Metalurgi Serbuk (Powder Metallurgy) : Karakteristik, Proses, Aplikasi dan Kelebihan

Apa itu metalurgi serbuk ? Metalurgi serbuk (Powder Metallurgy) adalah proses pembentukan logam menggunakan bahan berupa serbuk besi yang dilakukan dengan menekan dan memadatkan serbuk logam mendekati bentuk dari komponen akhir. Pada proses metalurgi serbuk memungkinkan untuk menghasilkan geometri yang sangat kompleks dan fitur yang rumit. Saat ini proses metalurgi serbuk secara luas digunakan untuk memproduksi komponen struktural sinter berkualitas tinggi untuk berbagai aplikasi dalam berbagai macam industri.

Metalurgi serbuk digunakan untuk membuat bahan dengan bentuk yang rumit yang tidak mungkin diproduksi dari peleburan atau pembentukan dengan metode lain. Oleh karena itu memungkinkan kombinasi bahan yang tidak mungkin tercampur dan memproses bahan dengan titik leleh yang sangat tinggi. Selain itu dapat membuat bentuk kompleks atau mengintegrasikan fitur atau fungsi desain tambahan dalam suatu produk.

Proses Metalurgi Serbuk 

Proses Metalurgi Serbuk (Powder Metallurgy)

Dalam proses metalurgi serbuk (Powder Metallurgy), serbuk halus dari logam dan paduan dipadatkan menjadi satu dengan menekan bubuk tersebut dalam cetakan sesuai dengan bentuk produk jadi yang diinginkan. Tekanan yang digunakan untuk proses pemadatan serbuk sangat tinggi sehingga partikel logam atau paduan saling bertautan atau berpadu secara mekanis. Material atau serbuk yang diproses mengembangkan kekuatan yang cukup tinggi, sehingga dapat dikeluarkan dari rongga cetakan atau cetakan tanpa mengalami kerusakan atau hancur kembali ke bentuk bubuk. Produk hasil dari proses pemadatan ini dikenal sebagai (green compact). Pada hasil pemadatan serbuk kekuatannya rendah dan kerapatannya di bawah logam padat atau paduannya. Untuk menghasilkan tingkat kekuatan yang lebih tinggi, green compact disinter pada suhu tinggi tetapi di bawah titik leleh serbuk logam dalam kondisi netral atau reduksi.

Untuk memperjelas proses metalurgi serbuk, berikut ini merupakan tahapan-tahapan dan proses pembentukan logam dengan metalurgi serbuk :

1. Proses Produksi Serbuk Logam

Pembuatan serbuk logam adalah tahapan awal dalam proses metalurgi serbuk. Logam apa pun bisa diubah menjadi bubuk. Terdapat berbagai macam proses untuk menghasilkan bubuk logam seperti proses atomisasi, penggilingan, reaksi kimia, proses elektrolisis, dll.

2. Blending

Proses blending melibatkan pencampuran antara dua atau lebih bahan serbuk logam untuk menghasilkan bahan paduan berkekuatan tinggi sesuai dengan kebutuhan dan hasl akhir produk. Pada roses ini serbuk logam dilakukan proses pemerataan dan pencampuran dengan senyawa aditif, pengikat, dll. Terkadang pelumas juga ditambahkan dalam proses pencampuran untuk meningkatkan karakteristik aliran serbuk.

3. Compacting

Setelah dilakukan proses pencampuran, kemudian serbuk logam ditempatkan dalam cetakan dan dipadatkan dengan penerapan tekanan untuk membentuk produk yang disebut dengan green compact atau produk yang dihasilkan dalam proses compacting. Dalam proses compacting memastikan untuk mengurangi rongga dan meningkatkan kepadatan logam sehingga terbentuk logam yang padat (solid).

Cetakan biasanya terbuat dari tungsten karbida untuk mengurangi keausan cetakan selama proses compacting. Selain itu penggunaan pelumas diperlukan untuk mengurangi keausan cetakan dan untuk mengurangi gaya kompaksi dan untuk mendapatkan kedapadatan yang hampir sama tinggi dengan kepadatan logam padat. Selain itu pelumas membuat logam lebih mudah dikeluarkan dari cetakan. Proses compacting atau pemadatan dengan tekanan berkisar 80 hingga 1600 MPa. Tekanan yang diberikan tergantung pada sifat serbuk dan pengikat logam.

Untuk tekanan pemadatan serbuk halus membutuhkan tekanan sekitar 100 - 350 MPa. Sedangkan untuk bahan berupa baja, besi, dan beberapa bahan lainnya berkisar antara 400 - 700 MPa. Namun, sebelum dilakukan proses sintering, pelumas yang tersapat dalam logam harus dipisahkan dengan siklus pemanasan suhu rendah.

4. Sintering

Sintering adalah proses lanjutan dalam proses metalurgi serbuk setelah dilakukan pemadatan atau compacting bertujuan untuk meningkatkan kekuatan dan menghasilkan ikatan difusi antar partikel serbuk logam. Green Compact yang dihasilkan dalam proses compacting tidak memiliki kekuatan yang baik dan belum dapat digunakan sebagai produk akhir. Pada proses sintering melibatkan pemanasan green compact pada suhu tinggi agar dihasilkan ikatan kuat permanen antara partikel logam yang berdekatan.

Proses sintering memberikan kekuatan pada green compact dan mengubahnya menjadi produk akhir dengan karaktristik logam yang lebih baik. Suhu dalam proses sintering umumnya dipertahankan antara 60–80% dari titik leleh logam serbuk atau paduan terkait. Waktu yang diperlukan dalam proses sintering dapat berkisar 20 menit hingga 60 menit bergantung pada jenis logam dan titik leleh logam tersebut.

5. Operasi sekunder

Benda yang dihasilkan dalam proses sinter lebih berpori dibandingkan dengan material yang sepenuhnya padat. Kepadatan produk tergantung pada kapasitas pemadatan, suhu sintering, tekanan kompresi, dll. Terkadang, produk tidak memerlukan kepadatan tinggi dan produk hasil sintering langsung dapat digunakan sebagai produk akhir. Tetapi terkadang, untuk produk yang membutuhkan kepadatan tinggi memerlukan operasi sekunder untuk mendapatkan kepadatan tinggi dan akurasi dimensi yang lebih baik. Operasi sekunder dalam proses metalurgi serbuk yang paling umum digunakan adalah sizing, coining, infiltration, impregnation, hot forging, dll.

a). Infiltration

Infiltration adalah proses yang digunakan untuk meningkatkan kekuatan, kepadatan dan kekerasan. Proses infiltration dilakukan dengan menempatkan slug paduan tembaga di atas bagian metalurgi serbuk selama proses sintering. Paduan tembaga tersebut meleleh dan masuk kedalam pori-pori kecil di bagian bagian logam.

b). Sizing dan Coining

Dalam operasi sizing dan coining, bagian yang disinter ditekan dalam cetakan untuk meningkatkan kekuatan dan kepadatan dengan proses kerja dingin (cold working). Selain itu toleransi pada ukuran menjadi lebih dekat dan ukuran menjadi lebih akurat.

c). Impregnation

Dalam proses impregnation, bagian yang disinter (jika diperlukan) diresapi dengan gemuk atau oli dengan pemanasan suhu sekitar 100 ° C dalam minyak atau pelumas selama 10–15 menit. Bagian yang terimpregnasi oli atau gemuk seperti itu menghasilkan sifat pelumas.

d). Heat Treatment (perlakuan panas)

Bagian logam metalurgi serbuk juga dapat diberi perlakuan panas seperti penempaan atau bagian logam cor untuk meningkatkan struktur butir, kekuatan dan kekerasan pada hasil akhir logam tersebut.

Kelebihan dan Kekurangan Proses Metalurgi Serbuk

Dalam berbagai macam proses manufaktur tentunya memiliki kelebihan dan kekurangan yang terdapat dalam proses maupun hasil akhir produk. Dalam proses manufaktur metalurgi serbuk terdapat beberapa kelebihan dan kekurangan yang terdapat dalam proses tersebut.

Berikut ini merupakan kelebihan dan kekurangan proses metalurgi serbuk.

1. Kelebihan Metalurgi Serbuk

Adapun kelebihan dalam proses metalurgi serbuk yaitu :

- Hasil akhir produk yang baik dan siap digunakan.

- Dapat membuat benda dengan tingkat kerumitan tinggi.

- Toleransi dan dimensi yang presisi.

- Komposisi produk dapat dikontrol secara efektif.

- Tidak menghasilkan material sisa.

- Hampir tidak memerlukan operasi pemesinan.

- Bahan Logam dan non-logam dapat dicampur dalam proporsi berapa pun.

- Tingkat produksi yang tinggi.

- Mengurangi waktu produksi.

- Tidak membutuhkan tenaga kerja yang sangat terampil.

- Struktur komposisi dan properti material dapat dikontrol dengan mudah.

- Berbagai macam benda dengan sifat listrik dan magnet khusus dapat diproduksi.

2. Kekurangan Metalurgi Serbuk

Adapaun kekurangan dalam proses metalurgi serbuk yaitu :

- Tingginya biaya awal serbuk logam.

- Ukuran benda yang diproduksi terbatas.

- Peralatan yang digunakan untuk operasi metalurgi serbuk relatif mahal.

- Ketidakmungkinan memiliki produk yang sepenuhnya padat.

- Membutuhkan tekanan hingga kapasitas 100 Ton bahkan untuk produk kecil.

- Serbuk logam yang mahal dan terkadang sulit disimpan.

- Cetakan (Dies) yang digunakan harus memiliki akurasi tinggi serta harus memiliki kemampuan untuk menahan tekanan dan suhu tinggi.

- Benda yang diproduksi memiliki tingkat keuletan yang buruk.

- Kesulitan melakukan proses sintering khusunya untuk serbuk logam dengan titik leleh rendah.

Aplikasi dan Kegunaan Metalurgi serbuk

Berikut ini merupakan beberapa aplikasi dan produk akhir yang dihasilkan dalam proses metalurgi serbuk :

- Untuk menghasilkan produk berpori.

- Untuk memproduksi roda gigi pompa oli untuk mobil.

- Untuk memproduksi alat pemotong, cetakan wire drawing dan cetakan deep drawing.

- Untuk menghasilkan komposit logam tahan api, misalnya: tungsten, molibdenum, tantalum.

- Untuk pembuatan kawat tungsten untuk filamen di industri lampu.

- Alat impregnasi berlian dihasilkan dari campuran serbuk besi dan debu berlian dengan proses metalurgi serbuk.

- Untuk memproduksi beberapa alat kelistrikan seperti, circuit breaker, relai dan elektroda las resistansi.

- Untuk memproduksi komponen dan suku cadang mobil, pesawat terbang, turbin gas, jam listrik dan senjata api yang membutuhkan tingkat akurasi tinggi dan bentuk yang rumit.

[1] https://learnmechanical.com/

[2] H.N Gupta, et al. "Manufacturing Processes".2009.

[3] https://www.mpif.org/

Share :