Jenis-Jenis Logam Refraktori

Refraktori meruakan material yang mampu bertahan , serta tidak mengalami pelunakan dan deformasi pada suhu yang sangat tinggi. Material refraktori yang paling umum adalah keramik. Keramik mampu bertahan pada suhu yang sangat tinggi lebh dari 1580°C. Tidak hanya keramik yang memiliki ketahanan terhadap suhu tinggi, beberapa logam pun memiliki karakteristik seperti itu. Logam-logam yang demikian disebut dengan logam refraktori.

Logam refraktori adalah logam yang mampu mempertahankan kekuatannya pada suhu tinggi. Logam ini memiliki titik lebur yang sanngat tinggi sehingga cocok untuk aplikasi yang dioperasikan pada lingkungan bersuhu tinggi. Kelemahan logam refraktori adalah ketahanan korosi dan oksidasi yang cukup buruk. Namun demikian, pemberian lapaisan protektif (coating) dapat memperbaiki ketahanan korosi dan oksidasi logam ini. Logam-logam yang tergolong sebagai logam refraktori adalah niobium, tantalum, vanadium, molibdenum, tungsten dan renium. Dalam definisi yang lebih luas, titanium, vanadium, kromium, zirkonium dan hafnium juga dapat digolongkan sebagai logam refraktori.

Niobium

Niobium adalah salah satu logam refraktori yang dalam keadaan murni merupakan logam yang ullet dan mudah difabrikasi pada suhu ruang. Titik lebur logam ini adalah 2.468°C. Niobium dapat membentuk lapisan oksida pada hampir semua lingkungan asam. Lapisan ini memberikan ketahanan korosi yang baik, khususnya terhadap asam nitrat dan hidroklorat. Pada suhu yang tinggi logam ini bereaksi dengan halogen, oksigen, nitrogen, karbon, hidrogen dan sulfur. Reaksi tersebut membentuk senyawa yang memiliki titik lebur sangat tinggi, terutama jika bereaksi dengan karbon, boron, silikon dan nitrogen.

Kebanyakan niobium ditemukan bersama dengan tantalum. Bijih niobium yang sering ditemukan adalah columbite, niobite-tentalite, pyrochlore dan euxenite. Namun demikian, jumlah biji niobium yang paling banyak ditemukan adalah pyrochlore. Proses ekstraksi niobium melibatkan proses klorinisasi, diikuti dengan proses destillasi dan hidrolisis, hingga dihasilkan bentuk oksida dari niobium. Niobiumm kemudian diekstrak melalui reaksi aluminotermik sesuai reaksi dalam persamaan berikut.

3Nb₂O₅+ 10Al → 6Nb + 5Al₂O₃

Selama reaksi ini, oksida akan terpisah dari niobium cair dan menjadi terak. Penggunaan niobium lebih banyak pada aplikasi yang membutuhkan ketahanan suhu tinggi, seperti komponen pesawat luar angkasa dan roket. Paduan Nb-10W-10Hf-0,1Y digunakan untuk kendaraan luar angkasa yang membutuhkan ketahanan suhu tinggi ketika melintasi atmosfer bumi. Selain itu, paduan ini juga dipakai untuk pesawat supersonik, serta bagian moncong rudal dan roket. Seri yang digunakan untuk paduan nuklir adalah paduan Nb-1Zr, dimana memiliki ketahanan korosi serta ketahanan radiasi yang baik. paduan ini juga digunakan dalam komonen lampu uap magnesium.

Tantalum

Tantalum adalah logam refraktori dengan berat jenis sebesar 16,6 g/cm3, tantalumtermasuk kedalam logam yang berat. Titik lebur logam ini mecapai 2.996°C. Selain itu, logam ini mempunyai keuletan, ketangguhan dan konduktivitas termal yang sangat baik. Ketahanan korosi logam ini sangat baik, khususnya terhadap lingkungan asam, senyawa organik, dan larutan garam. Namun demikian, tantalum dapat terdegradasi oleh asam hidroflourat, alkali kuat, bromin yang tercapur methanol dan uap asam sulfat.

Logam tantalum umumnya berasal dari bijih tantalite ( FeO.Ta₂O₅). Proses ekstraksi biasanya diawali dengan memisahkan bijih dari pengotor dan melakukan pengendapan hidroksidanya. Proses dilanjutkan dengan melakukan kalsinasi untuk pembentuk tantalum pentaoksida atau melakukan kristalisasi dengann potasium flourida (KF) hingga terbentuk potasium flourotantalat (K₂TaF₇). Potasium flourotantalat yang terbentuk kemudian direduksi dengan lelehan sodium hingga dihasilkan serbuk tantalum. Serbuk tantalum yang terbentuk dapat dimurnikan dengan proses peleburan sinar elektron hingga memperoleh kemurnian lebih dari 99,95%.

Tantalum dapat digunakan untuk filamen bola lampu. Filamen tantalum akan berpijar pada suhu 1.700°C, lebih rendah 400°C dari filamen tungsten. Hal tersebut menjadikan bola lampu tantalum lebih unggul daripada bila lampu tungsten. Paduan Ta-10W biasa diaplikasikan pada komponen-komponen pesawat luar angkasa, seperti katup gas, mesin roket, dan baut pengencang. Dalam bidang kedokteran, tantalum banyak dipakai untuk peralatan bedah dan peralatan kimia yang tahan terhadap zat asam. Tantalum juga dapat dimanfaatkan sebagai kapasitor yang diaplikasikasikan pada telepon seluler dan peralatan elektronik lain.

Molibdenum

Molibdenum merupakan logam berwarna putih yang ulet dan lebih lunak daripada tungsten. Logam ini memiliki titik lebur 2.621°C dan berat jenis 10,2 g/cm3. Penguatan yang bisa dilakukan pada logam ini adalah dengan pengerasan regang saja, tidak bisa dengan perlakuan panas. Pada suhu ruang, molibdenum tidak bereaksi dengan oksigen dan air. Namun demikian, pada suhu tinggi, molibdenum bereaksi dengan oksigen membentuk molibdenum trioksida. Eksapansi panas yang dimiliki molibdenum paling kecil jika dibandingkan dengan logam komersial lainnya, sedangkan konduktivitas panasnya dua kali lipat besi.

Bijih molibdenum yang paling banyak diolah menjadi molibdenum disulfida (MoS2). Bijih tersebut mengandung kurang lebih 60% molibdenum. Proses produksi molibdenum diawali dengan pembakaran molibdenum disulfida pada suhu 700°C hingga teroksidasi menjadi molibdenum (VI) Oksida (MoO3). Oksida molibdenum tersebut kemudian diekstraksi menjadi serbuk molibdenum melalui proses reduksi dengan hidrogen.

Aplikasi molibdenum antara lain untuk unsur paduan pada baja dan besi tuang untuk meningkatkan kemampukerasan, ketangguhan, kekuatan, ketahanan mulur, dan ketahanan korosi. Molibdenum juga digunakan sebagai bahan dasar katoda yang dipakai pada radar. Di bidang industri, molibdenum dipakai untuk inti pada pengecoran dengan pencetakan logam dan sebagai elemen pemanas pada dapur listrik. Industri listrik kima, kaca, rudal, dan pesawat terbang juga banyak menggunakan molibdenum sebagai bahan dasarnya.

Tungsten

Tungsten merupakan logam berwarna putih keabu-abuan yang memiliki berat jenis 19,6 g/cm3. Titik lebur yang mencapai 3.410°C menjadikan tungsten sebagai logam dengan titik lebur tertinggi diantara titik lebur logam-logam lainnya. Pada suhu ruang, tungsten tahan terhadap banyak zat kimia, tetapi tungsten dapat larut dalam larutan asam nitrat dan asam hidroflourat. Pada suhu yang lebih tinggi, kecenderungan tungsten untuk terserang lebih besar. Pada suhu loebih dari 250°C, tungsten bereaksi dengan cepat terhadap asam folat dan klorin. Tungsten akan teroksidasi diatas suhu 500°C. Tungsten mulai bereaksi dengan banyak gas pada suhu 1000°C, sedangkan pada suhu lebih dari 1000°C, tungsten mulai bereaksi dengan logam-logam lain.

Wolframite atau ( FeMn) WO3 adalah bijih tungsten yang paling utama. Proses pengolahan bijih tungsten melalui beberapa tahap. Tahap awala yang paling penting adalah mengubah bijih tungsten menjadi bentuk oksidanya, WO3. Kemudian oksida tersebut dipanaskan bersama hidrogen atau karbon agar menjadi serbuk tungsten. Serbuk tersebut selanjutnya dapat diolah dengan metalurgi serbuk menjadi produk padat.

Tungsten diaplikasikan untuk alat potong dan berbagai apikasi yang membutuhkan ketahanan aus. Dengan mengkombinasikan tungsten dengan kobalt sebagai pengikat, tungsten dapat dibentuk menjadi karbida sementit yang tahan aus. Dalam bentuk kawatnya, tungsten dapat dipakai untuk bohlam, peralatan elektronik dan alat pengukur suhu termokopel. Beberapa jenis paduan super juga memanfaatkan tungsten sebagai paduannya, seperti hastelloy dan stellite yang dipakai pada baling-baling turbin.

Rhenium

Rhenium merupakan logam dasar yang banyak terdapat pada beberapa jenis material, tetapi dalam jumlah yang sangat sedikit. Logam ini memiliki berat jenis 21,4 g/cm3, atau dua kali lebih berat daripada timbal. Titik lebur logam ini mencapai 3.180°C. Logam yang berwarna putih keperakan ini adalah logam yang cukup keras. Perbedaan logam ini dengan logam refraktori lainnya adalah rhenium tidak dapat membentuk karbida. Ketahanan kimia renium tergolong baik, sebab tahan terhadap asam sulfat dan asam hidroklorat, tetapi tidak pada asam nitrat. Rhenium juga tahan terhadap timah, seng, perak, tembaga dan aluminium cair.

Sumber rhenium yang umum adalah asam perrhenik (HreO4) dan amonium perrhenat (NH4ReO4). Sumber yang lebih sering diolah menjadi logam rhenium adalah amonium perrhenat. Amonium perrhenat diubah menjadi serbuk menjadi serbuk rhenium melalui proses reduksi hidrogen. Reduksi hidrogen tersebut dilakukan pada suhu 380°C sesuai dengan persamaan reaksi berikut.

2NH₄ReO₄+ 7H₂→ 2Re + 8H₂O + 2NH₃

Proses dilanjutkan dengan pemurnian dan siklus reduksi pada suhu sekitar 700-800°C, untuk menghilangkan sisa rhenium oksida yang masih tersisa. Pembentukan serbuk menjadi logam padat biasanya dilakukan dengan penekanan dingin yang dilanjutkan dengan proses sintering.

Hasil proses sintering dapat dicapai dengan proses anealing berulang hingga mampu dibentuk menjadi berbagai bentuk produk. Renium banyak dipasarkan dala bentuk batangan, balok, lembaran dan kawat. Paduan tungsten-rhenium merupakan paduan yang sering digunakan sebagai termokopel. Paduan super yang ditambahkan pada rhenium merupakan material untuk membuat komponen mesin pesawat jet.

Referensi :

T.Sofyan, Bondan.2011. Pengantar Material Teknik.
Jakarta : Salemba Teknika

ETSWORLDS

Ads