yinzhang dkk.,2011)


2. Menjalankan proses milling, proses ini dilakukan denganmesin Restch PM 400 Planetary Ball Mill. SelanjutnyaMelakukan proses pengayakan untuk mendapatkan ukuranAl2O3 sebesar 10 µm menggunakan alat Fritsch SieveShaker, dengan ukuran 80, 50, 30 dan 10 µm denganamplitude sebesar 2,5 selama 5 menit.

3. Untuk serbuk YSZ tidak perlu dimilling karena ukurannyasudah sesuai yaitu 100 µm.

4. Setelah diperoleh ukuran Al2O3 sebesar 10 µm, langkahselanjutnya adalah mencampur serbuk YSZ dengan Al2O3dengan komposisi 10% Al2O3 – YSZ dan 20% Al2O3 –YSZ. Proses ini juga dilakukan dengan mesin millingmenggunakan diameter vial 10 cm (0,01 m) denganputaran 350 rpm, ini sesuai dengan putaran minimumuntuk mendapatkan hasil mixing yang optimum.

3.5.5 Proses Pelapisan Melalui Flame Spray1. Melakukan persiapan pada alat spray dengan parameter

spray seperti yang ditunjukkan pada tabel 3.2.Tabel 3.2 Parameter Spray yang Digunakan

Lapisan Komposisi(%)

JarakSpray(mm)

Feed Rate(g/min)

Sapuan Tebal(µm)

YSZ top coat - 200 20 20 20 - 230YSZ/Al2O3 30 200 14 17 20 1 2 3 -Bond coat - 200 20 20 20 - 120

2. Melakukan proses sand blasting pada substrat dengankekasaran yang diinginkan sebesar 10 µm. Dengan adanyapermukaan yang kasar akan membuat lapisan bond coatdapat menempel dengan baik pada substrat, hal ini karenaadanya ikatan secara mekanik.

3. Memanaskan substrat pada temperatur 200o C.4. Melakukan spraying serbuk Amdry 962 (MCrAlY)

sebagai lapisan bond coat dengan tebal lapisan yangdiinginkan ~120 µm dan parameter seperti pada tabel 3.2.


5. Melakukan spraying serbuk komposit Al2O3/YSZ dengankomposisi sesuai yang direncanakan (tabel 3.1) dengantebal ~110 µm dan parameter seperti pada tabel 3.2.

6. Melakukan spraying serbuk YSZ sebagai top coat dengantebal ~230 µm dan parameter seperti pada tabel 3.2.

3.5.6 Pengujiana. Pengujian Kekuatan Lekat (Pull Off Test)

Pengujian kekuatan lekat dilakukan dengan menggunakanPortable Adhesive Tester Tipe II. Standard yang digunakan adalahASTM D4541. Adapun langkah-langkah yang dilakukan padapengujian kelekatan ini adalah sebagai berikut :

1. Menyiapkan spesimen yang akan diuji.2. Menaruh spesimen pada alat uji dan memusatkan cincin

bearing pada permukaan coating dengan bagianpembebanan.

3. Memutar roda pegangan searah jarum jam kemudian gripditurunkan sehingga grip berada di bawah bagianpembebanan.

4. Mensejajarkan ketiga alas pemutar dari tripod sehinggaalat tersebut akan menarik permukaan coating secara tegaklurus pada cincin bearing.

5. Menggeser indicator gaya pada tester ke posisi nol. Pegangsecara kuat dengan menggunakan satu tangan. Janganbiarkan adanya pergeseran pada pijakan selama pengujian.Dengan tangan yang lain, putar pegangan searah jarum jamsecara perlahan dan konsisten. Beban maksimum yangdicapai harus dalam waktu sekitar 100 detik.

6. Beban tarik yang diberikan pada bagian pembebananditambahkan hingga maksimum atau hingga sistemtersebut putus. Skala peralatan menunjukkan teganganlangsung dalam satuan MPa atau Psi.

7. Langkah terakhir adalah mencatat nilai tertinggi yangdidapatkan dengan membaca angka sepanjang indicatorpenarikan.


b. Thermal Torch TestPengujian ini bertujuan untuk melihat ketahanan dari hasil

struktur double layer TBC yang didapatkan terhadap beban termallangsung. Pengujian menggunakan Brander las karbit (oxyacetylene) dengan temperatur mencapai 1400o C sampai failure.Kemudian mencatat berapa waktu yang dibutuhkan untuk failure.Setelah itu dikarakterisasi dengan SEM-EDX dan XRD untukmengetahui hasilnya.

Langkah-langkah pada pengujian ini adalah sebagai berikut :1. Menyiapkan spesimen yang akan diuji dan alat las.2. Menempatkan penyangga spesimen.3. Mengeset nilai dari oksigen dan gas acetylene dari alat las.

Tipe nyala yang digunakan adalah tipe las oxidizing, halini untuk menyesusaikan dengan nyala api yang keluarpada nosel roket.

4. Menembakan api ke spesimen tepat pada bagian tengahselama 25 detik

5. Mendingikan spesimen di udara.6. Melakukan pengulangan untuk sampel lain.7. Menimbang spesimen untuk pengukuran cacat.8. Menyiapkan buret yang telah diisi air untuk pengukuran

cacat.9. Melakukan pengukuran volume cacat dengan meneteskan

air dari buret ke permukaan spesimen yang cacat.10. Mencatat volume cacat pada spesimen sesuai dengan

volume air yang mengisi cacat pada permukaan coating.

c. Pengujian Kekasaran PermukaanPengujian kekasaran permukaan ini dilakukan dengan

menggunakan Elcometer 123 Surface Profile Gauge. Adapunlangkah-langkah yang dilakukan pada pengujian kekasaranpermukaan ini adalah sebagai berikut:

1. Menyiapkan spesimen yang akan diuji.2. Meletakkan alat diatas spesimen yang akan diuji3. Mengamati dan mencatat nilai yang ditunjukkan alat.4. Melakukan pengulangan untuk spesimen lain.


d. Thermal TGA (Non-Isothermal Oxidation Test)Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui ketahanan dan

pertumbuhan oksida (TGO) dari lapisan double layer TBC yangdidapatkan terhadap beban termal yang kontinu. Pengujiandilakukan dengan menggunakan Thermogravimetry (TGA) dengantemperatur 1000o C dan laju temperatur 10oC/min kemudiandidinginkan secara perlahan menuju temperatur kamar. Kecepatannaiknya temperatur yang digunakan sebesar 10o C/min (Yinzhangdkk., 2011). Setelah itu dilakukan karaterisasi dengan SEM-DXdan XRD untuk mengetahui hasilnya.

Langkah-langkah yang dilakukan pada pengujian ini adalahsebagai berikut :

1. Menyiapkan spesimen yang akan diuji.2. Seting TGA sesuai yang diinginkan yaitu temperatur tahan

1000o C kenaikan temperatur 10o C/min.3. Meletakkan specimen pada crucible.4. Menjalankan alat TGA.5. Setelah selesai didinginkan pada temperatur kamar.6. Melakukan pengulangan pada sampel lainnya.

e. Pengujian Morfologi (SEM)SEM (Scanning Electron Microscope) adalah pengujian untuk

melihat struktur morfologi maupun mikro dari material. PengujianSEM ini dimaksudkan untuk mengetahui struktur bagian atas danmelintang dari double layer TBC yang didapatkan sebelum dansetelah dilakukan pengujian termal. Perbesaran dilakukan sampai5000X, hal dilakukan untuk melihat adanya crack yang sangat kecilsetelah pembebanan termal. Disamping SEM juga dilakukan EDX(Energy Dispersive X-Ray) untuk melihat fasa-fasa pada spot yangdiinginkan. Hal ini dilakukan untuk mengidentifikasi dari lapisanTGO (Thermally Grown Oxide) yang terbentuk antara lapisan topcoat dan bond coat (Padture, 2002).

Langkah-langkah yang dilakukan pada pengujian ini adalahsebagai berikut :


1. Menyiapkan spesimen yang akan di SEM, termasukmemotong spesimen untuk melihat daerah melintang daristruktur TBC.

2. Membersihkan permukaan spesimen dengan blower agartidak ada kotoran atau debu yang menempel.

3. Meletakkan spesimen pada holder dengan memberiperekat carbon tape.

4. Memasukkan spesimen beserta holder kedalam mesin.Selanjutnya hasil bisa diamati menggunakan komputer.

5. Melakukan untuk sampel lain.

f. Pengujian Fasa (XRD)XRD merupakan alat yang umumnya digunakan untuk

mengidentifikasi fasa/unsur/senyawa (analisis kualitatif) dankomposisinya (analisis kuantitatif) dari suatu material. Pengamatandengan XRD akan saling berhubungan dengan pemngamatandengan SEM, pengamatan dengan SEM akan menjelaskanbagaimana distribusi dari fasa yang teridentifikasi berdasarkanhasil XRD. Pengujian XRD dilakukan pada bagian permukaanlapisan top coat dan bagian penampang pada struktur TBC.

Pengujian XRD dilakukan dengan tahapan-tahapan sebagaiberikut :

1. Menyiapkan spesimen dan menyesuaikan dengan ukuranyang diharuskan untuk pengujian XRD, bila perludilakukan pemotongan untuk penyesuaian.

2. Spesimen yang sudah siap diletakkan pada holder danditekan agar kompak. Hal ini dilakukan agar penembakkanXRD sesuai dengan yang diinginkan, ini membutuhkanpermukaan yang sejajar dengan holder.

3. Memasukkan holder beserta spesimen ke dalam mesinXRD.

4. Menyalakan mesin XRD dan mengamati hasilnya padakomputer.

5. Melakukan untuk spesimen lain.

53


BAB IVANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

4.1 Analisa Data4.1.1 Karakterisasi Awal Serbuk

Pada proses flame spray ukuran serbuk yang digunakan harussesuai dengan spesifikasi spray gun. Ukuran partikel optimal yangdigunakan untuk proses spray gun sekitar 40-150 µm

Karakterisasi serbuk dilakukan guna mengetahui bagaimanakomposisi dan struktur serbuk seperti ukuran dan bentukpartikelnya dimana harus disesuaikan dengan spesifikasi spray gunyang digunakan.a. Serbuk YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia)

Serbuk YSZ yang digunakan berwarna putih, memiliki bentukspherical dengan ukuran rata- rata 71.88 µm. Sebelum dilakuaknkarakterisasi dilakukan sieving serbuk dengan ukuran sieve 140,112 dan 80 µm.

Gambar 4.1 Hasil Pengujian SEM Serbuk YSZ denganPerbesaran 500x


(a)

(b)

Gambar 4.2 (a) Hasil EDX Dari Serbuk YSZ, (b) Hasil XRDDari Serbuk YSZ

Hasil uji EDX menunjukkan serbuk mengandung unsur Zr60,64wt%, Y 9,76wt% dan O 29,59wt%. Dari hasil XRD


didapatkan peak yang menunjukkan adanya fasa Yttria StabilizedZirconia (t-ZrO2 01-082-1241) yang memiliki struktur kristaltetragonal.

b. Serbuk Al2O3 (Alumina)Serbuk Al2O3 dicampur dengan YSZ digunakan sebagai

komposit pada top coat. Dipilihnya sebuk Al2O3 sebagai kompositkarena ketahanan oksidasi dapat ditingkatkan dengan adanyapenambahan Al2O3 pada YSZ/Al2O3 (ren,2011). Serbuk Al2O3berwarna putih dengan ukuran butir rata-rata 37.7 µm, memilikibentuk poligonal dengan permukaan yang kasar. Serbuk sudahmengalami proses milling dan sieving. Ukuran sieve yangdigunakan adalah 60,50, 40 dan 30 µm. Uji EDX menunjukkanbahwa serbuk terdiri dari unsur Al sebesar 52,14wt% dan O47,86wt%. Dan dari uji XRD didapatkan peak yang keluarmenunjukkan adanya γ-Al2O3 (ref code 00-004-0858).

Gambar 4.3 Hasil Pengujian SEM Serbuk Al2O3 denganPerbesaran 500x


(a)

(b)Gambar 4.4 (a) Hasil EDX Dari Serbuk Al2O3, (b) Hasil XRD

Dari Serbuk Al2O3

Element Wt % At %O K 47.86 60.75AlK 52.14 39.25


c. Serbuk NiCrAlYSerbuk NiCrAlY digunakan sebagai bondcoat. Dipilihnya

serbuk NiCrAlY sebagai bondcoat guna menyesuaikan komposisidengan substrat. Serbuk NiCrAlY memiliki warna abu-abu denganukuran rata-rata 87,98 µm, berbentuk spherical Dari uji EDXkomposisinya terdiri dari Ni 39,74 wt%, Cr 19,39 wt%, Al18,45%, Y 3,57 wt%, sedangkan adanya O sebesar 9,62 wt%menunjukkan bahwa serbuk mengalami oksidasi, juga C sebesar8,19 wt% berasal dari carbon tape yang digunakan untuk menahanspesimen. Dari hasil XRD didapatkan peak yang keluarmenunjukkan adanya fasa AlNi3 (ref code 01-071-5884) danAl1.2Ni0.8 (ref code 01-077-6813).

Gambar 4.5 Hasil Pengujian SEM Serbuk NiCrAlY denganPerbesaran 500x


(a)

(b)Gambar 4.6 (a) Hasil EDX dari Serbuk NiCrAlY (b) Hasil XRD

dari Serbuk NiCrAlY

Element Wt % At %C K 08.19 22.26O K 09.62 19.65AlK 18.45 22.33Y L 03.57 01.31CrK 19.39 12.18NiK 40.77 22.27


d. Serbuk Brown Al-Oxide CF 16Serbuk Brown Al-Oxide CF 16 (serbuk pasir alumina)

digunakan dalam proses pengkasaran permukaan material substratsebelum dilakukann pelapisan. Serbuk ini berwarna hitam dan dariPengujian SEM Gambar 4.7 dengan perbesaran 500x diketahuibahwa serbuk pasir alumina ini memiliki bentuk angular dengandistribusi ukuran butir rata-rata 646,2 µm.

Gambar 4.7 Hasil Pengujian SEM serbuk pasir alumina denganPerbesaran 500x

4.1.2 Hasil Preparasi SubstratSubstrat hastelloy ® X dilakukan proses cutting dan sand

blasting sebelum proses pelapisan. Proses cutting yangmenggunakan alat wire cut. Spesimen yang awalnya berbentuktubular dengan d = 1 inch (25.4 mm) dipotong sesuai denganukuran yang ditunjukkan pada Gambar 4.7. Ukuran spesimenuntuk uji Pull Off berdasarkan pada ASTM D4541 dan ukuranspesimen Thermal Thorch mengikuti ukuran spesimen Pull Offyaitu berdiameter 1 inch dengan ketebalan 6 mm, sedangkan


spesimen untuk uji TGA berbentuk kubus dengan panjang sisi 3mm yang berdasarkan pada ukuran crucible yang ada.

(a) (b)Gambar 4.8 Spesimen Hastelloy ® X Setelah Dipotong (a)

Spesimen Uji Pull Off dan Thermal Torch, (b) Spesimen Uji TGA(Thermogravimetry)

Hasil proses sand blasting permukaan substrat denganmenggunakan serbuk pasir alumina (Brown Al-Oxide CF 16)dengan ukuran butir rata-rata 646,2 µm yang ditunjukkan padaGambar 4.7 yang disemprotkan pada tekanan 6 bar. Nilai kekasaranuntuk proses blasting berada pada range 50-60 µm (diukurmenggunakan Roughness meter), seperti gambar 4.9. Fungsi dariblasting disini selain untuk mengkasarkan permukaan pada logam,juga berfungsi untuk membersihkan permukaan logam darikotoran-kotoran yang menempel termasuk karat.

(a) (b)Gambar 4.9 Spesimen Hastelloy ® X Setelah Dipotong (a)

Sebelum Sand Blasting, (b) Setelah Sand Blasting.

25,4 mm 3 mm


4.1.3 Hasil Proses PelapisanProses pelapisan Substrat dilakukan dengan 3 tahap pelapisan,

pelapisan lapisan bond coat NiCrAlY, pelapisan lapisan YSZ-Al2O3/YSZ, pelapisan lapisan YSZ secara berurutan. Sebelumdilakukan proses pelapisan, spesimen dilakukan pemanasan awal(pre heat) pada temperatur 300-400o C, untuk mengurangi shockthermal bila serbuk ditembakkan.

Proses pelapisan menggunakan metode flame spray.Flame spray adalah salah satu proses dari thermal spray yangmenggunakan energi kimia sebagai bahan bakar untukmenghasilkan panas. Jenis flame spray yang digunakan padapenelitian ini adalah powder flame spray, dimana serbuk darikeramik di masukkan ke hopper (tempat serbuk) kemudian serbukakan jatuh melalui lubang dan terbawa oleh aliran nyala api yangpanas dan kencang. Sehingga serbuk akan meleleh atau semimeleleh dan menempel pada substrat (ASM Handbook of ThermalSpray, 2004). Proses flame spray dilakukan dengan parameterdimana kondisi tekanan Oksigen 25 kg/cm2 dan Asetilin 27 kg/m2.

(a

(a) (b) (c)

Gambar 4.10 Spesimen Setelah Dilakukan Pelapisan (a) Bondcoat NiCrAlY, (b) komposit Al2O3/YSZ, (c) YSZ untuk uji Pull

Off dan Thermal Torch


(a) (b)Gambar 4.11 Gambar Skema Penampang Melintang Spesimen

Setelah Dilapisi Bond coat NiCrAlY + YSZ- Al2O3 +YSZ

4.1.4 Hasil Pengujian Kekuatan Lekat4.1.4.1 Analisa Kuantitatif Metode Taguchi

Pengujian kekuatan lekat dengan metode pull off dilakukanuntuk menganalisa pengaruh variasi feed rate dan sapuan terhadapkekuatan lekat. Pengujian ini menghasilkan nilai kekuatan lekattiap sampel menggunakan alat uji lekat PosiTest Adhesion Tester.Hutchinson (1990) mengatakan bahwa kekuatan lekat merupakanparameter utama dalam karakterisasi lapisan keramik top coat.

Tabel 4.1 Nilai Kekuatan Lekat Hasil Pengujian Pull Off

Eksperimen

Variabel Kekuatan lekatFeedrate

(g/min)

SapuanI II III Rata-

rata1 14 1 17.35 20.25 17.22 18.272 14 2 15.31 14.43 15.21 14.98

3 14 3 13.23 14.69 14.77 14.23

4 17 1 23.05 22.55 22.98 22.86

5 17 2 21.73 21.04 20.71 21.16

6 17 3 18.24 21.24 20.98 20.15

7 20 1 14.38 15.36 16.21 15.32

8 20 2 13.37 15.78 14.58 14.58

9 20 3 11.84 12.91 14.23 12.99

Rata –rata 17.17


Gambar 4.12 menunjukkan tampak fisik dari spesimensesudah diuji kelekatan. Terlihat beberapa kondisi dari spesimensesudah dilakukan pengujian kelekatan ada yang mengalamipengelupasan pada top coat, bondcoat dan ada pula yang tidakterkelupas. Dari pengujian ini didapatkan data yang menunjukkannilai kekuatan lekat tiap variasi variabel feed rate dan jumlahsapuan. Didapatkan nilai kekuatan lekat rata-rata 17.17 Mpa.

Gambar 4.12 Gambar Sampel Hasil Pengujian Kekuatan Lekat(a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min-2x, (c) 14 g/min-3x(d) 17 g/min-1x, (e) 17 g/min-2x, (f) 17 g/min-3x(g) 20 g/min-1x, (h) 20 g/min-2x, (i) 20 g/min-3xBerdasarkan ASM Handbook of Thermal Spray (2004)

nilai kekuatan lekat metal berada pada range 30 Mpa sedangkannilai kekuatan lekat keramik berada pada range 15 Mpa. Hasilkekuatan lekat ini dikategoikan cukup tinggi dan sudah memenuhistandar yang ada.


Dari hasil uji lekat pada Tabel 4.1 masih belum bisamengetahui variabel mana yang berpengaruh signifikan dan berapapersen pengaruhnya terhadap kekuatan lekat. Untukmempermudah menganalisa data hasil uji kekuatan lekat makadigunakan analisa statistik dengan menggunakan metode Taguchi.Pada metode Taguchi ini variabel dan level yang digunakan padapenelitian disajikan pada Tabel 4.2

Tabel 4.2 Variabel dan Level PenelitianLevel Variabel

Feed Rate (A) Sapuan (B)1 14 g/min 1x2 17 g/min 2x3 20 g/min 3x

Kemudian data ditranformasikan ke dalam bentuk rasioS/N (Signal to Noise) untuk mencari variabel mana yangberpengaruh pada variasi karakteristik kualitas semakin besarkekuatan lekat, semakin baik. ( larger is better).Rumus :

S/N = −10 log( ∑ )Keterangan :n : jumlah pengulangan dari suatu percobaany : nilai kekuatan lekat

Nilai yang diharapkan adalah nilai hasil pull off terbesar,dengan pengulangan percobaan sebanyak tiga kali makaperhitungan rasio S/N adalah sebagai berikut :Pada eksperimen ke 1 :S/N = −10 log ( . + . + . )

= −10 log[0.003044]= 25.17

Perhitungan untuk eksperimen yang lain biasa dilihat padalampiran 1.


Selanjutnya dilakukan perhitungaan variabilitas nilai rasio S/Nkekuatan lekat hasil uji pull off dengan kombinasi level dari masingmasing variabel guna menganalisa pengaruh level terhadap variasinilai kekuatan lekat.Perhitungan untuk variabel A (feed rate)A1 = (25.17 + 23.03 + 23.03)

= 23.90Perhitungan untuk level 2,3 bisa di lihat pada lampiran.Perhitungan untuk variabel B (sapuan)B1 = (25.17 + 27.18 + 23.67)

= 25.34Perhitungan untuk level 2,3 bisa di lihat pada lampiran.Sehingga dari perhitungan tersebut didapatkan Tabel 1.2 yangdapat dilihat pada lampiran.

Kombinasi level optimum dicapai pada nilai rata- rata rasioS/N tertinggi dari setiap variabel. Kombinasi level optimumadalah sebagai berikut :A2 = feed rate 17 g/minB1 = sapuan 1x

4.1.4.2 Analisa Kuantitatif Metode Taguchi dengan MinitabUntuk mengetahui pengaruh variabel terhadap respon bisa

digunakan software Minitab. Software ini digunakan untukmenganalisa variabel mana yang berpengaruh signifikan terhadaprespon. Dengan Minitab didapatkan tabel ANOVA dan outputSecara visualisasi Minitab sebagai berikut :


Gambar 4.13 Grafik Pengaruh Antara Kekuatan Lekat DenganFeed rate Dan Sapuan Output Sofware Minitab

Berdasarkan gambar diatas menunjukan adanya pengaruh atauperbedaan antar level variabel. Selain itu kombinasi untukmendapatkan nilai optimum dipilih nilai yang tertinggi yaitu A2,B1.

pemilihan kombinasi level tiap variabel tersebut menunjukan hasilyang sama dengan perhitungan manual pada pembahasansebelumnya.

Selain itu juga dengan menggunakan Minitab bisa untukmenganalisis varian rasio S/N untuk mengetahui variabel yangberpengaruh secara signifikan terhadap respon nilai rasi S/Ndidapatkan tabel Analysis of Variance for SN ratios (ANOVA)sebagai berikut :

Tabel 4.3 ANOVA kekuatan Lekat

dari tabel diatas dapat diketahui bahwa variabel feed ratedan sapuan berpengaruh signifikan terhadap kekuatan lekat

Analysis of Variance for SN ratios

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F Pfeed rate 2 20.4264 20.4264 10.2132 80.98 0.001sapuan 2 3.8176 3.8176 1.9088 15.14 0.014Residual Error 4 0.5045 0.5045 0.1261Total 8 24.7484


hasil uji pull off. hal tersebut dapat diketahui karena nilai P lebihkecil dari α (0.10).

Perhitungan lebih lanjut dapat diketahui persen kontribusiatau porsi masing masing variabel yang signifikan terhadap respon.Persen kontribusi ini merupakan fungsi dari sum of squares darimasing masing variabel yang merupakan indikasi kekuatan sebuahvariabel. Rumus perhitungan persen kontribusi adalah :

ρ = x 1100 %

Terlebih dahulu dihitung SS” sebagai berikut :SS’A = SSA – MSe (VA) = 20.4264 – 0.1261(2) = 20.1742SS’B = SSB – MSe (VB) = 3.8176 – 0.1261(2) = 3.5654

Maka persen kontribusi masing masing variabel dihitungberdasarkan perhitungan sebagai berikut :ρA = .. 100% =81.52 %

ρB = . . 100% = 14.41 %dari perhitungan persen kontribusi dapat dikatahui bahwa variabelA (feed rate) memiliki porsi pengaruh yang cukup tinggi sebesar81.52 % sedangkan porsi variabel B (sapuan) sebesar 14.41 %. Darihasil ini dapat diketahui bahwa nilai kekuatan lekat lebihdipengaruhi oleh feed rate spray dibandingkan dengan sapuan.

4.1.5 Hasil Pengujian Thermal Torch Oxyacetylene4.1.5.1 Analisa Kuantitatif Metode Taguchi

Pengujian thermal torch dilakukan untuk menganalisabagaimana pengaruh variasi feed rate dan sapuan terhadapketahanan termal. Termal berasal dari api yang dihasilkan daribusur las oxyacytylene dimana nyala api lansung diarahkan padapermukaan coating. Pengujian ini dilakuakan dengan memberikanwaktu yang sama untuk semua variasi sampel yaitu 25 detik, danjarak yang sama yaitu 10 mm dengan temperature rata- rata yangyang terukur oleh termometer infrared sebesar 1200oC.


Setelah dilakukan uji thermal torch terjadi kerusakan danterdapat cekungan dipermukaan sampel. Didaptkan datakuantitatif untuk menganalisa pengaruh variabel feed rate dansapuan terhadap ketahanan termal, dengan pendekatan mengukurvolume kerusakan yang berupa cekungan dan mengukur selisihmassa sampel sebelum dan sesudah uji thermal torch. Pengukuranvolume cenkungan pada sampel dilakukan dengan menggunakanair yang diteteskan dan dihitung volumenya dengan menggunakanburet. Pengukuran selisih massa sampel menggunakan neracaanalitik.

Gambar 4.14 Gambar Sesudah Pengujian Thermal TorchOxyacetylene,

(a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min-2x, (c) 14 g/min 3x(d) 17 g/min-1x, (e) 17 g/min-2x, (f) 17 g/min-3x(g) 20 g/min-1x, (h) 20 g/min-2x, (i) 20 g/min-3x


Tabel 4.4 Nilai Ketahanan Termal Dengan Metode PendekatanVolume Hasil Pengujian Thermal Torch

NoVariabel Volume kerusakan (ml)

Feed rate(gr/menit) Sapuan I II III Rata-rata

1 14 1 0.10 0.10 0.10 0.1002 14 2 0.05 0.15 0.10 0.1003 14 3 0.15 0.10 0.05 0.1004 17 1 0.05 0.05 0.05 0.0505 17 2 0.05 0.05 0.10 0.0676 17 3 0.10 0.10 0.05 0.0837 20 1 0.10 0.10 0.15 0.1178 20 2 0.05 0.10 0.20 0.1179 20 3 0.15 0.10 0.20 0.150

Rata-rata 0.099

Tabel 4.5 Nilai Ketahanan Termal Dengan Metode PendekatanMassa Hasil Pengujian Thermal Torch

NoFaktor Selisih massa (gram)

Feed rate(gr/menit) sapuan I II III Rata-rata

1 14 1 1,137 -0,137 1,273 0,7582 14 2 1,291 0,709 0,582 0,8613 14 3 1,703 1,298 0,405 1,1354 17 1 0,595 0,405 0,191 0,3975 17 2 0,796 1,204 -0,409 0,5306 17 3 1,175 1,825 -0,649 0,7847 20 1 1,200 -0,200 1,399 0,8008 20 2 1,501 0,499 1,002 1,0019 20 3 1,748 1,252 0,496 1,165

Rata-rata 0,826


Gambar 4.14 menunjukkan tampak fisik dari spesimensesudah diuji termal las. Terlihat beberapa kondisi dari spesimensesudah dilakukan pengujian las ada yang mengalamipengelupasan lapisan top coat, berlubang, pengurangan ketebalan,dan terbentuk cekungan.

Dari kedua cara untuk mengetahui ketahanan termal denganmenggunakan metode pendekatan massa dan volum didapatkandata yang kemudian data tersebut ditranformasikan ke dalambentuk rasio S/N (Signal to Noise) untuk mencari variabel yangberpengaruh terhadap ketahanan termal dengan karakteristikkualitas semakin kecil volume kerusakan dan selisih massa,semakin baik. (smaller is better).Rumus :S/N = −10 log ∑( )Keterangan :n : jumlah pengulangan dari suatu percobaany : nilai volume kerusakan

Karakter kualitas pada penelitian ini adalah meminimalkannilai volume kerusakan dan meminimalkan selisih massa sampeldari uji thermal torch. Pengulangan percobaan sebanyak tiga kaliPerhitungan rasio S/N untuk volume kerusak dan selisih massasampel dapat dilihat pada lampiran.

Selanjutnya dilakukan perhitungaan variabilitas nilai rasioS/N dengan kombinasi level dari masing masing variabel gunamenganalisa pengaruh level setip variabel terhadap variasi nilairespon yang diberikan sesuai dengan perhitungan sebelumnya,sehingga didapatkan Tabel 2.2 dan 2.5 pada lampiran 2.

Dari perhitungan tersebut diketahui pengaruh level darimasing masing variabel. Diketahi juga peringkat pengaruh variabelterhadap ketahan termal dari setiap metode pendekatan yangdilakukan. Diperoleh nilai ketahanan termal pada kharaktristikminimum semakin kecil semakin baik (smaller is better),kombinasi level optimum dicapai pada nilai rata- rata rasio S/Nlevel tertinggi dari setiap variabel. Kombinasi level variabeloptimum adalah sebagai berikut :


Pada pendekatan pengukuran volume kerusakan sampelA2 = feed rate 17 g/minB1 = sapuan 1x

Pada pendekatan pengukuran selisih massa sampelA2 = feed rate 17 g/minB1 = sapuan 1x

4.1.5.1 Analisa Kuantitatif Metode Taguchi dengan MinitabUntuk mengetahui pengaruh variabel terhadap respon bisa

digunakan software Minitab. Software ini digunakan untukmenganalisa variabel mana yang berpengaruh signifikan terhadaprespon. Dengan Minitab didapatkan tabel ANOVA dan outputSecara visualisasi Minitab sebagai berikut guna menganalisavariabel mana yang berpengaruh signifikan terhadap respon.Secara visualisasi menggunakan output Minitab sebagai berikut :

Gambar 4.15 Grafik Pengaruh Antara Ketahanan Termal(Pendekatan Volume) Dengan Feed Rate Dan Sapuan Output

Sofware Minitab


Gambar 4.16 Grafik Pengaruh Antara Ketahanan Termal(Pendekatan Massa) Dengan Feed Rate Dan Sapuan Output

Sofware Minitab

Berdasarkan gambar diatas diketahui adanya pengaruh atauperbedaan antar level. Selain itu kombinasi untuk mendapatkannilai optimum dipilih nilai yang tertinggi yaitu A2,B1.. Pemilihankombinasi level tiap variabel tersebut pada masing masingpendekatan untuk nilai ketahan termal.

Selain itu juga dengan menggunakan Minitab bisa untukmenganalisis varian rasio S/N untuk mengetahui variabel yangberpengaruh secara signifikan terhadap nilai rasi S/N didapatkantabel Analysis of Variance for SN ratios (ANOVA) sebagaiberikut :

Tabel 4.6 ANOVA Ketahanan Termal (Pendekatan Volume)Analysis of Variance for SN ratios

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F PA 2 55.826 55.826 27.913 24.71 0.006B 2 10.151 10.151 5.076 4.49 0.095Residual Error 4 4.519 4.519 1.130Total 8 70.496


Tabel 4.7 ANOVA Ketahanan Termal (Pendekatan Massa)

Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa variasi feed ratedan sapuan berpengaruh signifikan terhadap ketahanantermal. Hal tersebut dapat diketahui karena nilai P lebih kecil dariα 10 % (0.10).

Perhitungan lebih lanjut dapat diketahui persen kontribusiatau porsi masing masing variabel terhadap respon yang diamati.Persen kontribusi ini merupakan fungsi dari sum of squares darimasing masing variabel yang merupakan indikasi kekuatan sebuahvariabel. Rumus perhitungan persen kontribusi adalah :

ρ = x 1100 %

Terlebih dahulu dihitung SS” sebagai berikut :Perhitungan untuk metode pendekatan volumeSS’A = SSA – MSe (VA) = 55.826 – 1.130(2) = 53.566SS’B = SSB – MSe (VB) = 10.151 – 1.130(2) = 7.891Maka persen kontribusi masing masing variabel dihitungberdasarkan perhitungan sebagai berikut :ρA = .. 100% = 75.984 %

ρB = . . 100% = 11.194 %Perhitungan untuk metode pendekatan massaSS’A = SSA – MSe (VA) = 42.317 – 0.5419(2) = 41.233SS’B = SSB – MSe (VB) = 26.273 – 0.5419(2) = 25.190Maka persen kontribusi masing masing variabel dihitungberdasarkan perhitungan sebagai berikut :

Analysis of Variance for SN ratios

Source DF Seq SS Adj SS Adj MS F PA 2 42.317 42.317 21.1585 39.05 0.002B 2 26.273 26.273 13.1366 24.24 0.006Residual Error 4 2.168 2.168 0.5419Total 8 70.758


ρA = .. 100% = 58.273 %

ρB = .. 100% = 35.600 %

Dari perhitungan diatas dapat diketahui persen kontribusidari masing masing variabel untuk setiap metode pendekatan yangdigunakan, dikatahui bahwa untuk metode pendekatan volume,variabel A (feed rate) memiliki porsi pengaruh yang cukup tinggisebesar 75.984 % sedangkan porsi variabel B (sapuan) sebesar11.194 %. Sedangkan dengan metode pendekatan massa, variabelA memiliki porsi sebesar 58.273% sedangkan porsi variabel Bsebesar 35.600 %.

4.1.6 Hasil Pengujian TGA (Thermogravimetri)Pengujian TGA (Thermogravimetri) dilakukan untuk

menganalisa pengaruh variasi feed rate dan sapuan terhadapketahanan thermal. Pada pengujian ini dilakukan pengujianoksidasi secara non-isotermal dengan menggunakan alatDSC/TGA Mettler Toledo, dengan heating rate 10o C/min sampaitemperatur 1000o C dan total estimasi waktu 100 menit.

Pada pengujian ini dilakukan pada sampel 14,17,20 g/min,untuk fokus menganalisa pengaruh feed rate dan sampel palingburuk20g/min-3x dan juga sampel tanpa coating, sebagaipembanding. Dari pengujian ini akan ditentukan sampel denganfeed rate yang mana yang memiliki tingkat ketahanan termal yangbaik (stabil).Berikut ini adalah hasil TGA yang dilakukan padakeempat sampel tersebut :


Gambar 4.17 Pengaruh Temperatur erhadap Penambahan Massa

Hasil pengujian TGA memperlihatkan perubahan massasampel setiap kenaikan temperatur. Fenomena ini menunjukanbahwa terjadi suatu reaksi. Reaksi yang terjadi berupa reaksioksidasi yang menyebabkan massa sampel bertambah tiapkenaikkan temperatur. Pertambahan massa terjadi karena adanyasuatu raksi oksida yang berupa suatu senyawa. Penambahan ataupenebalan lapisan terjadi akibat terbentuknya oksida di interface(Sulistijono, 2008).

Dari grafik terlihat bahwa sampel tanpa coating menunjukkanpertambahan massa paling besar. Kenaikan massa yang cukupbesar sudah dimaulai ketika temperatur 200 oC, kenaikan massayang signifikan dimulai pada temperatur 850 oC. Hal ini sesuaidengan kemampuan dari spesimen Hastelloy X yang memilikitemperature kerja hingga 870 oC (Haynes International, 1997).Feed rate menunjukkan pengaruh semakin besar nya feed ratepertambahan massa semakin menurun. Pada sampel dengan feedrate 14,17,20 g/min dengan 1x sapuan, diberikan perlakuanthermal yang terus naik dari temperatur 250C sampai dengan 8500Cmengalami kenaikan massa yang bermiripan. kemudian


temperature terus naik sampai 900 0C sampel 20 g/min 1x dan 3xsapuan mengalami kenaikan yang cukup signifikan. Sampel 14 dan17 gr.min-1x pada temperatur 950 0C mengalami kenaikan yangcukup signifikan. Masing masing kenaikan massa sampel secaraberturut turut adalah 0.0789, 0.0467, 0.1265, dan 0.1507 mg untuksampel 14,17,20 g/min-1x dan 20 g/min-3x.

kenaikan massa yang signifikan tersebut mengindikasikantelah terjadi reaksi oksidasi yang besar terutama pada bond coatdimana oksida-oksida mulai mengalami pembentukan dengan katalain pertumbuhan pada daerah TGO. Ini dikarenakan bond coatmemiliki temperatur kerja maximum pada 980°C jika diterapkandengan menggunakan Athmosphric Plasma Spray (APS), atausampai 1050 ° C jika diterapkan dengan menggunakan HVOF(Sulzer Metco,2013).

Pada spesimen yang dicoating dengan 3x sapuanmenunjukkan stabilitas termal yang lebih rendah, perubahan massasignifikan terjadi setelah temperatur 900OC. Dengan bertambahnyasapuan kestabilan termal menjadi lebih rendah. Hal ini disebabkankarena adanya lebih banyak cacat yang dihasilkan didalam lapisanterutama diantara lapisan. Cacat ini lah yang menyebabkanketahanan termal menjadi lebih rendah karena cacat menyebabkanreaksi yang terjadi pada lapisan menjadi lebih banyak sehinggastabilitas coating menjadi terganggu

Gambar 4.18 menunjukkan grafik dari analisa 1st Derivativeuntuk mengetahui kestabilan termal dari spesimen yang dicoating,selain itu dari grafik ini juga dapat dilihat adanya reaksi eksotermaldan endotermal dari sampel. Reaksi eksotermal ditunjukkan ketikapeak pada grafik naik dan reaksi endotermal ditunjukkan ketikapeak pada grafik turun. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar4.18 Umumnya sampel mempunyai stabilitas yang buruk padatemperatur diatas 900oC, tapi bila menggunakan analisa 1st

Derivative ini akan terlihat jelas mana yang lebih stabil dan tidak.Stabil atau tidaknya sampel dapat dilihat dari adanya noise padagrafik, yang menandakan adanya suatu reaksi eksotermal danendotermal. Semakin rendah noise yang muncul, maka kestabilansampel semakin baik.


Gambar 4.18 Grafik Analisa 1st Derivative TGA Pada TiapSampel


4.1.8 Hasil Pengujian XRDPengujian XRD dilakukan untuk mengetahui fasa apa saja

yang terbentuk pada lapisan top coat dan penampang melintangdari hasil coating, setelah proses flame spray dan proses pengujiantermal TGA pada sampai 1000o C.

4.1.8.1Hasil Pengujian XRD Sebelum Uji ThermalPengujian XRD dilakukan pada tiap spesimen yang dicoating

dengan feed rate dan jumlah sapuan yang berbeda dimana prosescoating menggunakan flame spray. Pengujian dilakukan denganmenggunakan X-Ray Difraction PANalytical dengan sudut 2θ 10o

– 90o, gelombang CuKα sebesar 1.5406A. Analisa peak dari hasilXRD dilakukan dengan menggunakan software PCPDF WIN danPDF 2 2011 untuk mencocokkan kartu PDF dengan puncak padasampel. Dari pengujian didapatkan hasil seperti yang ditunjukkanpada Gambar 4.19

Gambar 4.19 Hasil Pengujian Xrd Pada Permukaan AtasSebelum Uji Termal Pada Spesimen Yang Dicoating Dengan

Feed Rate Tertentu


Dari Gambar 4.19 dapat dilihat bahwa pada sampel 14 g/min-1x teridentifikasi peak tertinggi pada 2θ = 30.19o, yang merupakanfasa t-ZrO2 (zirkonia tetragonal) (ref code 01-075-9646) denganbidang kristal (101), puncak 2θ = 50.14o (112), 59.92o (211)berturut-turut juga merupakan peak milik fasa t-ZrO2. Padapengujian ini juga terdeteksi Al2O3 (01-073-5928), denganmunculnya puncak-puncak 35.14o yang teridentifikasi pada bidang(104), 43.44o (113) dan puncak-puncak kecil lainnya. Sedangkansampel 20g/min-3x teridentifikasi adanya fasa m-ZrO2 pada peak28.14 o (-111) dan 31.45 o (111).

Dari data ini didapatkan bahwa fase yang terbentuk sesuaidengan kebutuhan coating yaitu fase t-ZrO2. Akan tetapi fase yangterbentuk bukan hanyat-ZrO2 juga terbentuk fase lainnya seperti m-ZrO2. Beragamnya peak yang terdeteksi menunjukkanpolimorfisme terjadi pada YSZ. Zirconia murni umumnya akanmemiliki fasa yang berbeda-beda seiring dengan perubahantemperatur. Pada temperatur kamar fasa akan berupa monoklinik,sampai 1173o C akan mulai berubah menjadi fasa tetragonal, fasatetragonal ini akan mulai menghilang dan berganti dengan fasakubik mulai dari 2370o C (DoITPoMS Cambridge, 2006) Adanyapolimorfi ini dapat mengganggu fungsi TBC karena jika terjadiperubahan fase maka menyebabkan perubahan volume yang dapatmenimbulkan internal stress. Internal stress merupakan asal mulapenyebab retak.

Terdeteksinya Peak Al2O3 dimungkinkan karena adanyaporositas pada top coat sehingga Al2O3 yang ada pada lapisankomposit YSZ-Al2O3. Adanya porositas ini membuat bagian bawahtop coat YSZ menjadi terdeteksi. Anggapan adanya porositasmenjadi semakin kuat karena ditemukannya fasa α-Al2O3 yangtinggi pada spesimen 200mm-1x pada sudut 44.719o, biladilakukan analisa ini bukan merupakan Al2O3 yang sama denganyang ditemui sebelumnya, ini juga didukung dengan kartu PDFyang berbeda 01-088-0826, sehingga dimungkinkan ini merupakanAl2O3 hasil oksidasi dari Al pada bondcoat dan teridentifikasi padasaat XRD karena permukaan yang terkelupas.


4.1.8.2 Hasil Pengujian XRD Setelah Uji TermalSetelah dilakukan uji termal TGA sampai dengan temperatur

1000 oC spesimen dilakukan pengujian XRD kembali. Hasil yangdidapatkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.20

Gambar 4.20 Hasil Pengujian XRD Pada Permukaan AtasSesudah Uji Termal Pada Spesimen Yang Dicoating Dengan Feed

Rate TertentuDari Gambar 4.20 dapat dilihat bahwa hasil uji XRD

setelah uji termal menunjukkan adanya fasa fasa baru yangterbentuk. -peak baru terdeteksi sebagai α-Al2O3 (01-088-0826)dan AlNi3 ( 01-071-5884) yang merupakan hasil oksidasi yangterjadi pada bondcoat. Didapatkan juga banyak fasa Al2O3 yangterbentuk setelah proses TGA. Saremi (2007) yang mengatakanbahwa setelah oksidasi pada temperatur 1000oC akanmenghasilkan konsentrasi oksigen dan alumunium yang meningkatpada interface bondcoat dan top coat, hal ini dikarenakan sifattermodinamik yang rendah dari O dan Al sehingga mempermudahterjadinya reaksi pembentukan Al2O3. Terdeteksinya fasa Al2O3

dan AlNi3 menunjukkan telah terbentuknya porositas pada lapisankomposit. Sampel 20 g/min-3x memiliki puncak Al2O3 palingtinggi, selain itu pada sampel ini peak AlNi3 pada 2θ = 43.95 o.


4.1.9 Hasil Pengujian SEMPengujian SEM (Scanning Electron Microscope) dilakukan

untuk menganalisa bagaimana pengaruh variasi feed rate dansapuan terhadap morfologi dari permukaan top coat danpenampang melintang pada spesimen.

Gambar 4.21 menunjukkan morfologi secara umum padaspesimen hasil proses flame spray (proses coating). Dimanaditemui beberapa serbuk dari material top coat dengan beberapakondisi anatar lain meleleh (melted), meleleh sebagian (semimelted) dan tidak meleleh (unmelted). Material serbukditembakkan dengan kecepatan sekitar 30 m/s menuju permukaansubstrat (ASM Handbook of Thermal Spray,2004). Kecepatan inidapat dikategorikan rendah, dibandingkan dengan metode lainnyasehingga ketika proses spray serbuk mengalami pendinginan diudara lumayan lama, mengakibatkan serbuk sebagian ada yangtidak meleleh atau semi leleh ketika menyentuh permukaansubstrat.

Gambar 4.21 Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating padaPerbesaran 2000x

Unmelted

Semi-Melted

Melted


Adanya struktur melted, unmelted, dan semimelted disebabkankarena serbuk yang belum sempat meleleh dengan sempurna,sehingga ketika menyentuh permukaan substrat ada beberapakondisi yang dimungkinkan (Jufti A.H,2008).

4.1.9.1 Hasil Pengujian SEM Sebelum Uji TermalHasil pengambilan gambar SEM pada permukaan sampel

sebelum uji thermal ditunjukan pada Gambar 4.22. Dari gambartersebut dapat dilihat bahwa adanya variasi feed rate pada sampel(dari atas ke bawah) menunjukkan adanya perbedaan padamorfologi permukaan. Semakin besar feed rate akan cenderungmenghasilkan permukaan yang lebih halus dibandingkan denganfeed rate yang rendah.

Gambar 4.22 tersebut dapat dilihat bahwa struktur yangdihasilkan oleh metode flame spray memang cenderung kurangteratur dan kasar. Dari gambar tersebut dapat dilihat bahwa adanyavariasi feed rate (dari atas ke bawah) pada spesimen menunjukkanadanya perbedaan pada morfologi permukaan. Pada spesimendengan feed rate 14 g/min (Gambar 4.22.a,b,c) terlihatpermukaannya cenderung lebih kasar dan tidak rata, persebaranpartikel tidak merata sehingga partikel cenderung menggumpal.Dengan naiknya feed rate terlihat permukaan sampel semakin ratapersebaran partikel semakin homogen.

Gambar 4.23 menunjukkan tingkat porositas dari tiap variasisampel. Dapat dilihat bahwa tingkat porositas menurun seiringdengan naiknya federate. Rajasekaran, dkk (2011) padapenelitiannya mengatakan bahwa dengan kenaikkan powder feedrate akan meningkatkan laju deposisi dari serbuk sehingga serbukyang akan terdeposisi lebih banyak dan kompak, menyebabkanporositas akan menurun.


Gambar 4.22 Hasil Pengujian SEM Permukaan Coating PadaPerbesaran 250x

(a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min -2x, (c) 14 g/min 3x(d) 17 g/min -1x, (e) 17 g/min-2x, (f) 17 g/min -3x(g) 20 g/min -1x, (h) 20 g/min- 2x,(i) 20 g/min- 3x


Gambar 4.23 Grafik Persentase Luasan Porositas padaPermukaan Hasil Coating

Hasil SEM penampang melintang pada tiap variasi sampelsetelah flame spray ditunjukkan pada Gambar 4.24, dimana dariGambar penampang terlihat lapisan penyusun dari struktur coating.Struktur yang dihasilkan oleh metode flame spray memangcenderung kurang teratur dan kasar, hal ini karena temperatur nyalaapi maksimal yang dihasilkan oleh metode ini sekitar 2700o C(ASM Handbook of Thermal Spray, 2004), menyebabkan serbukbelum sempat meleleh dengan sempurna. Feed rate semakin tinggijumlah serbuk yang terdeposisi semakin banyak menyebabkancoating semakin tebal. Dengan naik nya sapuan membuat coatingsemakin tebal juga, akan tetapi muncul banyak oksida.Banyaknyaoksida yang terbentuk dapat dilihat pada hasil SEM penampangmelintang pada Gambar 4.24.


Gambar 4.24 Hasil Pengujian SEM Penampang Pada Perbesaran250x

(a) 14 g/min-1x, (b) 14 g/min -2x, (c) 14 g/min 3x(d) 17 g/min -1x, (e) 17 g/min-2x, (f) 17 g/min -3x(g) 20 g/min -1x, (h) 20 g/min- 2x,(i) 20 g/min- 3x

Gambar penampang melintang menunjukkan ketebalan dankonten oksida yang berbeda-beda. Feed rate semakin tinggi jumlahserbuk yang terdeposisi semakin banyak menyebabkan coatingsemakin tebal. Fenomena ini dimulai dari proses awal droplet(serbuk panas yang keluar saat spray) pada saat masing-masingpartikel menyerap energi panas nyala api. Partikel besar cenderungmembentuk droplet dalam ukuran besar dengan tingkat volumepartikel yang meleleh yang rendah atau leleh sebagian (Sobolev,1997), droplet dengan kondisi tersebut akan menumbuk substratmembentuk lamellar dalam ukuran yang besar. Tumpukan lamellaryang besar akan membentuk lapisan yang memiliki nilai kekasaranyang tinggi. Sedangkan partikel yang memiliki ukuran kecil akan


mudah untuk meleleh penuh membentuk droplet cair danberdeposisi ke arah samping membentuk lapisan yang memilikipermukaan yang halus. Sesaat setelah droplet menumbuk substratakan terbentuk splat dengan ketebalan yang sangat dipengaruhioleh kecepatan pergerakan droplet sesaat sebelum berdeposisi.Ketebalan splat berkurang dengan bertambahnya kecepatan dropletdan sebaliknya.

Gambar 4.25 – 4.28 menunjukan hasil SEM perbesaran 5000xdi daerah interface antara top coat dan bond coat untuk tiap variasifeed rate, selanjutnya dilakukan EDX untuk mengetahuibagaimana kandungan unsur pada daerah tersebut.

Gambar 4.25 merupakan hasil pengujian SEM dan EDX untuksampel 14 g/min-1x pada perbesaran 5000x sebelum uji termal.Diketahui dari pengujian SEM terdapat daerah berwarna gelapantara topcoat dan bondcoat yang disebabkan adanya oksidasiyang kemudian diidentifikasi sebagai daerah TGO (ThermallyGrowth Oxide). Padture (2002) menjelaskan bahwa daerah TGOmerupakan bagian dari bondcoat yang teroksidasi karenaperubahan temperatur yang cukup tinggi.

Dari hasil pengujian EDX diketahui bahwa terdapatadanya unsur O sebesar 51.47 wt% karena adanya pembentukanoksida. Terbentuknya oksida ini karena adanya reaksi denganunsur lain yang ada pada bondcoat antara lain Al 33.19 wt%, Cr4.19 wt%, Ni 1.36 wt%. Tebal daerah TGO pada sampel ini setelahdilakukan pengukuran memiliki rata-rata 4.206 µm.


Gambar 4.25 Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000xSampel 14 g/min-1x Sebelum Uji Termal

Oksida

Bon

d Co

atTo

p Co

at



Gambar 4.26 merupakan hasil pengujian SEM dan EDXuntuk sampel 17 g/min-1x pada perbesaran 5000x sebelum ujitermal. Dari pengujian ini didapatkan tebal TGO rata- rata sebesar2,623 µm dengan kandungan O sebanyak 49.77 wt%, Al 35.52wt%, Cr 3.00 wt%, Ni 1.38 wt%.

Oksida

Top

Coat

Bond Coat


Gambar 4.27 merupakan hasil pengujian SEM dan EDXuntuk sampel 20 g/min-1x pada perbesaran 5000x sebelum ujitermal. Dari pengujian ini didapatkan tebal TGO rata- rata sebesar4,051µm dengan kandungan O sebanyak 36.07 wt%, Al 32.65wt%, Cr 14.32 wt%, Ni 11.66 wt%.


Bond Coat

Oksida

Top Coat


Gambar 4.28 merupakan hasil pengujian SEM dan EDX untuksampel 20 g/min-3x pada perbesaran 5000x sebelum uji termal.Dari pengujian ini didapatkan tebal TGO rata- rata sebesar 5.724µm dengan kandungan O sebanyak 39.18 wt%, Al 30.69 wt%, Cr16.61 wt%, Ni 12.61 wt%.


Bond Coat

Oksida

Top Coat


4.1.9.2 Hasil Pengujian SEM Setelah Uji TermalPengujian SEM dan EDX ini dilakukan setelah pengujian

termal TGA (thermogravimetri) dengan memanaskan sampelhingga temperatur 1000o C, dengan kenaikan temperatur 10o C/minkemudian dilihat daerah TGO dimana terjadi pertumbuhan oksidaakibat pengaruh termal.

Gambar 4.29 merupakan hasil SEM dan EDX dari spesimen14 g/min-1x setelah dilakukan uji termal. Pada hasil tersebutdiketahui bahwa lebar dari TGO mengalami penambahan. Setelahdilakukan pengukuran rata-rata lebar TGO menjadi 6.011 µm. hasilEDX menunjukkan unsur unsur nya teridiri dari O sebanyak 50.99wt%, Al 33.93 wt%, Cr 6.66 wt%, Ni 1.52 wt%.

Gambar 4.30 merupakan hasil SEM dan EDX dari spesimen17 g/min-1x setelah dilakukan uji termal. Pada hasil tersebutdiketahui bahwa lebar dari TGO mengalami penambahan. Setelahdilakukan pengukuran rata-rata lebar TGO menjadi 3.294 µm.Hasil EDX menunjukkan unsur unsur nya teridiri dari O sebanyak52.54 wt%, Al 35.76 wt%, Cr 3.03 wt%, Ni 1.30 wt%.


Gambar 4.29 Hasil Pengujian SEM-EDX Perbesaran 5000xSampel 14 g/min-1x Setelah Uji Termal

Oksida

Bond CoatTop Coat



Gambar 4.31 merupakan hasil SEM dan EDX dari spesimen20 g/min-1x setelah dilakukan uji termal. Pada hasil tersebutdiketahui bahwa lebar dari TGO mengalami penambahan. Setelahdilakukan pengukuran rata-rata lebar TGO menjadi 7.87 µm danterdapat lebar crack 2.36 µm. Hasil EDX menunjukkan unsur unsur

Oksda

Top CoatBond Coat


nya teridiri dari O sebanyak 59.48 wt%, Al 29.12 wt%, Cr 14.88wt%, Ni 14.60 wt%.


Gambar 4.32 merupakan hasil SEM dan EDX dari spesimen20 g/min-3x setelah dilakukan uji termal. Pada hasil tersebut

Oksida

Bond Coat

Top CoatBond Coat


diketahui bahwa lebar dari TGO mengalami penambahan. Setelahdilakukan pengukuran rata-rata lebar TGO menjadi 8.18 µm danterdapat lebar crack 2.37 µm. Hasil EDX menunjukkan unsur unsurnya teridiri dari O sebanyak 40.66 wt%, Al 7.10wt%, Cr 24.21wt%, Ni 27.22 wt%.


Oksida

Top CoatBond Coat


Dari ketiga sampel setelah dilakukan uji termal makadidapatkan lebar TGO dan dan lebar mikrocrack yang terbentukyang ditampilkan pada Tabel.

Tabel 4.8 Nilai Perbandingan Lebar TGO dan Ukuran RetakSebelum dan Sesudah Uji Termal

Spesimen Sebelum UjiTermal

Sesudah Uji Termal

TGO (µm) Crack (µm) TGO (µm) Crack (µm)14-1x 4.20 - 6.01 -17-1x 2.62 - 3.29 -20-1x20-3x

4.055.72

--

7.878.18

2.362.37

4.2 PembahasanPenelitihan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh

variasi feed rate dan jumlah sapuan komposit YSZ-Al2O3 terhadapkekuatan lekat dan ketahanan termal pada YSZ-Al2O3 /YSZdouble layer TBC. Thermal Barrier Coating (TBC) merupakansalah satu jenis dari pelapisan (coating) dimana digunakan untukmenghalang panas dari lingkungan sehingga struktur menjadiaman terhadap panas. Lapisan TBC ini diaplikasikan pada noselroket. Proses pelapisan mengunakan metode flame spray. Metodeflame spray ini memiliki kekurangan diantarantya temperatur nyalebih rendah dari metode yang lain, kecepatan partikel rendahsekitar 30 m/s dan juga oksida maupun porositas yang terbentukcukup besar (ASM Handbook of Thermal Spray, 2004). Untukmengoptimalkan hasil pelapisan perlu adanya rekayasa variabelproses padametode ini. Pada penelitian ini variabel proses yangditeliti adalah feed rate dan jumlah sapuan komposit YSZ-Al2O3.

Lapipsan coating TBC dikatakan berhasil apabila masukpada kriteria kriteria tertentu, seperti komposisi coating harussesuai dengan substrat, kekuatan lekat coating yang tinggi,memiliki porositas yang rendah dan yang pasti harus memilikiketahanan termal yang baik (ASM Handbook of Thermal Spray,2004). Pada penelitian ini untuk memastikan bahwa lapisancoating yang terbentuk sudah sesuai dengan kriteria kriteria


tersebut dilakukan beberapa pengujian seperti pengujian pull offuntuk mengetahui kekuatan lekat, pengujian thermal torch untukmengetahui ketahanan termal coating terhadap beban termallansung. pengujian ketahanan termal static dengan uji TGA, ujiXRD dan SEM.

Komposisi material coating harus sesuai dengankomposisi substrat, dimana substrat yang digunakan adalahhastelloy ® X yang merupakan paduan super logam dengan basenickel, komposisi material serbuk coating yang digunakan sudahsesuai, hal tersebut ditunjukkan pada hasil karakterisaisi awalserbuk. Kesesuaian material coating dengan substrat meliputi CTE(coefficient thermal expansion), temperatur, dan juga kecocokankomposisi kimia. Pada hasil karakterisasi serbuk awal dapatdiketahui bahwa material serbuk YSZ berbentuk spherical sesuaidengan pengujian SEM. Dengan bentuk tersebut akanmemudahkan pada proses spraying karena serbuk sphericalmemiliki nilai flowability yang baik. serbuk berukuran rata-rata71.88 µm menyesuaikn dengan spesifikasi gun flame spray yangdigunakan. Dari hasil uji XRD diketahui bahwa fasanya adalah t-ZrO2 merupakan fasa yang diharapkan yang stabil pada temperaturtinggi. Serbuk Al2O3 sebagai komposit YSZ-Al2O3 memilikiukuran rata-rata 37.7 µm digunakan karena memiliki sifat sebagaioksigen barrier. Serbuk NiCrAlY diketahui memilki berukuran87.98 µm, sudah sesuai dengan ukuran serbuk top coat YSZ. danmemiliki komposisi unsur yang besesuaian dengan substrat.

4.2.1 Pengaruh Variasi Feed Rate dan Jumlah SapuanKomposit YSZ-Al2O3 Terhadap Porositas.

Coating yang baik harus memiliki nilai porositas yangrendah. Porositas yang baik untuk lapisan TBC sekitar 8-15 %(Handbook of Thermal Spray Technology,2004). Dengan meotodeflame spray dimungkin kan porositas lebih dari 15 % (Jr, Tucker,Thermal Spray Coatings,1994).

Pengukuran porositas dilakukan dengan mengukurporositas terbuka pada gambar SEM untuk setiap variasi sampel(Gambar 4.22). Diperoleh nilai porositas dari masing masing


variasi sampel yang dapat dilihat pada Gambar 4.23. Daripengujian ini didapatkan nilai rata-rata porositas sebesar 4.68 %.

Tren nilai yang didapatkan pada pengujian porositas inidiketahui bahwa dengan makin naiknya feed rate dan jumlahsapuan maka nilai porositas akan menurun. Kedalaman dan luasanporositas menurun dengan meningkatnya feed rate karena dengannaiknya feed rate maka serbuk yang terdeposisi semakin banyakdan merata. Saremi (2013) menyatakan semakin tingginya feedrate akan membuat struktur dari pelapisan semakin padat. Halserupa yang mendukung juga dinyatakan oleh Rajasekaran, dkk(2011) pada penelitiannya mengatakan bahwa dengan kenaikkanpowder feed rate akan meningkatkan laju deposisi dari serbuksehingga serbuk yang akan terdeposisi lebih banyak dan kompak,menyebabkan porositas akan menurun.

Berdasarkan Gambar 4.23 menunjukkan bahwa denganbertambahnya jumlah sapuan maka akan menurunkan tingkatporositas terbuka. junqi yao(2013) menyebutkan porositas terbukadapat dikurangi dengan bertambahnya jumlah lapisan sehinggamenyebabkan kontaminasi oksigen yang masuk ke dalam coating.

4.2.2 Pengaruh Variasi Feed Rate Dan Jumlah Sapuankomposit YSZ-Al2O3 Terhadap Kekuatan Lekat

Pada kriteria kekuatan lekat coating yang tinggi dapatdibuktikan pada pengujian pull off untuk mengetahui nilaikekuatan lekat coating. Didapatkan nilai kekuatan lekat dengan ratarata 17.17 MPa. Nilai kekuatan lekat untuk keramik coating denganmetode flame spray berkisar pada range 15 MPa sedangkan untuklogam berkisar pada range 30 MPa (Lech Pawloski,2008). Padapengujian pull off didapatkan tren nilai kekuatan lekat naik dengannaiknya feed rate dan optimum pada feed rate 17 g/min.Rajasekaran (2011) menjelaskan oksidasi akan menurun dengannaiknya feed rate dari serbuk, hal ini diperkirakan bahwa feed rateyang besar pada proses spraying mengurangi specific heat yangditerima dari setiap partikel serbuk. sehingga kemungkinanterbentuknya oksida kecil. Dengan menurunnya oksida kekuatanlekat akan lebih baik. Kekuatan lekat turun pada 20 g/min, menurutVardelle (1992) mengatakan bahwa dengan naik nya powder feed


rate maka kecepatan partikel serbuk menurun. Impact yang terjadipada pertikel serbuk menurun, ikatan menurun, kekuatan lekat nyajuga menurun. Pengaruh parameter sapuan terhadap kekuatan lekattren menunjukan bahwa Kekuatan lekat menurun denganmeningkatnya sapuan yang diberikan. nilai kekuatan lekat baikpada 1x sapuan. ASM Handbook of Thermal Spray (2004)dijelaskan bahwa sebagian besar kegagalan terjadi pada interfacecoating hal ini dikarenakan adanya diskontinyu terbesar padasistem material. terlihat juga pada gambar SEM bahwameningkatnya sapuan oksidasi yang terjadi semakin banyak.oksida oksida ini menurunkan kekuatan lekat coating.

4.2.3 Pengaruh Variasi Feed rate Dan Jumlah Sapuankomposit YSZ-Al2O3 Terhadap Ketahanan Termal

Lapisan TBC pastinya harus memiliki ketahanan termalyang baik. Untuk membuat lapisan TBC yang mampu melindungisubstrat hastelloy ® X yang memiliki temperatur 870oC (HaynesBook, 1997) dibutuh ketebalan minimum sebesar 460 µm supanyamampu menahan panas lingkungan yang mencapai 1200oC (HTPBpropelan, 1.8 Ton). Pada penelitihan ini diketahui ketebalan rata-rata lapisan yang dihasilkan adalah 727.82 µm.Pada penelitian ini,variabel feed rate dan jumlah sapuan mempengaruhi ketebalanlapisan yang dihasilkan. Dengan mengunakan feed rate 14,17,20g/min didapatkan ketebalan rata-rata berturut turut 596.00, 690.38dan 897.07 µm. Jumlah sapuan 1,2,3x mengahasilkan tebal rata-rata 506.05, 759.88 dan 917.52 µm. dari hasil tersebut semuavariasi sampel sudah mencapai tebal minimum yang dibutuhkan.dari pengujian thermal torch dan uji thermogravimetri diketahuibahwa dengan naiknya feed rate maka ketahanan termal semakinbaik, dengan naiknya feed rate ketebalan rata-rata yang dihasilkanjuga semakin tebal, dengan semakin tebal nya lapisan yangterbentuk panas yang diterima substat akan turun susai denganhukum perpindahan panas (Fourier law). Naiknya jumlah sapuanmengakibatkan ketahanan termal meurun, padahal tebal coatingyang dihasilkan meningkat hal ini disebabkan karena dengansemakin banyaknya lapisan, oksida yang terbentuk semakinbanyak seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.29. Mauer (2011)


menyatakan bahwa microstruktur menjadi komplek dan terdapatcacat pada interlamelar dengan bertambahnya jumlah sapuan.

Ketahanan termal lapisan TBC ditunjukkan pula oleh adanyalapisan TGO (thermaly gron oxide). berdasarkan uji SEM dapatdiketahui bahwa terdapat peningkatan lapisan TGO. Yanjun Li(2012) menjelaskan bahwa oksida penyusun daerah TGOumumnya terdiri atas beberapa formasi oksida antara lain Al2O3,(Cr,Al)2O3 + (Co,Ni)(Cr,Al)2O4 + NiO yang disebut sebagai CSNdan (Cr,Al)2O3 + (Co,Ni)(Cr,Al)2O4, AlNi3 yang disebut sebagaiCS. TGO yang muncul sebelum dilakukan uji termal inidisebabkan karena adanya pengaruh panas saat proses thermalspray dilakukan. Ketika melakukan proses pelapisan topcoat,bondcoat terpengaruh panas sehingga terjadi oksidasi dan tumbuhlapisan TGO. Dari hasil EDX ini juga diketahui bahwa persentaseAl dominan hal ini karena berdasarkan diagram Elingham dapatdilihat bahwa grafik Al berada dibawah grafik Cr dan Ni, inimenunjukkan bahwa Al akan lebih cepat bereaksi dibandingkandengan Cr dan Ni.

101


BAB VKESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KesimpulanDari penelitian yang telah dilakukan mengenai pengaruh

feed rate komposisi dari lapisan YSZ-Al2O3 dan serbuk terhadapkekuatan lekat dan ketahanan termal dari struktur YSZ/YSZ- Al2O3

double layer TBC pada substrat Hastelloy ® X dengan metodeflame spray, maka didapatkan suatu kesimpulan :1. Feed rate komposit YSZ-Al2O3 berpengaruh terhadap sifat

kelekatan dan ketahanan termal dari YSZ/YSZ-Al2O3 doublelayer TBC. Semakin tinggi feed rate berpengaruh padakekuatan lekat dan ketahanan termal semakin baik danoptimum pada feed rate 17 g/min. Hal ini dikarenakan dengannaiknya feed rate serbuk yang terdeposisi semakin banyakyang menghasilkan persebaran serbuk yang merata dan tebalyang optimum.

2. Jumlah sapuan komposit YSZ-Al2O3 memberikan pengaruhterhadap sifat kelekatan dan ketahanan termal dari YSZ/ YSZ-Al2O3 double layer TBC. Semakin banyak jumlah sapuan,kekuatan lekat dan ketahanan termal semakin turun. Hal inidikarenakan kompleksitas mikrostruktur yang tinggi padalapisan multi-pass yang dihasilkan.

3. Pengaruh dari feed rate dan jumlah sapuan pada lapisankomposit YSZ-Al2O3 terhadap struktur mikro yang dihasilkansebelum dan setelah pengujian termal adalah perubahan TGO.Semakin tinggi feed rate dan semakin sedikit jumlah sapuankomposit YSZ-Al2O3 maka tebal TGO yang dihasilkansemakin tipis dan optimum pada 17 g/min-1x. Hal inidikarenakan porositas yang menjadi lebih rendah denganberkurangnya jarak spray dan kompleksitas mikrostruktur yangrendah pada single-pass coating.


5.2 SaranBerdasarkan hasil dan proses penelitian yang dilakukan,

terdapat beberapa saran untuk menyempurnakan penelitianselanjutnya Antara lain :

1. Kondisi udara sekitar pada proses spraying dipastikanbersih dari debu debu bekas sand blasting.

2. Metode Flame spray tidak cocok untuk membentukstruktur TBC yang berlapis lapis. Perlu adanya studi lebihlanjut dengan metode yang lain.

103


DAFTAR PUSATAKA

____. 1997. Haynes International Book for Hastelloy® X. NewYork : Haynes International Ltd.

____. 2004. ASM Handbook of Thermal Spray. ASMInternasional

____. 2006. DoITPoMS University of Cambridge. Fuel Cell SOFCMaterials.

____. 2012. Lapan Masih Kembangkan Roket RX 550.<URL:http://militer-review.web.id>

Amaya, C., W. Aperador, J.C. Caicedo, F.J. Espinoza-Beltrán, J.Muñoz-Saldaña, G. Zambrano, P. Prieto. 2009. CorrosionStudy of Alumina/Yttria-Stabilized Zirconia (Al2O3/YSZ)Nanostructure Thermal Barrier Coatings (TBC) Exposedto High Temperature Treatment. Corrosion Science 512994–2999.

Bernecki, Thomas.2005.Handbook of ThermalSpray.Northwestren University.

Daryl E. Crawmer. 1992.Thermal Spray Tecnologies inc. ASMInternational.

Evans, A. G., D. R. Mumm, J. W Hutchinson. G. H Meier, F. S.Pettit, “Mechanisms Controlling the Durability of ThermalBarrier Coatings”. Progress in Material Science 46 505553.

FrankN,Longo. 2005.Longo Associates as published in handbookof thermal spray technology, ASM International

Guo, Hongbo dkk. 2002. Preparation of Al2O3–YSZcomposite coating by EB-PVD. Materials Science andEngineering A325 389–393

Hasab, Mehdi Ghobeiti dan Kamran Rashnuei. 2012. Comparisonof Oxidation Resistance of YSZ and YSZ-Al2O3Coatings on Ni-Based Superalloy. Scientific PaperUDC: 667.613:621.791.48.


J.R Davis.2004.Handbook of Thermal Spray Technology,ASMInternational, page 4

Jackson, R.D., M.P. Taylor, H.E. Evans, X.H. Li. 2011. OxidationStudy of an EBPVD MCrAlY Thermal Barrier CoatingSystem. Oxidation of Metals 76.

Karaoglanli, A.C, E. Altuncu, I. Ozdemir, A. Turk, F. Ustel. 2011.Structure and Durability Evaluation of YSZ + Al2O3Composite TBCs with APS and HVOF Bond Coats underThermal Cycling Conditions, Surface & CoatingsTechnology 205 S369–S373.

Kusriantoko ,Parindra., Widyastuti. 2013. Pengaruh KomposisiKomposit Al2o3/Ysz Dan Variasi Feed Rate TerhadapKetahanan Termal Dan Kekuatan Lekat Pada Ysz-Al2o3/Ysz Double Layer Tbc .ITS

Lazuardi, M Sofyan,. Widyastuti.2014. Pengaruh KomposisiKomposit Al2o3/Ysz Dan Variasi Spary distanceTerhadap Ketahanan Termal Dan Kekuatan LekatPada Ysz-Al2o3/Ysz Double Layer Tbc .ITS

Li, Yanjun, YoutaoXie, Lipinghuang, Xuanyong Liu, XuebinZheng. 2012. Effect of Physical Vapor Deposited Al2O3

Film on TGO Growth in YSZ/CoNiCrAlY Coatings.Ceramics International 38 5113–5121.

Lech, Palowskey.2008. The Science of Thermal SprayCoating.ISBN : 978-0—471-49049

Moskal, G. 2009. Thermal Barrier Coatings: Characteristics ofMicrostructure and Properties, Generation and Directionsof Development of Bond. Journal of Achievements inMaterials and Manufacturing Engineering Volume 2323-331.

Moskal, G. 2010. Characteristics of Selected Thermal Properties of8YSZ Type Powders Produced With Different Methods.11th Europhysical ConferenceonDefectsin InsulatingMaterials, Materials Scienceand Engineering15012065.


N.P. Padture, M. Gell and E.H. Jordan. 2002.Thermal BarrierCoatings for Gas-Turbine Engine Applications.Science, 296, 280-284.

O’leary,R.A Beck J.E.1992.nozzle design threshold. Prat &whitney rocketdyn

Okazaki, Masakazu., Satoshi Yamagishi, Yasuhiro Yamazaki,Kazuhiro Ogawa, Hiroyuki Waki, Masayuki Arai. 2013.Adhesion Strength of Ceramic Top Coat in ThermalBarrier Coatings Subjected to Thermal Cycles: Effects ofThermal Cycle Testing Method and Environment.International Journal of Fatigue 53 33–39.

Ren, C. Y. D. He. D., dan R. Wang. 2010. Al2O3/YSZ CompositeCoatings Prepared by A Novel Sol-Gel Process And TheirHigh-Temperature Oxidation Resistance. Oxide MetalJournal Springer 74:275-285.

Roseberry,.j. and Boulger (1977). A Plasma FlameHandbook,Report no. MT-043, US Departement ofComercere, National Technical Information Service,Spring – fiel,Va, USA

Saremi, M., Z.Valefi, N.Abaeian. 2012. “Hot Corossion, HighTemperature Oxidation and Thermal Shock Behaviour ofNanoagglomerated YSZ-Alumina Composite CoatingsProduced by Plasma Spray Method”. Surface & CoatingsTechnology 221 133-141.

Saremi, Mohsen, Abbas Afrasiabi, Akira Kobayashi. 2008.Microstructural Analysis of YSZ and YSZ/Al2O3 PlasmaSprayed Thermal Barrier Coatings After HighTemperature Oxidation. Surface & Coatings Technology202 3233–3238.

Sulistijono dan Lukman Noerochiem. 2007. Rekayasa SmartMaterial untuk Perintang Panas Pada KomponenTurbin Gas Modern. Laporan Penelitian LPPM ITS

W.G Sloof, T.J Nijdam. 2008.Effect of Y Distribution onOxidation Kinetics of NiCoCrAlY Bond Alloys.Oxidation of Metals Journal. 69 1-12


Yanagida, H., K. Koumoto, dan M. Miyayama. 1996. TheChemistry of Ceramics. New York : John Wiley &Sons. ISBN 0 471 95627 9.

Yu, Qinghe, Chungen Zhou, Huiyan Zhang, Feng Zhao.2009.Thermal Stability of Nanostructured 13 wt% Al2O3–8wt%Y2O3–ZrO2 Thermal Barrier Coatings. Journal of theEuropean Ceramic Society 30 889–897.

BIODATA PENULIS

Penulis bernama Chaizi Nasucha yangdilahirkan di Jombang, 13 Juni 1993merupakan seorang putra dari Bpk Mujib danIbu Siti Robitah. Penulis adalah anak keduadari dua bersaudara. Penulis telah menempuhpendidikan formal di MI Ibtidaiyah Bangsri,MtsN Tambakberas, dan SMA Negeri 3Jombang. Setelah lulus dari pendidikan SMAtahun 2011, penulis melanjutkan pendidikandi Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS.

Selama kuliah di ITS, penulis aktif dibidang akademik maupunnonakademik. Aktif berperan di kegiatan organisasi HimpunanMahasiswa Teknik Material (HMMT FTI-ITS) dan LDJ Ash-Habul Kahfi HMMT FTI-ITS sebagai anggota aktif. MenjadiDirektur Bisnis UKM Koperasi Mahasiswa Pada tahun 2014-2015.

Pengalaman kerja yang pernah diikuti yakni kerja praktekpada bulan juli 2014 di PT. Dirgantara Indonesia (Persero)Bandung. Menganalisa permasalahan Proses Saturation shotpeening dan corrective shot peening pada Al 7085 –T7651sebagai front spar Airbus A380 di PT. DirgantaraIndonesia (Persero).

Tugas akhir yang dibuat yakni pelapisan keramik YSZ /YSZ-Al2O3 pada substrat Hastelloy X dengan judul “PengaruhVariasi Feed Rate dan Jumlah Sapuan Komposit YSZ-Al2O3

Terhadap Ketahanan Termal dan Kekuatan Lekat PadaYSZ/YSZ-Al2O3 Double Layer TBC Untuk Aplikasi PadaNosel Roket” dan menggantarkan penulis lulus dari ITS denganGelar Sarjana Teknik (ST).

Email : [email protected]

LAMPIRAN

1. Hasil Pengujian Pull Off

Tabel 1.1 Hasil Pengujian Pull Off

Eksperimen

Variabel Kekuatan lekatFeed rate(g/min) Sapuan

I II III Rata-rata

1 14 1 17.35 20.25 17.22 18.27

2 14 2 15.31 14.43 15.21 14.98

3 14 3 13.23 14.69 14.77 14.23

4 17 1 23.05 22.55 22.98 22.86

5 17 2 21.73 21.04 20.71 21.16

6 17 3 18.24 21.24 20.98 20.15

7 20 1 14.38 15.36 16.21 15.32

8 20 2 13.37 15.78 14.58 14.58

9 20 3 11.84 12.91 14.23 12.99

Rata -rata 17.17

Perhitungan Rasio S/N (Signal to Noise) kekuatan lekat

(larger is better).

Rumus :

S/N = −10 log( ∑ )Keterangan :n : jumlah pengulangan dari suatu percobaany : nilai kekuatan lekat

Pada eksperimen ke 1 :S/N = −10 log ( . + . + . )

= −10 log[0.003044]= 25.17


= −10 log[0.004464]= 23.50


= −10 log[0.004977]= 23.03


= −10 log[0.001914]= 27.18


= −10 log[0.002236]= 26.51


= −10 log[0.002498]= 26.02


= −10 log[0.004293]= 23.67


= −10 log[0.004771]= 23.21


= −10 log[0.006024]= 22.20

Tabel 1.2 Rasio S/N Kekuatan LekatMatriks Ortogonal L9 (32)

NoVariabel Kekuatan lekat (MPa) S/N

A B I II III1 1 1 17.35 20.25 17.22 25.17

2 1 2 15.31 14.43 15.21 23.50

3 1 3 13.23 14.69 14.77 23.03

4 2 1 23.05 22.55 22.98 27.18

5 2 2 21.73 21.04 20.71 26.51

6 2 3 18.24 21.24 20.98 26.02

7 3 1 14.38 15.36 16.21 23.67

8 3 2 13.37 15.78 14.58 23.21

9 3 3 11.84 12.91 14.23 22.20

Rata rata 24.50

Keterangan :A : Feed rateB : sapuan

Perhitungaan variabilitas nilai rasio S/NPerhitungan untuk faktor A (feed rate)A1 = (25.17 + 23.50 + 23.03)

= 23.90A2 = (27.18 + 26.51 + 26.02)

= 26.57A3 = (23.67 + 23.21 + 22.20)

= 23.03Perhitungan untuk faktor B (sapuan)B1 = (25.17 + 27.18 + 23.03)

= 25.34B2 = (23.50 + 26.51 + 23.21)

= 24.41B3 = (23.03 + 26.02 + 22.20)

= 23.75

Sehingga dari perhitungan tersebut didapatkan table sebagaiberikut :

Tabel 1.3 Respon Rasio S/N Nilai Kekuatan LekatA B

level 1 23.90 25.34level 2 26.57 24.41level 3 23.03 23.75selisih 3.54 1.59

peringkat 1 2

2. Hasil Pengujian Thermal Torch

Tabel 2.1 Hasil Pengukuran Volume Sampel Yang Rusak

NoVariabel Volume kerusakan (ml)

Feed rate(gr/menit) Sapuan I II III Rata-rata

1 14 1 0.10 0.10 0.10 0.100002 14 2 0.05 0.15 0.10 0.100003 14 3 0.15 0.10 0.05 0.100004 17 1 0.05 0.05 0.05 0.050005 17 2 0.05 0.05 0.10 0.066676 17 3 0.10 0.10 0.05 0.083337 20 1 0.10 0.10 0.15 0.116678 20 2 0.05 0.10 0.20 0.116679 20 3 0.15 0.10 0.20 0.15000

Rata-rata 0.09815

Perhitungan rasio S/N (Signal to Noise) ketahanan thermal

(Smaller is better).Rumus :

S/N = −10 log(∑ )Keterangan :n : jumlah pengulangan dari suatu percobaany : nilai Ketahanan Thermal

(Pendekatan Volume)


= −10 log[0.01]= 20.00


= −10 log[0.011667]= 19.33


= −10 log[0.011667]= 19.33


= −10 log[0.00250]= 26.02


= −10 log[0.0050]= 23.01


= −10 log[0.00750]= 21.25


= −10 log[0.014167]= 18.94


= −10 log[0.01750]= 17.57


= −10 log[0.024167]= 16.17

Sehingga didapatkan perhitungan S/N secara keseluruhan yangdapat dilihatg pada Tabel xx sebagai berikut :

Tabel 2.2 Rasio S/N Volume RusakMatriks Ortogonal L9 (32)

NoFaktor Volume Kerusakan (ml) S/NA B I II III

1 1 1 0.10 0.10 0.10 20.002 1 2 0.05 0.15 0.10 19.333 1 3 0.15 0.10 0.05 19.334 2 1 0.05 0.05 0.05 26.025 2 2 0.05 0.05 0.10 23.016 2 3 0.10 0.10 0.05 21.257 3 1 0.10 0.10 0.15 18.498 3 2 0.05 0.10 0.20 17.579 3 3 0.15 0.10 0.20 16.17

Rata rata 20.13

Perhitungaan variabilitas nilai rasio S/N

Perhitungan untuk faktor A (feed rate)A1 = (20.00 + 19.33 + 19.33)

= 19.55A2 = (26.02 + 23.01 + 21.25)

= 23.43A3 = (18.49 + 17.57 + 16.17)

= 17.41Perhitungan untuk faktor B (sapuan)B1 = (20.00 + 26.02 + 18.49)

= 21.50B2 = (19.33 + 23.01 + 21.25)

= 19.97B3 = (19.33 + 21.25 + 16.17)

= 18.92


Tabel 2.3 Respon Rasio S/N Nilai Volume RusakA B

level 1 19.55 21.50level 2 23.43 19.97level 3 17.41 18.92selisih 6.02 2.59

peringkat 1 2

Tabel 2.4 Hasil Pengukuran Selisih Massa Sampel Sebelum Dan Sesudah Uji Thermal Torch

NoVariabel Selisih massa (gram)

Feed rate(gr/menit) Sapuan Sebelum Setelah I Sebelum Setelah II Sebelum Setelah III Rata-

rata

1 14 1 25.079 23.942 1.137 25.151 23.985 1.166 25.583 24.475 1.108 1.1372 14 2 27.135 25.844 1.291 25.883 24.607 1.276 25.966 24.687 1.279 1.2823 14 3 27.278 25.575 1.703 25.966 24.276 1.690 25.395 23.694 1.701 1.6984 17 1 26.012 25.417 0.595 25.395 24.786 0.610 26.278 25.671 0.607 0.6045 17 2 27.337 26.542 0.796 26.415 25.624 0.791 26.012 25.225 0.788 0.7916 17 3 27.355 26.179 1.175 26.185 25.010 1.175 27.337 26.159 1.179 1.1767 20 1 31.273 30.073 1.200 28.167 26.958 1.210 25.789 24.577 1.211 1.2078 20 2 27.150 25.650 1.501 27.354 25.950 1.405 25.465 24.077 1.388 1.4319 20 3 27.487 25.739 1.748 27.879 26.099 1.780 26.876 25.183 1.693 1.740

Rata-rata 1.2296

Perhitungan rasio S/N (Signal to Noise) ketahanan thermal

(Smaller is better).Rumus :

S/N = −10 log(∑ )Keterangan :n : jumlah pengulangan dari suatu percobaany : nilai Ketahanan Thermal

(Pendekatan Massa)


= −10 log[1.292]= -1.114


= −10 log[1.643]= -2.156


= −10 log[2.882]= -4.598


= −10 log[0.365]= 4.381


= −10 log[0.626]= 2.033


= −10 log[1.384]= -1.411


= −10 log[1.456]= -1.633


= −10 log[2.051]= -3.119


= −10 log[3.030]= -4.814

Sehingga didapatkan perhitungan S/N secara keseluruhan sebagai berikut :

Tabel 2.5 Rasio S/N Selisih MassaMatriks Ortogonal L9 (32)

NoFaktor Selisih massa (gram) S/NA B Sebelum Setelah I Sebelum Setelah II Sebelum Setelah III

1 1 1 25.079 23.942 1.137 25.151 23.985 1.166 25.583 24.475 1.108 -1.1142 1 2 27.135 25.844 1.291 25.883 24.607 1.276 25.966 24.687 1.279 -2.1563 1 3 27.278 25.575 1.703 25.966 24.276 1.690 25.395 23.694 1.701 -4.5984 2 1 26.012 25.417 0.595 25.395 24.786 0.610 26.278 25.671 0.607 4.381

5 2 2 27.337 26.542 0.796 26.415 25.624 0.791 26.012 25.225 0.788 2.033

6 2 3 27.355 26.179 1.175 26.185 25.010 1.175 27.337 26.159 1.179 -1.411

7 3 1 31.273 30.073 1.200 28.167 26.958 1.210 25.789 24.577 1.211 -1.6338 3 2 27.150 25.650 1.501 27.354 25.950 1.405 25.465 24.077 1.388 -3.1199 3 3 27.487 25.739 1.748 27.879 26.099 1.780 26.876 25.183 1.693 -4.814

Rata- rata -1.381

Perhitungaan variabilitas nilai rasio S/N

Perhitungan untuk faktor A (feed rate)A1 = (−1.114 + (−2.156) + (−4.598))

= - 2.623A2 = (4.381 + 2.033 + (−1.411))

= 1.668A3 = (−1.633 + (−3.119) + (−4.814))

= -3.189Perhitungan untuk faktor B (sapuan)B1 = (−1.114 + 4.381 + (−1.633))

= 0.545B2 = (−2.156 + 2.033 + (−3.119))

= -1.081B3 = (−4.598 + (−1.411) + (−4.814))

= -3.608


Tabel 2.6 Respon Rasio S/N Nilai Selisih MassaA B

level 1 -2.62 0.54level 2 1.67 -1.08level 3 -3.19 -3.61selisih 4.86 -4.15

peringkat 1 2

3. Hasil Pengujian TGA

TGA 14 G/min, 1x Sapuan

Gambar 3.1 Grafik Pertambahan Massa

Gambar 3.2 Grafik 1st Derivative

TGA Tanpa Coating



4. Hasil Pengujian XRDXRD Sebelum Uji Thermal1. 14 1

2. 17 1

3. 20 1

4. 20 3

XRD Sesudah Uji Thermal

1. 14 1

2. 17 1

3. 20 1

4. 20 3

Kartu PDF Analisa XRDAl2O3 (01-073-5928)

AlNi3 (01-071-5884)

t-ZrO2(01-075-9646)

m-ZrO2 (00-037-1484)

c-ZrO2

Al2O3 (01-088-0826 )

5. Hasil Pengujian SEMUkuran Lapisan TGO Sebelum Uji Termal1. Sampel 14 g/min- 1x

Lebar rata-rata = (3,957 + 5,593 + 3,098 )/3= 4,206 µm

2. Sampel 17 g/min- 1x

Lebar rata-rata = (3,009 + 3,139 + 2,276 + 2,067)/3= 2,623 µm


Lebar rata-rata = (3,967 + 4,429 + 3,377+ 4,431 )/3= 4.431 µm4. Sampel 20 g/min- 3x

Lebar rata-rata = (8.778 + 4.796 + 8.097+ 1.225) )/3= 5.724 µm

SetelahUji Termal1. Sampel 14 g/min- 1x

Lebar rata-rata = (4,56 + 5,756 + 6,569 )/3= 6,011 µm


Lebar rata-rata = (3,214 + 4,359 +4,213 +2,046 + 2,639)/5= 3,294 µm


Lebar rata-rata = (8.144 + 8.242 + 9.861+ 5.221)/4= 7.867 µm


Lebar rata-rata = (9.124 + 8.534 + 5.432+ 8.672+9.131 )/4= 8.1786µm

Ukuran Porositas Surface Coating


luasan gambar = 1191 x 1025 = 1.220.775 µm2

luasan porositas (diasumsikan lingkaran)

= ¼ π (16.97 +25.75 + 40.4 + 18.8 +19.85+ 30.4 +27.98 +53.67+43.19 + 45.47 + 32.24 + 12.39 + 33.98+ 32.72)2

= 174.736,84 µm2

%Pporositas = (Luasan Porositas / Luasan Total) x 100%

= (1.220.775/174.736,84) x 100 %

= 12,10 %




= ¼ π (9,398 + 9,325 + 42,03+20,98+18,65+24,73+12,61+27,98+ 38,54+20,98+ 14,93+27,19 )2

= 56.105,74 µm2


= (1.220.775/56.105,74) x 100 %

= 4,60 %


luasan gambar = 1191 x 1025 = 1.220.775 µm


= ¼ π (18,65+14,04+11,66+28,36+16,97+9,96+29,97+37,95+22,18+25,75+11,06+22,15+21,01+90,57 )2

= 101.894,32 µm2


= (1.220.775/ 101.894,32) x 100 %

= 8,35 %




= ¼ π (10,86+27,19+5,213+8,24+11,06+21,01+13,03+ 20,39+11,48+18,8+38,75+14,23+15,85+11,54+18,98 )2

= 47.745,98 µm2


= (1.220.775/ 47.745,98) x 100 %

= 3,91 %




= ¼ π (55,23+28,79+12,87+15,55+12+ 19,95+ 17,48+ 14,0824,26 )2

= 31.465,97 µm2


= (1.220.775/ 31.465,97) x 100 %

= 2,58 %




= ¼ π (15,35+20,36+13,19+16,36+10,75+19,85+12,17+12,67+14,61+24,7+16,36+19,85+14,23)2

= 34.767,02 µm2


= (1.220.775/ 34.767,02) x 100 %

= 2,85 %




= ¼ π (4,66+4,945+11,89+9,325+12,39 +15,64+15,2+13,03+15,15+15,15+18,69+15,15+16,36+14,04+7,464+8,486+ 15,15+ 12,82+ 5,944+ 12,64)2

= 46.783,27µm2


= (1.220.775/ 46.783,27) x 100 %

= 3,83 %




= ¼ π (13,03+11,66+14,04+36,19+1,19+12,55+15,2+19,82+15,33+17,48+16,36+13,03+18,83)2

= 32.896,35 µm2


= (1.220.775/ 32.896,35) x 100 %

= 2,69 %




= ¼ π (19,85+26,91+5,94+14,04+17,52+17,33+13,29+ 16,97+13,03+16,69+16,57+15,15+17,794)2

= 34.975,49 µm2


= (1.220.775/ 34.975,49) x 100 %

= 2,87 %

6. Hasil pengukuran Kekasaran PermukaanTabel 6.1 Kedalaman Permukaan Dengan Menggunakan Metode

Pendekatan Alat Roughness Meter14 1x 14 2x 14 3x 17 1x 17 2x 17 3x 20 1x 20 2x 20 3x

200 308 458 346 140 230 179 304 495

130 254 402 103 96 102 139 302 470

162 348 461 170 106 162 132 326 384

306 300 310 346 88 144 252 292 417

248 390 385 108 252 184 401 290 422

298 350 352 89 79 184 292 301 605

221 160 175 179 112 212 116 259 179

177 175 123 185 74 125 132 167 132

142 130 306 320 98 128 315 196 114

278 338 295 304 232 117 231 225 356

326 284 482 116 145 268 200 177 438

139 200 179 242 212 81 136 148 150

200 130 224 104 145 124 131 184 188

114 218 178 111 212 110 115 86 190

160 356 465 70 118 112 294 174 291

339 320 482 52 278 297 154 158 455

294 154 446 159 320 117 139 198 282

144 136 178 115 152 134 124 137 131

116 298 137 312 129 162 303 135 175

251 430 360 208 127 121 360 218 169

409 372 392 442 134 296 260 197 338

374 352 202 311 321 194 241 212 292

320 360 436 281 130 182 220 248 250

275 312 346 370 170 201 300 140 288

355 370 464 378 186 260 302 116 322

Tabel 6.2 Z Score Kekasaran Permukaan Hasil Coating

14 1x 14 2x 14 3x 17 1x 17 2x 17 3x 20 1x 20 2x 20 3x

2.203 -1.422 -5.266 -5.621 1.549 -4.841 2.317 -7.183 -7.211

6.144 1.509 -2.970 4.954 4.613 5.465 4.651 -7.034 -6.280

4.342 -3.594 -5.389 2.038 3.916 0.634 5.060 -8.823 -3.078

-3.766 -0.988 0.800 -5.621 5.170 2.084 -1.942 -6.289 -4.307

-0.500 -5.874 -2.274 4.736 -6.251 -1.137 -10.635 -6.140 -4.493

-3.315 -3.702 -0.921 5.563 5.797 -1.137 -4.275 -6.960 -11.306

1.020 6.612 6.333 1.647 3.499 -3.391 5.993 -3.830 4.554

3.498 5.798 8.464 1.386 6.145 3.614 5.060 3.025 6.304

5.468 8.241 0.964 -4.489 4.474 3.372 -5.617 0.864 6.974

-2.189 -3.051 1.415 -3.793 -4.858 4.258 -0.716 -1.297 -2.036

-4.892 -0.119 -6.249 4.388 1.201 -7.900 1.092 2.280 -5.089

5.637 4.441 6.169 -1.095 -3.465 7.156 4.826 4.441 5.634

2.203 8.241 4.325 4.910 1.201 3.694 5.118 1.759 4.219

7.045 3.464 6.210 4.606 -3.465 4.821 6.051 9.061 4.144

4.455 -4.028 -5.552 6.390 3.081 4.660 -4.392 2.504 0.384

-5.624 -2.074 -6.249 7.173 -8.061 -10.235 3.776 3.696 -5.722

-3.090 6.938 -4.774 2.517 -10.986 4.258 4.651 0.715 0.719

5.356 7.915 6.210 4.432 0.713 2.889 5.526 5.261 6.341

6.932 -0.879 7.890 -4.141 2.315 0.634 -4.917 5.410 4.703

-0.669 -8.046 -1.249 0.385 2.454 3.936 -8.243 -0.775 4.926

-9.565 -4.897 -2.561 -9.798 1.967 -10.155 -2.408 0.790 -1.366

-7.595 -3.811 5.226 -4.097-

11.056

-1.942 -1.300 -0.328 0.347

-4.554 -4.245 -4.364 -2.792 2.245 -0.976 -0.075 -3.010 1.911

-2.020 -1.640 -0.675 -6.665 -0.540 -2.506 -4.742 5.037 0.496

-6.525 -4.788 -5.511 -7.013 -1.655 -7.256 -4.859 6.826 -0.770

-10.000-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

14 g/min, 1x sapuan

-10.000-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

14 g/min, 2x sapuan

-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

14 g/min, 3x sapuan

-12.000-10.000

-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

17 g/min, 1x sapuan

-12.000-10.000

-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

17 g/min, 2x sapuan

-12.000-10.000

-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

17 g/min, 3x sapuan

-12.000-10.000

-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

20 g/min, 1x sapuan

-10.000-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

10.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

20 g/min, 2x sapuan

Rumus :

% Porositas = 100%Perhitungan :

% Porositas 14 g/min-1x = 100% = 44 %

% Porositas 14 g/min-2x = 100% = 52 %

% Porositas 14 g/min-3x = 100% = 48 %

% Porositas 17 g/min-1x = 100% = 40 %

% Porositas 17 g/min-2x = 100% = 32 %

% Porositas 17 g/min-3x = 100% = 32 %

% Porositas 20 g/min-1x = 100% = 44 %

-14.000-12.000-10.000

-8.000-6.000-4.000-2.0000.0002.0004.0006.0008.000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425

20 g/min, 3x sapuan

% Porositas 20 g/min-2x = 100% = 36 %

% Porositas 20 g/min-3x = 100% = 40 %

Tabel 3.2 Presentase Porositas Berdasarkan KedalamanPermukaan

feedrate

(g/min)sapuan Porositas

(%)

14 1x 4414 2x 5214 3x 4817 1x 4017 2x 3217 3x 3220 1x 4420 2x 3620 3x 40

1. 14- 1x14 1x 1 2 3 4 5

1 2.203 -3.315 -4.892 -5.624 -9.5652 6.144 1.020 5.637 -3.090 -7.5953 4.342 3.498 2.203 5.356 -4.5544 -3.766 5.468 7.045 6.932 -2.0205 -0.500 -2.189 4.455 -0.669 -6.525

1

35

-15.000-10.000-5.0000.0005.000

10.00015.000

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000 10.000-15.000

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-10.000--5.000 -5.000-0.000 0.000-5.000 5.000-10.000

2. 14-2x14 2x 1 2 3 4 5

1 -1.422 -3.702 -0.119 -2.074 -4.8972 1.509 6.612 4.441 6.938 -3.8113 -3.594 5.798 8.241 7.915 -4.2454 -0.988 8.241 3.464 -0.879 -1.6405 -5.874 -3.051 -4.028 -8.046 -4.788

1

35

-15.000-10.000-5.0000.0005.000

10.00015.000

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000 10.000-15.000

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-10.000--5.000 -5.000-0.000 0.000-5.000 5.000-10.000

3. 14- 3x14 3x 1 2 3 4 5

1 -5.266 -0.921 -6.249 -6.249 -2.5612 -2.970 6.333 6.169 -4.774 5.2263 -5.389 8.464 4.325 6.210 -4.3644 0.800 0.964 6.210 7.890 -0.6755 -2.274 1.415 -5.552 -1.249 -5.511

1

35

-15.000-10.000-5.0000.0005.000

10.00015.000

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000 10.000-15.000

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-10.000--5.000 -5.000-0.000 0.000-5.000 5.000-10.000

4. 17-1x17 1x 1 2 3 4 5

1 -5.621 5.563 4.388 7.173 -9.7982 4.954 1.647 -1.095 2.517 -4.0973 2.038 1.386 4.910 4.432 -2.7924 -5.621 -4.489 4.606 -4.141 -6.6655 4.736 -3.793 6.390 0.385 -7.013

1

3

5

-15-10-505

1015

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15--10 -10--5 -5-0 0-5 5-10 10-15

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-10--5 -5-0 0-5 5-10

5. 17-2x

17 2x 1 2 3 4 51 1.549 5.797 1.201 -8.061 1.9672 4.613 3.499 -3.465 -10.986 -11.0563 3.916 6.145 1.201 0.713 2.2454 5.170 4.474 -3.465 2.315 -0.5405 -6.251 -4.858 3.081 2.454 -1.655

1

3

5

-15-10-505

1015

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15--10 -10--5 -5-0 0-5 5-10 10-15

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-15--10 -10--5 -5-0 0-5 5-10

6. 17-3x

17 3x 1 2 3 4 51 -4.841 -1.137 -7.900 -10.235 -10.1552 5.465 -3.391 7.156 4.258 -1.9423 0.634 3.614 3.694 2.889 -0.9764 2.084 3.372 4.821 0.634 -2.5065 -1.137 4.258 4.660 3.936 -7.256

1

3

5

-15-10-505

1015

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15--10 -10--5 -5-0 0-5 5-10 10-15

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-15--10 -10--5 -5-0 0-5 5-10

7. 20-1x

20 1x 1 2 3 4 51 2.317 -4.275 1.092 3.776 -2.4082 4.651 5.993 4.826 4.651 -1.3003 5.060 5.060 5.118 5.526 -0.0754 -1.942 -5.617 6.051 -4.917 -4.7425 -10.635 -0.716 -4.392 -8.243 -4.859

1

35

-15.000-10.000-5.0000.0005.000

10.00015.000

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000 10.000-15.000

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000

8. 20-2x20 2x 1 2 3 4 5

1 -7.183 -6.960 2.280 3.696 0.7902 -7.034 -3.830 4.441 0.715 -0.3283 -8.823 3.025 1.759 5.261 -3.0104 -6.289 0.864 9.061 5.410 5.0375 -6.140 -1.297 2.504 -0.775 6.826

1

35

-15.000-10.000-5.0000.0005.000

10.00015.000

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000 10.000-15.000

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-10.000--5.000 -5.000-0.000 0.000-5.000 5.000-10.000

9. 20-3x

20 3x 1 2 3 4 51 -7.211 -11.306 -5.089 -5.722 -1.3662 -6.280 4.554 5.634 0.719 0.3473 -3.078 6.304 4.219 6.341 1.9114 -4.307 6.974 4.144 4.703 0.4965 -4.493 -2.036 0.384 4.926 -0.770

1

35

-15.000-10.000-5.0000.0005.000

10.00015.000

1 2 3 4 5

Surface Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000 10.000-15.000

1

2

3

4

5

1 2 3 4 5

Contour Plot

-15.000--10.000 -10.000--5.000 -5.000-0.000

0.000-5.000 5.000-10.000

TUGAS AKHIR – TL141584 PENGARUH VARIASI FEED RATE DAN ...

Documents

Transcript of TUGAS AKHIR – TL141584 PENGARUH VARIASI FEED RATE DAN ...