Optimasi Unjuk Kerja Mesin Nitridasi Ion

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 19 September 2006

OPTIMASI UNJUK KERJA MESIN NITRIDASI ION Slamet Riyadi, Sukidi PTAPB- BATAN Jogyakarta ABSTRAK OPTIMASI UNJUK KERJA MESIN NITRIDASI ION. Telah dilakukan optimasi unjuk kerja mesin nitridasi ion untuk peningkatan sifat mekanik suatu material terutama kekerasan. Unjuk kerja mesin nitridasi ion antara lain : pemvakuman tabung plasma, tegangan operasi, arus, waktu dan suhu. Optimasi unjuk kerja mesin nitridasi ion dengan mengalirkan gas nitrogen sebesar 1 sampai dengan 4 skala flow meter secara bertahap dan setiap tahap diperlukan waktu 180 menit. Dari hasil percobaan diperoleh kondisi optimum dari parameter proses nitridasi sebagai berikut : Tekanan 0,16 mbar, Tegangan operasi 500 Volt, arus 560 mA, waktu 180 menit dan suhu 408 o o o C. Pada temperatur 453 C - 498 C dan arus 600 mA - 640 mA elektroda yang terbuat dari bahan Stainless steel berdimeter Ø 3,2 mm mengerak dan putus. ABSTRACT OPTIMAL OPERATION OF ION NITRIDIZATION MACHINE. It has been Optimal operation of ion nitridization machine for improving of mechanical of materials especially hardness. Optimal operation of ion nitridization machine it is ,plasma vacuum tube, operation voltage, current, time and temperature, operation of ion nitridization machine with to nitrogen gas 1 to 4 scale flowmeter and operation 180 minutes. From tray succes optimal condicions of parameter proces likes this, vacuum pressure 0,16 mbar, operation on voltage 500 Volt, , current 560 mA, long time 180 o o o minutes and temperature 408 C. On temperature 453 C - 498 C and current 600 mA- 640 mA electrode made of stainless steel diameter Ø 3,2 mm was broken.

PENDAHULUAN

O

ptimasi pengoperasian suatu alat atau mesin adalah suatu usaha agar peralatan atau mesin yang dioperasikan dapat menghasilkan yang terbaik (optimum). Demikian juga mesin nitridasi ion yang dirancang untuk rekayasa peningkatan mutu permukaan dari suatu bahan. Karena kerusakan suatu bahan diawali dari permukaan, hal ini terjadi karena lingkungan (korosi atau oksidasi) atau aus akibat berinteraksi dengan benda lain, misalnya roda gigi pada mesin yang bergesekan antara dua komponen atau lebih[1]. Dipandang dari sudut keindahan, manusia senang akan penampilan maka yang indah dan menarik hal ini menjadi dasar pemikiran yang dapat diwujudkan dengan nama surface treatment (perlakuan permukaan). Surface treatment dapat diartikan suatu usaha dalam meningkatkan mutu/kualitas permukaan material/ komponen sesuai dengan yang diharapkan

Slamet Riyadi, dkk

Dalam surface treatment, yang berubah sifat hanya pada permukaannya saja, sedangkan bagian dalamnya tidak berubah. Metoda surface treatment sejak lama dilakukan adalah cara nitridasi menggunakan gas nitrogen (N2). Alasan metode ini adalah karena dapat menghasilkan kekerasan permukaan yang lebih tinggi dan meningkatkan ketahanan aus serta tahan korosi pada temperatur tinggi[2] . Proses nitridasi ini cocok digunakan untuk material baja paduan yang mengandung unsur paduan seperti Aluminium, Chromium, Molybdenum, Tungsten dan Vanadium. Kandungan karbon untuk baja yang dinitridasi adalah 0,2-0,5 %. Prinsip kerja dari proses nitridasi ini adalah penambahan nitrogen pada permukaannya sehingga menjadi keras[3] . Dalam prosesnya baja akan dikeraskan dipanaskan pada tabung yang diberi nitrogen. Nitrogen dihasilkan dari proses penguraian gas amoniak proses reaksinya pada suhu 500oC – 600oC

ISSN 1410 – 8178

43

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 19 September 2006

selama beberapa jam (1 – 100 Jam). Jumlah atom yang masuk ke dalam permukaan material tergantung dari suhu dan konsentrasi nitrogen. Karena proses nitridasi dilakukan pada suhu yang rendah, maka kemungkinan timbul distorsi pada benda kerja yang di nitridasi juga lebih kecil. Dengan demikian sebelum proses pengerasan permukaan material dilaksanakan, maka mesin nitridasi ion harus mempunyai unjuk kerja yang optimum [3] . Rumusan masalah 1. Dapatkah mesin nitridasi ion dioperasikan sesuai yang diharapkan ? 2. Adakah kendala dalam pengoperasian mesin nitridasi ion ? Manfaat penelitian Manfaat penelitian yang diharapkan adalah dengan penambahan unsur nitrogen pada mesin nitridasi ion akan diperoleh terbentuknya fasa baru

yaitu FeN, sehingga aplikasi mesin nitriding ion dimungkinkan untuk dikembangkan dalam skala industri. Misalnya perkakas-perkakas pada mesin produksi, pahat bubut, pisau frais dan lain sebagainya. Tujuan penelitian Mesin nitriding ion dapat dioperasikan secara optimun agar komponen yang telah dilakukan nitridasi dapat menghasilkan peningkatan sifat mekanik suatu material terutama kekerasan. TATA KERJA Alat Alat yang dipergunakan disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Alat yang dipergunakan. No

NAMA ALAT

MEREK

1.

Meter suhu digital

SIMADEN

SR 42

2.

Multi meter

SANWA

501 ZX-TR

3.

Trafo variac

Matsunaga

1,5 kV

4.

Pompa vakum

EDWARD

E2M-18

5.

Meter vakum

vacUUbrand

VAP2

Komponen dalam satu unit mesin nitridasi ion disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1: Diagram unit perangkat mesin nitridasi ion. Langkah kerja Setelah dilakukan instalasi mesin nitridasi ion yang terdiri dari : 1 set tabung plasma, 1 set instalasi vakum, 1 set sumber tegangan tinggi DC, meter suhu, meter arus, meter vakum. Kemudian 44

TIPE

mesin nitridasi ion dihidupkan untuk melakukan uji coba awal dengan memasukkan gas nitrogen hingga dicapai tekanan 0,14 mbar kemudian diberi tegangan sebesar 400 volt, arus 50 mA pada suhu 85 oC, maka tabung plasma terjadi glow discharg. Tetapi di dalam tabung plasma terjadi korona, sehingga membutuhkan waktu operasi 180 menit untuk menghilangkan korona. Setelah itu tegangan operasi dinaikkan menjadi 500 Volt dan dialiri gas nitrogen 1 skala flowmeter (Kgf / cm2) , maka terjadi kenaikan arus menjadi 60 mA pada suhu menjadi 113 oC pada tekanan 0,145 mbar. Langkah selanjutnya, gas nitrogen dialirkan sebanyak 4 tahap, di-mana setiap tahap dialirkan gas 1 skala flowmeter dengan waktu operasi setiap tahap 180 menit, serta tegangan tetap maka dihasilkan tekanan, arus dan suhu sebagai berikut : Tahap 1, tekanan 1,50 mbar, arus 205 mA dan suhu 212 oC, tahap 2, tekanan 1,55 mbar, arus 350 mA dan suhu 310 oC, tahap3, tekanan 1,60 mbar, arus 560 mA dan suhu 408 oC, tahap 4, tekanan 1,65, arus 640 mA dan suhu 498 oC.

ISSN 1410 - 8178

Slamet Riyadi, dkk

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 19 September 2006

Setelah suhu mencapai antara 453 oC - 498 C dan arus 600 mA- 640 mA elektroda yang terbuat dari bahan Stainless steel berdimeter Ø 3,2 mm mengerak dan putus. Maka unjuk kerja mesin nitridasi ion paling optimum dan paling aman o

Tabel 1. Hasil unjuk kerja mesin nitridasi ion. No Tegangan Suhu ( Volt) ( oC ) 1 500 113

dibawah suhu 498 0C yaitu 408 0C, dan meter arus dibawah 640 mA yaitu 560 mA. HASIL DAN PEMBAHASAN Dengan dilakukannya unjuk kerja mesin nitridasi ion maka dihasilkan seperti Tabel 1.

Waktu ( menit ) 180

Tekanan vakum (mbar) 0,145

Arus ( mA ) 60

2

500

212

180

0,150

205

3

500

310

180

0,155

350

4

500

408

180

0,160

560

5

500

498

180

0,165

640

Hasil unjuk kerja mesin nitridasi setelah tabung divakum selama 60 menit, dihasilkan tekanan 0,14 mbar, ini menunjukkan bahwa sistim vakum keadaan baik dan meter vakum berfungsi baik karena tabung nitridasi tidak memerlukan vakum tinggi. Kemudian diberi tegangan 400 Volt maka dalam tabung plasma akan terjadi glow discharge, dan meter tegangan berfungsi dengan baik. Dengan melihat pada lobang pengintai, yang terjadi di dalam tabung plasma adalah korona, ini dapat diatasi dengan memperpanjang waktu operasi sampai 180 menit, pada tekanan 0,14 mbar, arus 50 mA dan suhu 85 oC, korona akan hilang dengan sendirinya dan plasma dalam tabung akan stabil. Setelah tabung plasma tidak terjadi korona kemudian tegangan operasi dinaikkan menjadi 500 Volt dan dialiri gas nitrogen 1 skala flowmeter, maka terjadi kenaikan arus menjadi 60 mA pada suhu menjadi 113 oC pada tekanan 0,145 mbar. Langkah selanjutnya, gas nitrogen dialirkan sebanyak 4 tahap, dimana setiap tahap dialirkan gas 1 skala flowmeter dengan waktu operasi setiap tahap 180 menit, serta tegangan tetap maka dihasilkan tekanan, arus dan suhu sebagai berikut : Tahap 1, tekanan 1,50 mbar, arus 205 mA dan suhu 212 oC, tahap 2, tekanan 1,55 mbar, arus 350 mA dan suhu 310 oC, tahap3, tekanan 1,60 mbar, arus 560 mA dan suhu 408 oC, tahap 4, tekanan 1,65, arus 640 mA dan suhu 498 oC. Setelah suhu mencapai antara 453 oC - 498 o C dan arus 600 mA- 640 mA elektroda yang terbuat dari bahan Stainless steel berdimeter Ø 3,2 mm mengerak dan putus, ini menunjukan bahwa setiap dialirkan gas akan berpengaruh pada kenaikan tekanan, suhu, dan arus, maka unjuk kerja mesin nitridasi ion paling optimum dan paling aman yaitu pada suhu 408 0C, dan arus 560 mA. Slamet Riyadi, dkk

Jika menginginkan mesin nitridasi ion mampu beroperasi di atas suhu 500 oC maka elektroda yang terbuat dari bahan Stainless steel berdiameter Ø 3,2 mm perlu diganti yang lebih besar. KESIMPULAN Setelah dilakukan dan mengetahui hasil optimasi unjuk kerja mesin nitridasi ion maka yang terjadi adalah sebagai berikut : 1. Terbentuknya plasma mengakibatkan kenaikan temperatur tabung plasma ( ruang nitridasi) sebagai akibat reaksi. 1. Dengan ditambahnya aliran gas nitrogen akan terjadi kenaikan arus plasma dan berpengaruh pula pada perubahan besarnya temperatur serta meter tekanan. 2. Tekanan relatif konstan, jika terjadi penurunan ini sangat kecil. a. Dengan disain tabung pengungkung maka hasil glow discharge plasma menjadi stabil dan merata sehingga efisien dalam proses nitridasi. 5. Sistim kontrol dan alat ukur berfungsi dengan baik, mudah dioperasikan sehingga cukup aman tingkat keselamatannya. 6. Unjuk kerja mesin nitridasi ion pada kondisi optimum dan paling aman yaitu pada suhu 408 0 C, dan arus 560 mA. 7. Mesin nitridasi ion mampu beroperasi diatas suhu 500 oC, jika elektroda yang terbuat dari bahan Stainless steel berdimeter Ø 3,2 mm diganti yang lebih besar UCAPAN TERIMA KASIH Dengan telah selesainya pembuatan instalasi mesin nitridasi ion ini, Kami mengucapkan

ISSN 1410 – 8178

45

PROSIDING SEMINAR NASIONAL PENELITIAN DAN PENGELOLAAN PERANGKAT NUKLIR Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan Yogyakarta, 19 September 2006

banyak terima kasih kepada Bapak : Drs Tjipto Suyitno, MT, APU; Sayono, ST; Djasiman, ST; Ir Suprapto; dan seluruh staf kelompok Aplikasi Akselerator atas segala bantuan yang telah diberikan. DAFTAR PUSTAKA 1. SURDIA, T, 1992 “ Pengetahuan bahan teknik “ PT Pradnya Paramita, Jakarta. 2. BOOTHROYD,G ; 1975 Fundamentals of metal machining and machine tool; Scripta Book Company, Washington DC. 3. SMITH W.F, Structure and properties of Engineering Alloy, second edition, Mc. Graw Hill Inc, 1993.

46

TANYA JAWAB Irianto ¾ Apa saja parameter proses yang mempengaruhi hasil optimasi unjuk kerja mesin nitridasi ion Slamet Riyadi — Parameter proses yang mempengaruhi adalah waktu deposisi, suhu, tekanan gas, daya plasma Eko Edy Karmanto ¾ Mesin nitridasi yang dioptimasi unjuk kerjanya buatan sendiri atau bel. Bagaimana menentukan nilai optimumnya / dibandingkan dengan data apa ? Slamet Riyadi — Mesin nitridasi buatan sendiri dan untuk . Untuk menentukan yaitu mesin dioperasikan pada kondisi maksimum dan dilihat hasilnya secara visual.

ISSN 1410 - 8178

Slamet Riyadi, dkk