LOGAM NON FERRO

BAB V

LOGAM NONFERO

  

5. 1. Aluminium

 Karakteristik Aluminium

Aluminium merupakan logam yang paling banyak digunakan setelah baja.

Karekteristik utamanya adalah ringan (berat jenis = 2,7 g/cm3), memiliki konduktivitas

panas dan listrik yang tinggi, memiliki ketahanan korosi yang baik dalam atmosfer

biasa, serta memiliki keuletan yang cukup tinggi. Aluminium jauh lebih ringan jika

dibandingkan dengan baja (berat jenis = 7,8 g/cm3). Salah satu kelemahan utama

aluminium adalah titik leburnya yang relatif rendah, hanya 660 °C. Titik lebur baja jauh

lebih tinggi, yaitu sekitar 1.500 °C.

Dalam dunia industri otomotif, sebagai material logam, penggunaan aluminium

kini menempati urutan kedua setelah besi dan baja, baik secara pengecoran (cast

product) ataupun penempaan (wrought product). Latar belakang kecenderungan (tren)

ini adalah karena aluminium merupakan logam non-fero yang ringan, serta memiliki

sifat mekanis yang baik dan mudah dibentuk.

Lebih dari 80% produk aluminium pada industri manufaktur dihasilkan dengan

metode pengecoran. Hal ini dikarenakan aluminium dapat dengan mudah

dikombinasikan dengan unsur lain (alloying) untuk mengatur karekteristik, seperti sifat

mekanis, sifat mampu cor, sifat mampu mesin (machinability), surface finish, ketahanan

korosi, konduktivitas panas, dan listrik, sifat mampu las (weldability), serta ketahanan

terhadap hot tear (hot tear resistance). Kualitas dari produk hasil pengecoran tersebut

masih dapat ditingkatkan dengan metode modifikasi, penghalusan butir, dan perlakuan

panas.

 Proses Pembuatan Aluminium

Tahapan proses pembuatan aluminium, mulai dari bijih menjadi aluminium

batangan dapat dilihat pada Gambar 5.1. Bijih aluminium dikenal dengan nama bauksit

yang mengisi sekitar 8% dari kerak bumi. Bauksit merupakan oksida dari aluminium

dan terdapat dalam dua bentuk, yaitu

1. Carstic Bauxite, yang sebagian besar terdiri atas alumina monohidrat

(Al2O3.H2O), dan

2. Lateritic Bauxite, yang sebagian besar terdiri atas alumina trihidrat

(Al2O3.3H2O).

Kandungan bauksit adalah 20-50% alumina (Al2O3), 2-28% besi, 12-30% air dan

1-8% asam silikat. Warna bauksit bisa merah, putih, kuning, (tergantung impurities

yang dikandung). Tempat temuan utama bauksit adalah di Eropa (Prancis, Italia, Rusia,

Hungaria, negara-negara Balkan), tetapi di Asia, Australia, Afrika, dan Amerika juga

terdapat banyak sumber bauksit. Di Indonesia, deposit bauksit banyak ditemukan di

Pulau Bintan, Bangka, dan Belitung, Sumatra.

a. Proses Bayer

Bauksit yang telah dimurnikan sehingga kandungan aluminanya naik menjadi

sekitar 40-55%, kemudian diolah untuk menjadi alumina murni melalui proses Bayer

(lihat gambar 5.2). Secara skematis, tahapan proses ini dapat dilihat pada gambar

5.2. Tahap pertama adalah tahap ekstraksi di mana bauksit dihancurkan dan

dimasukkan ke dalam autoklaf dan dilarutkan dengan NaOH menjadi natrium

aluminat. Reaksi yang terjadi pada tekanan tinggi dan suhu 110-270°C sesuai

dengan persamaan berikut:

 Al(OH)3 + Na+ + OH- .. Al(OH)4-

+ Na+ (5.1)

Pada tahap ini, bauksit yang tidak terlarut akan mengendap sebagai residu. Selain

itu, silikon yang dikandung bauksit akan mengendap sebagai Na-Al-silikat, serta oksida

besi dan titanium akan mengendap sebagai padatan. Endapan-endapan ini harus

dipisahkan dari larutan natrium aluminat melalui proses pengendapan (settling),

kemudian, larutan disaring dan dipindahkan ke tangki pengendapan. Lumpur endapan

dicuci untuk memperoleh kembali NaOH dan kemudian didaur ulang ke awal proses.

Tahap kedua adalah proses pengendapan, di mana alumina hidrat diendapkan dari

larutan natrium aluminat melalui reaksi sesuai dengan persamaan berikut.

 Al(OH)4- + Na+ .. Al(OH)3 + Na+ + OH- (5.2)

Pada dasarnya, reaksi ini adalah kebalikan dari reaksi pada tahap pertama, di mana

alumina hidrat diendapkan secara terkontrol melalui proses pembenihan (seeding atau

selective nucleation). Hasil dari tahap ini berupa kristal alumina hidrat yang ukuran

kristalnya kemudian diseleksi dan dimasukkan ke dalam dapur kalsinasi (rotary atau

fluidised bed). Kristal berukuran terlalu kecil untuk di daur ulang ke awal proses.

Tahap ketiga adalah proses kalsinasi, di mana molekul air dari alumina hidrat

diuapkan melalui proses kalsinasi, sesuai dengan persamaan berikut.

Al(OH)3 .. Al2O3 + 3H2O (5.3)

Hasil akhir dari proses Bayer ini adalah alumina murni, yang kemudian dikirim ke

proses Hall-Heroult untuk diolah menjadi aluminium.

b. Proses Hall-Heroult

 Pada prinsipnya, proses Hall-Heroult mengubah alumina menjadi aluminium

murni melalui proses elektrolisis, yang secara skematis digambarkan pada Gambar 5.3.

Alumina dilarutkan dalam elektrolit lelehan kriolit (Na3AlF6) dan dimasukkan ke dalam

tangki elektrolisis (biasa disebut "pot"), di mana terbuat dari baja yang dilapis dengan

grafit. Listrik bertegangan rendah (4-5 V), tetapi dengan arus tinggi (50.000-280.000 A)

dialirkan ke dalam pot melalui anoda karbon (positif), yang terbuat dari batu bara, dan

katoda karbon (negatif), yang berupa lapisan grafit pada pot baja. Reaksi yang terjadi

adalah proses reduksi aluminium di dalam larutan elektrolit menjadi aluminium murni

yang mengendap di katoda, sesuai dengan persamaan berikut.

 2Al2O3 + 3C .. 4Al + 3CO2 (5.4)

Aluminium yang diendapkan di bagian bawah pot dihisap (shiponed-off) secara

berkala dan dibawa ke dapur (holding furnace) untuk kemudian dicor ke dalam cetakan.

Biasanya sebuah pabrik aluminium (disebut aluminium smelter) memiliki 300 buah pot

yang dapat memproduksi 125.000 ton aluminium setiap tahun (Gambar 5.4). Proses ini

memerlukan energi listrik yang sangat besar, yaitu sekitar 15,7 kWh per kilogram

aluminium. Oleh karena itu, lokasi pabrik biasanya berdekatan dengan pembangkit

listrik. PT Inalum merupakan satu-satunya aluminium smelter primer di Indonesia, yang

berlokasi di Asahan, Sumatra Utara, berdampingan dengan PLTA Sigura-gura sebagai

pemasok listriknya.

Berikut ini adalah dua jenis aluminium yang dapat dihasilkan melalui proses

tersebut:

1. Commercial purity aluminium: 99,0 - 99,8% Al

2. Super purity aluminium: 99,99% Al

Sistem Penamaan Aluminium Paduan

Berdasarkan standar Aluminium Association (AA), paduan aluminium

diklasifikasikan menjadi dua kelas utama, yaitu aluminium tuang (cast aluminium) dan

aluminium pengerjaan (wrought aluminium). Penamaan kedua kelas aluminium tersebut

tergantung pada unsur paduan utama yang dikandungnya.

sistem penamaan untuk paduan aluminium tuang menggunakan sistem registrasi

dengan tiga angka, diurutkan berdasarkan unsur paduannya, seperti yang ditunjukkan

pada Tabel 5.1. Tidak terdapat sistem penamaan paduan aluminium pada seri 6XX dan

9XX. Angka pertama menunjukkan kelompok paduan. Angka kedua dan ketiga

menunjukkan jenis spesifikasi komposisi aluminium paduan tersebut. Sering kali, angka

keempat yang menunjukkan bentuk produk diberikan, 0 untuk spesifikasi coran, 1 untuk

spesifikasi batangan, dan 2 untuk spesifikasi batangan yang lebih sempit. Sebagai

contoh, XXX.0, mewakili batasan komposisi kimia dari paduan hasil proses

pengecoran, sedangkan untuk XXX.1 dan XXX.2 mewakili batasan komposisi kimia

dari batangan.

Sistem penamaan pada paduan aluminium hasil pengerjaan dilakukan dengan

registrasi empat angka, dengan angka pertama menunjukkan unsur paduan utama pada

paduan aluminium tersebut, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 5.1. Pada seri 1XXX,

dua angka terakhir menunjukkan jumlah kadar minimum aluminium pada paduan dalam

99,00%. Sementara, pada seri 2XXX hingga 8XXX, dua angka terakhir menunjukkan

kandungan unsur paduan utama

 aplikasi Paduan Aluminium

 Paduan Aluminium untuk Transportasi

Untuk otomotif, aluminium banyak dipakai sebagai bodi mobil dan mesin. Paduan

aluminium untuk mesin sebagian besar adalah seri 3XX, Al-Si-Cu, yang memiliki

kemampuan cor sangat baik, kekerasan yang tinggi dan, dapat dilaku panas. Untuk

aplikasi pesawat terbang, salah satu paduan aluminium yang populer digunakan adalah

duralumin (Al - 4% Cu - 0,5% Mg - 0,5% Mn). Paduan ini memiliki kekerasan tinggi,

namun ketahanan korosinya rendah, sehingga perlu dilapisi lagi dengan lembaran

aluminium murni, yang sering disebut sebagai aluminium cladding. Duralumin adalah

material yang digunakan oleh Wright bersaudara untuk membuat badan pesawat terbang

hasil temuannya. Sementara itu, sebagian besar kereta ringan terbuat dari aluminium,

seperti halnya pada badan kapal cepat (seacat), yang bertujuan untuk mengurangi berat

secara signifikan dan tahan korosi,

 Paduan Aluminium untuk Pembungkus

Aluminium murni untuk pembungkus (packaging), dibuat dalam bentuk lembaran

tipis (foil). Sebagai kaleng minuman, aluminium juga sangat populer (Gambar 5.5).

Aluminium yang dipakai untuk tujuan ini biasanya dibuat dari seri 5XXX, Al-Mg, yang

relatif ulet, namun memiliki kemampuan pengerasan regang yang tinggi.

Paduan Aluminium untuk Konstruksi

Paduan aluminium yang tidak korosif menyebabkan pemakaiannya untuk aplikasi

konstruksi relatif yang tidak memerlukan biaya perawatan. Aplikasi aluminium

bervariasi mulai dari rangka jendela, rangka pintu, rangka atap, tirai, atap, dan lain-lain.

Sebagian besar aluminium konstruksi terbuat dari seri 3XXX (Gambar 5.5)

 5. 2. Tembaga

Karakteristik Tembaga

Tembaga merupakan logam yang khusus dan sangat bermanfaat dalam kehidupan

sehari-hari.. Logam ini berbeda dengan logam-logam lainnya, terutama dalam hal

konduktivitas listrik. Dalam tingkatan volume yang sama, tembaga memiliki

konduktivitas listrik paling tinggi jika dibandingkan dengan logam lain, kecuali perak

murni. Selain itu, tembaga juga memiliki sifat yang baik dalam hal konduktivitas panas,

ketahanan korosi, pengubahan bentuk, dan penyambungan. Namun demikian, di sisi

lain, tembaga dan paduannya adalah logam yang memiliki kekuatan rendah. Beberapa

paduan tembaga juga rentan terhadap korosi retak tegang, kecuali jika perlakuan lepas

tegang. Titik lebur tembaga adalah 1.085 °C. Logam ini memiliki struktur kristal FCC,

dan sama sekali tidak tertarik oleh magnet (bersifat diamagnetik).

Warna asli dari tembaga adalah kemerahmudaan, tetapi kita lebih sering

melihatnya berwarna coklat dan kehijauan dalam kehidupan sehari-hari. Hal tersebut

karena keberadaan lapisan oksida pada permukaannya. Serupa dengan aluminium,

tembaga dan paduannya akan membentuk lapisan tipis CuO yang berwarna gelap jika

beraksi dengan oksigen. Lapisan tersebut tahan terhadap korosi, sekaligus melindungi

bagian di bawahnya dari korosi lebih lanjut. Seiring berjalannya waktu, warna tembaga

akan menjadi biru kehijauan akibat terbentuknya lapisan tipis Cu2(OH)2CO3 hasil reaksi

dengan CO, di udara. Namun demikian, pada kebanyakan lingkungan terutama pada

atmosfer biasa, tembaga dan paduannya akan mengalami perubahan warna menjadi biru

kehijauan. Penambahan lapisan pernis pada permukaan dapat membantu memelihara

warna asli tembaga dan paduannya.

Tembaga memiliki keuletan dan kelunakan yang tinggi. Oleh karena itu, perlakuan

lain harus diberikan untuk mendapatkan kekerasan tembaga. Sebagian besar paduan

tembaga tidak bisa dikeraskan dengan perlakuan panas. Dengan demikian, pengerjaan

dingin dan pemaduan menjadi pilihan yang mutlak untuk digunakan. Kelunakan yang

tinggi juga dapat membuat tembaga sulit untuk dimesin.

Bijih tembaga di alam terbagi menjadi tiga jenis, yaitu dalam bentuk sulfida,

oksida, atau karbonat. Contoh bijih sulfida adalah kalkopirit (CuFeS2), bornit

(Cu5FeS4), kovelit (CuS), kalkosit (Cu2S). Sementara itu, contoh bijih oksida adalah

kuprit (Cu2O). Bijih sulfida diekstraksi dengan metode flotasi, sedangkan bijih oksida

umumnya diekstraksi dengan menggunakan metode pelelehan.

Ilustrasi proses pengolahan tembaga dari bijih sampai menjadi logam tembaga

ditunjukkan dalam Gambar 5.6. Bijih tembaga yang berasal dari tambang diangkut dan

dimasukkan ke dalam penghancur utama. Kemudian, bijih tersebut dihancurkan dan

diayak menjadi bijih tembaga dengan ukuran ~0,5 mm. Bijih tembaga halus tersebut

kemudian dimasukkan ke dalam tangki flotasi untuk memperoleh tembaga murni.

Bijih yang masih kasar akan dilakukan proses pelelehan, di mana larutan asam sulfur

diberikan untuk melarutkan tembaga. Selanjutnya, larutan yang mengandung tembaga

terlarut akan melalui proses electrowining untuk memperoleh tembaga murni.

Sistem Penamaan Paduan Tembaga

Penamaan paduan tembaga ditentukan melalui sistem penamaan UNS (Unified

Numbering System) yang dibuat oleh ASTM (American Society of Testing Materials).

Sistem tersebut membagi paduan tembaga menjadi dua golongan, yaitu tembaga

pengerjaan dan tembaga tuang. Penamaan yang diberikan menggunakan lima digit dan

diawali dengan huruf C. Pembedaan antara tembaga pengerjaan dan tembaga tuang

dapat dilihat dari digitnya. Tembaga dengan nomor C10000 hingga C79999 merupakan

tembaga pengerjaan, sedangkan nomor C80000 hingga C99999 merupakan tembaga

tuang

Aplikasi Tembaga dan Paduannya

Dari zaman dahulu hingga sekarang, tembaga memainkan peranan besar dalam

kehidupan umat manusia. Figur 5.7 menunjukkan beberapa aplikasi tembaga. Zaman

dahulu, manusia menggunakan tembaga sebagai senjata dan peralatan rumah tangga.

Kini, manusia lebih banyak mengunakan tembaga untuk aplikasi elektronik, seperti

kabel, dinamo, radio, dan televisi. Oleh karena tembaga adalah penghantar panas yang

baik, tembaga juga digunakan sebagai radiator kendaraan bermotor, pendingin ruangan,

dan alat penghangat ruangan. Ketahanan korosi yang dimiliki tembaga menjadikan

tembaga sebagai salah satu material pilihan pada bidang konstruksi, khususnya untuk

pipa dan atap.

5. 3. Magnesium

Karakteristik Magnesium

Magnesium merupakan logam rekayasa paling ringan di dunia. Dengan berat jenis

1.740 kg/m3, dalam satu volume yang sama, berat magnesium hanya dua pertiga dari

aluminium atau seperempat kali Baja. Selain itu, logam yang memiliki warna putih

keperakan ini adalah logam yang sangat aktif secara kimia. Serbuk magnesium yang

berukuran halus dapat terbakar di udara dan menghasilkan nyala putih. Pembakaran

terjadi akibat reaksi magnesium dengan nitrogen atau karbon dioksida. Ketahanan

korosi magnesium pada atmosfer biasa tergolong cukup baik, tetapi tidak cukup baik

pada atmosfer laut. Di udara yang cukup lembab, magnesium akan membentuk lapisan

protektif magnesium karbonat (MgCO3.Mg(OH)2) di bagian permukaannya. Pada suhu

ruang, magnesium merupakan logam yang sulit diubah bentuknya. Oleh karena itu,

produk magnesium lebih banyak dibuat dengan proses pengecoran atau proses

pengerjaan panas pada suhu sekitar 200-350 °C.

Oleh karena kereaktifannya di alam, magnesium hanya dapat ditemukan dalam

bentuk senyawanya. Persenyawaan magnesium tersebut dapat berupa magnesit,

dolomit, dan magnesium hidroksida. Magnesit atau MgCO3 merupakan persenyawaan

yang paling umum untuk diekstraksi menjadi logam magnesium. Magnesit mengandung

47,8% magnesium oksida dan 52,2% karbon dioksida. Akan tetapi, terkadang,

kalsium karbonat dan besi karbonat juga terkandung dalam magnesium.

Proses Pengolahan Magnesium

Proses Silikotermik

Proses ini juga dikenal sebagai Pidgeon, Magnetherm, atau Bolzano. Sebelum

proses silikotermik dilakukan, bijih magnesium harus sudah diolah menjadi bentuk

konsentratnya. Selanjutnya, konsentrat MgCO3 melalui proses kalsinasi hingga menjadi

magnesium oksida (MgO). Proses silikotermik dilakukan dengan memberikan panas

secara terus menerus pada tekanan gas yang rendah, dengan menggunakan ferrosilikon,

sehingga magnesium oksida cair berkurang secara bertahap. Proses tersebut dilakukan

pada suhu sekitar 1.400 °C. Secara umum, reaksi dari proses tersebut adalah sebagai

berikut.

 Si(s) + MgO(s) .. SiO2(s) + Mg(g) (5.5)

 Mg(g) .. Mg (liq, s) (5.6)

Magnesium yang terbentuk akan menguap dan terkondensasi jauh dari daerah

yang panas. Magnesium terkondensasi ini memiliki kemurnian sekitar 99,95%.

Selanjutnya, proses yang tertinggal adalah melebur magnesium tersebut dan

membentuknya menjadi produk melalui metode pengecoran.

Proses Elektrolitik

Sebelum proses elektrolitik dilakukan, magnesium oksida harus diubah menjadi

magnesium klorida melalui proses klorinasi atau disebut pula proses Farben.

Selanjutnya, magnesium klorida akan dimasukkan ke dalam sel elektrolisis seperti yang

ditunjukkan pada Gambar 5.8. Pada gambar tersebut, grafit bertindak sebagai anoda,

sedangkan Baja sebagai katodanya. Elektrolit yang digunakan adalah alkalin klorida dan

magnesium klorida. Suhu yang digunakan adalah 680-750 °C. Dalam kondisi ini,

magnesium klorida akan terdekomposisi menjadi logam magnesium dan gas klorin

sesuai reaksi dalam persamaan berikut.

 MgCl2 .. Mg + Cl2(g) (5.7)

Magnesium yang terbentuk pada katoda akan terangkat ke atas permukaan

(lebih ringan dari elektrolit) dan ditampung pada ruang penampungan katoda.

Sementara, gas klorin yang dihasilkan di anoda akan ditampung pada ruang

penampungan anoda.

Sistem Penamaan Magnesium

Sistem penamaan magnesium yang umum dibuat oleh ASTM. Sistem ini

menggunakan kombinasi huruf dan angka untuk mengidentifikasi jenis paduan yang ada

pada paduan tersebut. Dua huruf pertama menandakan unsur paduan utama dengan kode

yang sudah ditetapkan. Kode huruf penanda unsur paduan magnesium dapat dilihat

pada Tabel 5.4. Dua huruf tadi kemudian diikuti oleh dua angka. Dua angka tersebut

mengindikasikan kandungan unsur-unsur paduan yang dikodekan pada dua huruf

sebelumnya. Huruf kelima merupakan penjelasan modifikasinya. Tanda "setrip"

diberikan setelah huruf kelima, kemudian, dilanjutkan dengan kode yang sesuai dengan

jenis perlakuan panas yang dialami paduan tersebut. Kode perlakuan panas pada paduan

magnesium dapat dilihat pada Tabel 5.5. Untuk lebih jelasnya, ambil contoh paduan

ZE63A-T6. Paduan magnesium ini mengandung paduan utama seng sebesar 6% dan

logam tanah jarang sebesar 3%. Selanjutnya, simbol A merupakan modifikasi

paduannya, sedangkan T6 menandakan bahwa paduan telah mengalami perlakuan T6.

Aplikasi Magnesium dan Paduannya

Magnesium adalah logam yang relatif mahal sehingga logam ini lebih jarang

digunakan untuk material konstruksi jika dibandingkan dengan aluminium dan baja.

Namun demikian, untuk aplikasi-aplikasi tertentu, pemakaian magnesium lebih disukai.

Aplikasi-aplikasi magnesium dapat dilihat pada Gambar 5.9. Dalam memproduksi baja,

logam non-fero, kaca, dan semen, magnesium oksida (MgO) sering digunakan sebagai

material refraktori yang tahan suhu tinggi. Magnesium juga sering digunakan bersama

aluminium sebagai material paduan untuk membuat kaleng minuman. Selain itu,

magnesium juga dipakai sebagai anoda korban untuk melindungi pipa, tangki, dan

struktur-struktur yang terkubur di bawah tanah. Dalam bidang militer, penyala api yang

terbuat dari magnesium dapat digunakan untuk membuat api pada kondisi bertahan

hidup (survival).

5. 4. Titanium

Karakteristik Titanium

Dalam keadaan murni, titanium adalah logam yang cerah dan berwarna putih.

Logam ini adalah logam yang ringan. Berat titanium 40% lebih ringan daripada baja dan

60% lebih berat dari aluminium. Titanium juga memiliki ketahanan korosi yang baik.

Ketahanan korosi yang baik disebabkan karena kemampuan logam ini untuk

membentuk lapisan pasif di permukaannya, yang mencegah korosi lebih lanjut.

Ketahanan yang baik juga ditunjukkan titanium terhadap sulfur, larutan klorin, gas

klorin, dan berbagai asam organik.

Titanium merupakan logam yang kuat. Dalam keadaan murni, kekuatan luluhnya

bisa mencapai 241 MPa dengan elongasi sebesar 55%. Titik lebur logam ini adalah

1.677 °C. Selain itu, titanium bukanlah penghantar listrik yang baik, jika dibandingkan

dengan tembaga, daya hantar listrik titanium hanya 3,1%-nya saja. Sifat kemagnetan

titanium juga kurang baik sehingga logam ini digolongkan sebagai logam para-

magnetik.

Dalam bidang pengelasan, titanium tergolong sulit untuk dilas sebab pada suhu

yang tinggi, titanium rentan terhadap hidrogen, oksigen, dan nitrogen yang dapat

menyebabkan penggetasan. Untuk itu, pengelasan titanium membutuhkan perlakuan-

perlakuan khusus yang dapat mencegah difusi gas-gas tadi.

Proses Pembuatan Titanium

Titanium menempati urutan kesembilan dalam hal ketersediaan bijihnya di alam.

Bijih titanium yang digunakan untuk memproduksi titanium adalah rutile (TiO2) atau

titanium dioksida dan ilmenit (FeTiO3). Logam titanium diproduksi dengan

menggunakan proses Kroll yang dikembangkan oleh seorang ahli metalurgi asal

Jerman, William Justin Kroll, pada tahun 1946. Proses tersebut melibatkan konsentrasi

atau pemisahan titanium dioksida dari pengotornya termasuk besi oksida. Selanjutnya,

titanium dioksida dimasukkan ke dalam reaktor tangki bersama dengan klorin dan batu

bara pada suhu sekitar 900 °C. Hasil dari proses ini adalah titanium tetraklorida sesuai

reaksi dalam persamaan berikut.

 TiO2 + Cl2 + C .. TiC14 + CO2 (5.8)

Setelah proses ini, pemurnian kembali dilakukan dengan menggunakan distilasi

dan pengendapan untuk memisahkan pengotor dari titanium tetraklorida. Kemudian,

ekstraksi titanium dilakukan dengan mereaksikan titanium tetraklorida dengan

magnesium pada sebuah tabung baja tahan karat, bersuhu 1.100 °C di bawah atmosfer

argon sesuai reaksi dalam persamaan berikut.

 TiC14 + 2Mg .. Ti + 2MgC12 (5.9)

Hasil proses ini adalah logam titanium padat perbentuk spons dan magnesium

klorida yang berwujud cair. Selanjutnya, logam titanium berbentuk spons tadi dilebur

pada dapur yang vakum dan dicetak menjadi batangan

Jenis-Jenis Paduan Titanium

Titanium murni dapat berstruktur heksagonal yang tersusun padat (HCP) dan

dapat pula berstruktur kubus pemusatan ruang (BCC). Pada suhu di bawah 883 °C,

titanium akan berstruktur HCP atau biasa disebut a-titanium, sedangkan pada suhu di

atas 883 °C, titanium akan berstruktur BCC atau biasa disebut ß-titanium. Penambahan

unsur paduan pada titanium diketahui dapat menstabilkan fase a atau ß. Aluminium,

gallium, nitrogen, dan oksigen merupakan unsur paduan penstabil fase a. Molibdenum,

vanadium, tungsten, tantalum, dan silikon merupakan penstabil fase ß.

Berdasarkan komposisi fasenya, titanium diklasifikasikan menjadi empat

kelompok, sebagai berikut.

1. Titanium murni dan paduan rendah

2. Paduan alfa

3. Paduan alfa-beta

4. Paduan beta

Titanium murni dan paduan rendah memiliki fase alfa yang dominan dan fase beta

berbentuk bulat yang tersebar merata di matriks alfa. Selain itu, terdapat pula unsur besi

yang berlaku sebagai penstabil fase beta. Titanium murni memiliki kekuatan yang relatif

rendah dan ketahanan korosi yang baik.

Paduan alfa memiliki unsur paduan aluminium dan timah. Paduan alfa secara

umum memiliki ketahanan mulur dan ketangguhan yang baik. Paduan ini lebih dipilih

untuk aplikasi pada suhu tinggi. Kemampuan las paduan alfa sangat baik, tetapi

kemampuan tempanya lebih buruk jika dibandingkan dengan paduan beta. Sifat ini

membuat paduan alfa rentan terhadap cacat-cacat penempaan. Namun demikian,

pengurangan reduksi tempa dan pemanasan berulang dapat mengurangi masalah

tersebut. Paduan alfa tidak dapat dikuatkan melalui perlakuan panas.

Paduan alfa-beta mengandung 4-6% paduan penstabil fase beta. Oleh karena itu,

fase paduan ini akan terdiri atas fase campuran alfa dan beta. Fase beta pada paduan ini

berkisar antara 10-50%. Paduan alfa-beta merupakan paduan yang dapat dilaku panas.

Perlakuan panas dilakukan untuk mengontrol jumlah dan morfologi fase beta. Oleh

karena itu, paduan ini memiliki kekuatan yang tinggi dan kemampuan pengubahan

bentuk pada kondisi panas yang baik. Ketahanan mulur paduan ini lebih rendah jika

dibandingkan dengan paduan alfa.

Paduan beta mengandung sejumlah unsur paduan, seperti vanadium, niobium, dan

molibdenum yang berfungsi sebagai penstabil fase beta. Kemampuan tempa paduan ini

sangat baik pada berbagai suhu jika dibandingkan dengan paduan alfa.

Kemampukerasan paduan ini sangat baik dan mudah diberikan perlakuan panas.

Perlakuan panas berupa perlakuan pelarutan diikuti dengan penuaan, dapat membentuk

fase alfa yang halus dan tersebar merata pada fase beta. Oleh karena itu, paduan ini

sangat kuat, tetapi keuletan dan ketahanan fatiknya rendah.

Sistem penamaan titanium dibuat berdasarkan komposisinya. Sebagai contoh,

paduan Ti-5A1-2,5Sn yang memiliki unsur paduan berupa 5% aluminium dan 2,5%

timah. Contoh lainnya adalah Ti-6A1-4V yang memiliki unsur paduan berupa 6%

aluminium dan 4% vanadium.

Aplikasi Titanium dan Paduannya

Paduan titanium dipilih karena kekuatan, ketahanan fatik, dan ketahanan mulurnya

yang sangat baik daripada logam-logam lainnya. Aplikasi titanium dan paduannya dapat

dilihat pada Gambar 5.10. Aplikasi titanium yang paling penting adalah aplikasi pada

industri penerbangan. Banyak komponen pesawat jet yang menggunakan titanium,

misalnya, baling-baling mesin, penutup mesin, rangka pesawat, kompresor, dan lain-

lain. Titanium juga banyak dipakai untuk instalasi perminyakan lepas pantai, seperti

pipa, penukar panas (heat exchanger), kondensor, dan komponen-komponen struktural.

Dalam dunia kesehatan, titanium dipakai untuk membuat kursi roda, alat bantu dengar,

katup jantung, pompa insulin, dan penyambung tulang. Titanium juga banyak

digunakan pada bidang olahraga, seperti sepeda, raket tenis, pemukul golf, dan pedang

anggar.

5. 5. Logam Refraktori

Refraktori merupakan 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, lebih dari 1.580 °C.

Tidak hanya keramik yang memiliki ketahanan terhadap suhu tinggi, beberapa logam pun

memiliki karekteristik seperti itu. Logam-logam yang demikian disebut logam refraktori.

Logam refraktori adalah logam yang mampu mempertahankan kekuatannya pada suhu

tinggi. Logam ini memiliki titik lebur yang tinggi sehingga cocok untuk aplikasiaplikasi yang

dioperasikan pada lingkungan bersuhu tinggi. Aplikasi-aplikasi tersebut dapat dilihat pada

Gambar 5.11. Kelemahan logam refraktori adalah ketahanan korosi dan oksidasi logamnya

cukup buruk. Namun demikian, pemberian lapisan protektif (coating) dapat memperbaiki

ketahanan korosi dan oksidasi logam ini. Logam-logam yang tergolong sebagai logam

refraktori adalah niobium, tantalum, molibdenum, tungsten, dan renium. Dalam definisi yang

lebih luas, titanium, vanadium, kromium, zirkonium, dan hafnium juga dapat digolongkan

sebagai logam refraktor

Gambar 5.11 Aplikasi-aplikasi logam refraktori. (a) Pesawat luar angkasa menggunakan paduan Nb-

10W-10Hf-0,1Y terutama pada bagian moncongnya; (b) filamen bola lampu yang terbuat

dari tantalum, memiliki suhu 400 °C lebih rendah daripada filamen tungsten, (c) mur dan

baut untuk aplikasi pada lingkungan bersuhu tinggi yang terbuat dari tantalum; (d)

termokopel yang terbuat dari paduan tungsten dan renium; (e) elemen pemanas untuk

dapur yang terbuat dari molibdenum disilikat, MoSi2

Niobium

Niobium dalam keadaan murni merupakan logam yang ulet 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-tantalite, pyrochlore, dan euxenite. Namun

demikian, jumlah bijih niobium yang paling banyak ditemukan adalah pyrochlore.

Proses ekstraksi niobium melibatkan proses klorinasi, diikuti dengan proses destilasi

dan hidrolisis, hingga dihasilkan bentuk oksida dari niobium. Niobium kemudian

diekstrak melalui reaksi aluminotermik sesuai reaksi dalam persamaan berikut:

 3Nb2O5 + 10Al .. 6Nb + 5Al2O3 (5.10)

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

komponen nuklir adalah paduan Nb-1Zr, di mana memiliki ketahanan korosi dan

ketahanan radiasi yang baik. Paduan ini juga digunakan dalam komponen lampu uap

magnesium.

Tantalum

Dengan berat jenis sebesar 16,6 g/cm3, tantalum termasuk ke dalam logam yang

berat. Titik lebur logam ini mencapai 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 tercampur 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

membentuk tantalum pentaoksida atau melakukan kristalisasi dengan 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 bola 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 diaplikasikan pada

telepon seluler dan peralatan elektronik lain.

Molibdenum

Molibdenum merupakan logam berwarna putih keperakan 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. Ekspansi 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 adalah

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 molybdenum (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

cetakan logam dan sebagai elemen pemanas pada dapur listrik. Industri nuklir, kimia,

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/cm. Titik lebur yang mencapai 3.410 °C menjadikan tungsten sebagai

logam dengan titik lebur tertinggi di antara 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 lebih dari 250 °C, tungsten bereaksi

dengan cepat terhadap asam fosfat dan klorin. Tungsen akan teroksidasi di atas suhu

500 °C. Tungsten mulai bereaksi dengan banyak gas pada suhu 1.000 °C, sedangkan

pada suhu lebih dari 1.000 °C, tungsten mulai bereaksi dengan logam-logam lain3

Wolframite atau (FeMn)WO3 adalah bijih tungsten yang paling utama. Proses

pengolahan bijih tungsten melalui beberapa tahap. Tahap awal 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 aplikasi yang

membutuhkan ketahanan aus. Dengan mengombinasikan tungsten bersama 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.

Renium

Renium merupakan logam dasar yang banyak terdapat pada beberapa jenis

mineral, tetapi dalam jumlah yang sangat sedikit. Logam ini memiliki berat jenis 21,4

g/cm3, atau hampir 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-logam refraktori lainnya adalah renium tidak dapat

membentuk karbida. Ketahanan kimia renium tergolong baik, sebab tahan terhadap

asam sulfat dan asam hidroklorat, tetapi tidak pada asam nitrat. Renium juga tahan

terhadap timah, seng, perak, tembaga, dan aluminium cair.

Sumber renium yang umum adalah asam perrhenik (HreO4) dan amonium

perrhenat (NH4ReO4). Sumber yang lebih sering diolah menjadi logam renium adalah

amonium perrhenat. Amonium perrhenat diubah menjadi serbuk renium melalui proses

reduksi hidrogen. Reduksi hidrogen tersebut dilakukan pada 380 °C sesuai dengan

persamaan berikut:

 2NH4ReO4 + 7 H2 .. 2Re + 8 H2O + 2 NH3 (5.11)

Proses dilanjutkan dengan pemurnian dan siklus reduksi pada suhu sekitar 700-

800 °C, untuk menghilangkan sisa renium 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 penganilan berulang hingga mampu

dibentuk menjadi berbagai bentuk produk. Renium banyak dipasarkan dalam bentuk

batangan, balok, lembaran, dan kawat. Paduan tungsten-renium merupakan paduan yang

sering digunakan sebagai termokopel. Paduan super yang ditambahkan pada renium

merupakan material untuk membuat komponen mesin pesawat jet.

5. 6. Paduan Super

Paduan super merupakan suatu paduan yang memiliki kekuatan dan ketahanan

mulur yang sangat baik pada suhu tinggi. Di samping kuat, paduan super juga harus

memiliki ketangguhan yang baik. Selain itu, paduan super juga harus memiliki

kestabilan permukaan serta ketahanan yang baik terhadap korosi, oksidasi, karburisasi,

dan sulfidisasi pada suhu tinggi. Paduan yang digunakan untuk paduan super adalah

besi, kobalt, nikel, krom, serta sejumlah tungsten, molibdenum, tantalum, titanium, dan

aluminium. Aplikasi-aplikasi dari paduan super dapat dilihat pada Gambar 5.12

Gambar 5.12 Aplikasi paduan super. (a) Baling-baling turbin untuk pesawat, (b) pipa-pipa yang

digunakan di laut, (c) sistem pembuangan pada mobil Formula 1, dan (d) komponen-komponen

reaktor nuklir.

Berdasarkan unsur paduan dominannya, paduan super digolongkan menjadi tiga,

sebagai berikut:

1. Paduan super berbasis Nikel

2. Paduan super berbasis Kobalt

3. Paduan super berbasis besi

Paduan Super Berbasis Nikel

Paduan super berbasis nikel didefinisikan sebagai paduan super yang unsur

dominannya adalah nikel. Paduan ini mengandung 10-20% Cr; 5-10% Co; 8%

maksimum Al dan Ti, serta dalam jumlah kecil B, Zr, dan C. Terkadang, unsur-unsur

Mo, W, Ta, Hf, Fe, dan Nb sering juga ditambahkan. Kromium merupakan unsur yang

membuat paduan super ini tahan terhadap oksidasi. Unsur B dan Zr ditambahkan

sebagai unsur penguat batas butir yang mampu bersegregasi ke batas butir dan

menguatkannya terutama pada suhu yang tinggi. Pada suhu tinggi, kegagalan pada

logam lebih dikarenakan luncuran di batas butir (grain boundary sliding). Oleh karena

itu, B dan Zr akan mampu meningkatkan ketahanan mulur dan keuletan paduan super.

Selain itu, unsur C, Cr, Mo, W, C, Nb, Ta, Ti, dan Hf mampu membentuk karbida yang

akan mengendap di batas butir. Unsur-unsur Co, Fe, Cr, Nb, Ta, Mo, W, V, Ti, dan Al

juga dapat bertindak sebagai penguat larutan padat.

Titanium dan aluminium memiliki peranan yang penting pada paduan super

berbasis nikel. Unsur tersebut menstabilkan fase gamma-aksen (.'), sedangkan unsur

Co, Cr, Mo, dan W merupakan penstabil fase gamma (.). Fase . merupakan fase Al atau

Ni, sedangkan fase .' memiliki rumus kimia Ni3A1, Ni3Ti, atau Ni3(A1,Ti). Fase

tersebut dapat membentuk endapan yang stabil dan merata pada matriks. Fase tersebut

cukup ulet. Dengan demikian, di samping menguatkan matriks, fase ini tidak

menurunkan nilai ketangguhan retaknya. Kekuatan logam biasanya menurun seiring

meningkatnya suhu karena pada suhu yang tinggi dislokasi akan mudah untuk bergerak.

Akan tetapi, tidak demikian untuk paduan super berbasis nikel yang mengandung .',

paduan ini tahan terhadap suhu yang tinggi.

Kebanyakan paduan super berbasis nikel digunakan untuk aplikasi turbin yang

membutuhkan ketahanan pada suhu tinggi. Paduan nimonic yang mengandung 75%

nikel; 21% kromium; 2,5% titanium; 0,7% besi; 0,6% aluminium; dan 0,5% karbon

merupakan paduan super yang digunakan untuk membuat baling-baling turbin.

Waspaloy yang mengadung 55% nikel; 20% kromium; 13% kobalt; 4%

molibdenum; dan 5% besi juga merupakan material untuk membuat baling-baling dan

piringan turbin. Inconel juga tergolong paduan super berbasis nikel yang digunakan untuk

sistem pembuangan mobil balap Formula 1 dan juga tempat pembakaran sisa

pembuangan pada boiler.

Inconel adalah merek dagang terdaftar dari perusahaan logam khusus yang

mengacu pada kelompok austenitik nikel-kromium berbasis superalloy. Paduan

Inconel biasanya digunakan dalam aplikasi suhu tinggi.. Material ini sering disebut

dalam bahasa inggris sebagai "Inco" (atau kadang-kadang "Iconel"). Nama dagang

umum untuk Inconel meliputi:. Inconel 625, 625 Chronin, Altemp 625, Haynes 625,

625 dan Nickelvac Nicrofer 6020.

Paduan Inconel pertama kali dikembangkan pada tahun 1940-an oleh tim

penelitian di Wiggin Pekerjaan di Hereford, Inggris, dalam mendukung pengembangan

mesin jet Whittle.

Paduan super berbasis Kobalt

Paduan super berbasis kobalt didefinisikan sebagai paduan super yang unsur

dominannya adalah kobalt. Paduan super berbasis kobalt mengandung 10-30%

Ni; 25% Cr; 15% W, serta berbagai unsur dalam jumlah kecil, seperti Mo, Nb, Ta,

Ti, La, dan Fe. Penguatan yang terjadi pada paduan ini adalah penguatan larutan

padat dan penguatan oleh karbida. Paduan yang penguatan dominannya adalah

penguatan karbida biasanya mengandung karbon sekitar 0,4-0,85 %. Paduan yang

penguatannya adalah penguatan larutan padat dibagi menjadi tiga, yaitu paduan yang

digunakan pada (1) suhu sekitar 650-1.150°C, (2) suhu ±650°C, dan (3) paduan yang

tahan aus. Pada kenyataannya, tidak ada paduan super yang penguatan larutan padat

dapat dikatakan 100% (sempurna), tetapi terdapat fase kedua berupa karbida atau

intermetalik pada paduan tersebut.

Pengerasan dengan karbida menjadi keharusan pada paduan super berbasis kobalt

untuk mendapatkan sifat mekanik yang lebih baik. Untuk itu, kadar karbon biasanya

ditinggikan. Karbida yang terbentuk merupakan persenyawaan karbon dengan logam,

seperti Cr, W, V, dan sebagainya. Pada paduan super berbasis kobalt, hasil pengecoran

yang mengandung 0,4 %C biasanya terdapat karbida Cr23C6, Cr3C2, MC, atau M6C.

Perbandingan jumlah kromium dan karbon menentukan jenis karbida kromium yang

terbentuk. Bentuk karbida pun dapat dimodifikasi menjadi bentuk yang bulat, panjang,

dan terpisah. Suhu penuaan dan pendinginan yang dilakukan memainkan peranan

penting terhadap distribusi dan bentuk dari karbida tersebut.

Paduan super berbasis kobalt dapat dianil atau anil pelepasan tegangan, tetapi

jarang yang dilakukan perlakuan pelarutan sebab pada paduan jenis ini tidak terdapat

fase .' seperti yang terdapat pada paduan super berbasis kobalt. Perlakuan panas

penuaan mungkin dilakukan, tetapi tujuannya adalah untuk memodifikasi distribusi dari

karbida. Untuk paduan super berbasis kobalt, hasil pengerjaan, anil, dan pelepasan

tegangan sangat dianjurkan untuk menghilangkan tegangan sisa hasil proses fabrikasi.

Anil pada paduan super berbasis kobalt hasil pengecoran sangat tidak dianjurkan sebab

akan terbentuk karbida yang kasar pada saat pendinginan setelah anil.

UMCo-50 merupakan salah satu contoh merek dagang paduan super berbasis

kobalt yang sering digunakan untuk komponen-komponen dapur pembakaran. MP-35N

dan MP-159 digunakan untuk baut yang dipakai untuk aplikasi-aplikasi pada suhu

tinggi. Haynes 25 adalah paduan super berbasis kobalt yang terkenal dan digunakan

untuk bagian turbin gas, reaktor nuklir, dan baut khusus.

Paduan super berbasis Besi

Paduan super berbasis besi didefinisikan sebagai paduan super yang unsur

dominannya adalah besi. Penguatan pada jenis paduan super ini adalah dengan larutan

padat, pengendapan intermetalik, dan pengendapan karbida. Beberapa unsur

ditambahkan pada paduan ini untuk menciptakan sifat yang diinginkan. Oleh karena

struktur kristal paduan ini dominannya adalah FCC, beberapa unsur, seperti nikel,

aluminium, titanium, dan niobium dapat ditambahkan sebagai penguat. Karbon

ditambahkan sekitar 0,5% untuk membentuk endapan karbida. Terkadang, nitrogen dan

fosfor juga ditambahkan untuk mempertinggi pengaruhnya. Karbida yang terbentuk

dapat juga bertindak sebagai penguat batas butir. Ketahanan oksidasi pada paduan super

berbasis besi diberikan melalui penambahan kromium, nikel, dan mangan. Penambahan

boron sangat membantu meningkatkan sifat pada suhu tinggi. Semua paduan super

berbasis besi pada penggunaan suhu tinggi berstruktur FCC, sebab struktur FCC lebih

tahan terhadap mulur.

Paduan super berbasis besi umumnya jarang dilakukan pelepasan tegangan.

Paduan yang diberikan pengerjaan panas atau dingin biasanya membutuhkan pelepasan

tegangan untuk menghilangkan tegangan sisa dan meningkatkan keuletan. Namun

demikian, pelepasan tegangan pada paduan tersebut tidak dapat dilakukan jika

ketahanan korosi yang tinggi juga dibutuhkan. Oleh karena suhu pelepasan tegangan

yang dianjurkan biasanya berada di antara rentang suhu sensitasi, anil lebih disarankan

untuk dilakukan. Beberapa paduan j uga tidak bisa dilakukan pelepasan tegangan karena

masalah pada endapannya.

Paduan super berbasis besi yang mengandung titanium dan aluminium umumnya

mengalami penguatan endapan fase .'. Fase .' tergolong pada fase yang metastabil

karena dapat berubah menjadi fase . (Ni3Ti) jika rasio aluminium dan titanium terlalu

rendah. Perlakuan panas yang diberikan pada paduan tersebut adalah perlakuan

pelarutan diikuti dengan penuaan. Perlakuan pelarutan dan penuaan yang diberikan pada

paduan tersebut berbeda-beda, bergantung pada pengerjaan dingin yang telah dilakukan

pada paduan tersebut.

Beberapa contoh paduan super berbasis besi, seperti paduan A-268, Incoloy 901,

INCO 718, INCO 901, dan Multimet. Sama seperti paduan super jenis lain, paduan-

paduan super tersebut umumnya digunakan untuk aplikasi-aplikasi pada suhu tinggi,

seperti turbin, roket, reaktor nuklir, dan lain-lain.

5. 7. Logam Mulia

Logam mulia merupakan logam berharga yang biasa digunakan untuk membuat

koin, perhiasan, dan ornamen-ornamen khusus. Logam yang tergolong sebagai logam

mulia adalah emas, perak, serta golongan platina, seperti rutenium, rodium,

paladium, osmium, iridium, dan platina. Logam tersebut diberi nama logam mulia

karena tidak mudah terdegradasi dan memiliki kilauan yang khas. Logam tersebut

juga lebih ulet dan memiliki titik lebur lebih tinggi daripada logam-logam lainnya.

Pada bagian ini, logam mulia yang akan dibahas hanya emas, perak, dan platina

karena merupakan logam mulia yang paling umum.

Emas

Karekteristik Emas

Emas merupakan logam lunak yang berwarna kuning, yang sudah terkenal sebagai

logam berharga sejak zaman dahulu. Logam ini merupakan logam yang nonreaktif

secara kimia, yang dapat langsung ditemukan di alam dalam bentuk logamnya. Berat

jenis emas mencapai 19,3 g/cm3, sedangkan titik leburnya mencapai 1.064,18 °C. Jika

dibandingkan dengan logam murni lainnya, emas merupakan logam murni yang paling

ulet dan mudah ditempa. Satu gram emas dapat dibentuk menjadi lembaran dengan luas

0,6 meter persegi. Emas yang sudah dicetak memiliki kekuatan tarik sebesar 137 MPa.

Emas juga merupakan konduktor panas dan listrik yang baik, serta mampu menepis

radiasi infra merah.

Kemurnian emas dinyatakan dengan satuan karat. Emas murni memiliki nilai

sebesar 24 karat. Emas merupakan logam yang tahan terhadap korosi dan zat-zat kimia,

tetapi tidak semua zat kimia. Halogen bebas dapat bereaksi dengan emas, sedangkan

aqua regia melarutkan emas dengan cara membentuk gas klorin yang dapat menyerang

emas hingga membentuk ion kloraurat. Emas juga larut dalam larutan alkali seperti

potasium sianida dan dalam merkuri membentuk amalgamasi emas-merkuri.

Proses Pengolahan Emas

Di alam, emas sudah ada dalam wujud logamnya, tidak berikatan dengan unsur

lain. Namun demikian, bijih emas yang ditemukan di alam biasanya mengandung

berbagai material, yang dikenal sebagai material ikutan. Dalam satu bongkahan bijih

(logam) saja, jumlah material ikutan jauh lebih banyak jika dibandingkan dengan emas

itu sendiri. Selain metode tradisional, proses perolehan logam emas untuk skala yang

lebih besar sudah mulai dikembangkan sejak tahun 1783. Pada saat itu, diketahui bahwa

emas dapat larut dalam larutan alkali sianida. Proses tersebut kemudian dinamakan

sianidasi. Proses sianidasi merupakan proses pelarutan emas dengan larutan natrium

sianida. Suhu yang digunakan tidak terlalu tinggi, biasanya optimum pada suhu 85 °C.

Proses sianidasi dijelaskan oleh Elsner sesuai reaksi dalam persamaan:

4Au + 8NaCN + O2 + 2H2O .. 4NaAu(CN)2 + 4NaOH (5.12)

Proses tersebut adalah proses elektrokimia, di mana oksigen mengambil elektron

dari emas pada daerah katode, sedangkan ion emas dengan cepat membentuk kompleks

aurosianida di daerah anode. Setelah menjadi larutan kompleks, emas dapat diekstraksi

dengan beberapa metode salah satunya adalah dengan (metode) electrowining. Dalam

metode electrowinning, larutan kompleks dilewatkan pada sel electrowining yang terdiri

dari anode dan katode yang terbuat atas pelat baja tahan karat. Sel electrowining dapat

dilihat pada Gambar 5.13. Emas dengan sendirinya akan menempel pada katode

tersebut. Selanjutnya, katode dibersihkan dan endapan emas yang ada pada katode

diambil. Endapan emas kemudian dikeringkan. Oleh karena serbuk emas yang diperoleh

masih mengandung fluks, selanjutnya, emas dilebur pada suhu 1.200 °C hingga

dihasilkan emas murni.

Aplikasi Emas

Beberapa negara menggunakan emas sebagai alat transaksi ekonomi. Nilai uang

yang terbuat dari emas dilihat dari nilai intrinsiknya. Semakin besar kandungan emas,

semakin tinggi nilai uang tersebut. Namun demikian, penggunaan emas sebagai uang

logam mulai tergantikan ketika pemerintah melegalkan uang kertas sebagai alat

pertukaran. Penggunaan emas yang paling dominan saat ini adalah sebagai perhiasan.

Perhiasan dapat terbuat dari emas murni ataupun paduannya. Emas putih merupakan

paduan emas dengan nikel atau paladium, emas biru merupakan paduan emas dengan

besi, dan emas ungu merupakan paduan emas dengan aluminium. Emas merupakan

material yang digunakan untuk pelapisan sampel nonkonduktif yang akan dilakukan

pengamatan mikro menggunakan scanning electron microscope (SEM). Emas juga

dapat digunakan pada bidang kedokteran, di antaranya untuk gigi palsu, serta obat

untuk mengurangi sakit bagi penderita rheumatoid arthritis dan tuberculosis.

Perak

Karekteristik Perak

Perak merupakan logam yang berwarna putih berkilau dan cukup lunak. Logam

ini merupakan logam yang paling putih dan dapat dipoles, serta logam ini juga telah

dikenal sejak zaman dahulu sebagai logam yang berharga. Perak menempati urutan

pertama sebagai logam dengan konduktivitas listrik dan konduktivitas panas tertinggi di

antara logam-logam lainnya. Namun demikian, oleh karena harganya yang mahal,

tembaga lebih banyak digunakan sebagai penghantar listik daripada perak. Titik lebur

perak mencapai 964 °C, sedangkan berat jenisnya adalah 10,7 g/cm3.

Pada dasarnya perak tahan terhadap udara dan air yang murni. Namun demikian,

pada udara bebas, warna perak biasanya memudar karena membentuk perak sulfida.

Sulfur dapat menyerang perak dengan cepat. Lapisan perak sulfida yang terbentuk dapat

memudarkan warna perak dan menambah ketahanan listrik pada permukaannya, tetapi

hal tersebut tidak membuat perak terkorosi. Salah satu upaya pencegahannya adalah

dengan melakukan pelapisan. Teknik pelapisan yang dilakukan salah satunya dengan

menggunakan rodium dan nikel.

Proses Pengolahan Perak

Kebanyakan bijih logam perak ditemukan bersamaan dengan bijih logam emas.

Proses sianidasi juga dapat dilakukan pada bijih perak. Dengan demikian, produk yang

biasanya dihasilkan pada proses electrowinning emas bukanlah 100% emas murni,

melainkan batangan emas dan perak dengan kandungan tertentu. Apabila dalam suatu

bijih ditemukan unsur perak yang lebih dominan daripada emas dan yang ingin

didapatkan adalah logam perak sepenuhnya, maka poses pelarutan dengan asam nitrat

dapat memisahkan perak dengan emas. Proses pelarutan tersebut sesuai reaksi dalam

persamaan:

 3Ag + HNO3 .. 3AgNO3 + 2H2O + NO (5.12)

Reaksi ini dilakukan pada suatu bejana baja tahan karat. Gas NO yang dihasilkan

dioksidasi untuk memperoleh HNO3, yang dapat digunakan kembali untuk proses.

Larutan kemudian diendapkan sebagai AgCl dengan menambahkan NaCl. Selanjutnya,

logam perak dapat diperoleh dengan menambahkan besi. Rangkaian skematis proses

ekstraksi tersebut digambarkan dalam Gambar 5.14

Aplikasi Perak

Oleh karena harganya yang cukup tinggi, perak umumnya digunakan sebagai

perhiasan dan medali. Aplikasi lain perak adalah untuk membuat campuran bersama

timah dan raksa untuk penambalan gigi. Kekentalan campuran tersebut disesuaikan

dengan jumlah yang digunakan untuk mengisi lubang pada gigi. Dalam beberapa menit,

campuran tersebut akan sedikit mengeras dan dalam beberapa jam akan menjadi sangat

keras. Di bidang fotografi, perak digunakan untuk mencetak foto dalam bentuk perak

nitrat dan perak halida. Namun demikian, seiring dengan perkembangan zaman, perak

jarang digunakan karena dunia fotografi sudah beralih ke model digital. Barang-barang

elektronik juga memanfaatkan perak karena konduktivitas listriknya yang sangat tinggi,

misalnya keyboard (papan tuts) komputer, perangkat audio yang canggih, dan papan

sirkuit cetak.

Platina

Karekteristik Platina

Platina merupakan logam mulia yang berwarna putih keabu-abuan dan ulet.

Keuletan platina mampu melebihi emas, perak, dan tembaga. Titik lebur platina

mencapai 1.754 °C, sedangkan berat jenisnya mencapai 21,45 g/cm3. Konduktivitas

listriknya hanya 16% dari konduktivitas listrik tembaga. Logam ini tidak teroksidasi

pada berbagai suhu, tetapi dapat terkorosi oleh halogen, sianida, dan alkali kuat.

Proses Pengolahan Platina

Platina merupakan logam yang inert. Keberadaanya di alam tidak bersenyawa

dengan unsur lain, melainkan murni sebagai logam platina. Namun demikian, bijih

logam platina di alam biasanya terkontaminasi oleh material-material lain sehingga

diperlukan proses pemisahan lebih lanjut. Banyak logam platina yang ditambang

bersamaan dengan nikel dan tembaga karena platina sering kali menjadi material ikutan

pada bijih tembaga dan nikel. Selama proses pemurnian nikel, logam-logam mulia,

seperti emas, perak dan platina, serta selenium dan telurium akan mengendap ke bagian

dasar dari sel electrorefining sebagai lumpur anoda.

Produksi platina langsung dari bijih logam platina dapat dilakukan dengan

beberapa metode. Logam platina biasanya memiliki berat jenis yang lebih tinggi

daripada material-material ikutannya. Dengan demikian, platina dapat dipisahkan dari

material pengikutnya melalui metode pengapungan biasa pada suatu kolam air. Sifat

platina yang nonmagnetik dapat dimanfaatkan untuk memisahkannya dari pengotor-

pengotor yang magnetik, seperti besi dan nikel, melalui metode pemisahan magnetik.

Titik lebur platina biasanya lebih tinggi daripada material ikutannya sehingga dengan

membakar bijih logam platina, material ikutannya akan mencair dan terpisah, sedangkan

platina tidak. Ketahanan platina terhadap asam hidroklorat dan asam sulfat membuatnya

dapat dipisahkan dari pengotor yang tidak tahan terhadap kedua asam tersebut. Dengan

memasukkan dan mengaduk bijih logam platina pada campuran kedua asam tadi, logam

platina dapat diperoleh. Salah satu atau kombinasi dari teknik-teknik pemisahan tersebut

dapat diterapkan dalam suatu rangkaian proses produksi platina hingga didapatkan

logam platina yang benar-benar murni.

Untuk pemurnian bijih logam platina yang mengandung emas dan golongan

platina lainnya, penambahan aqua regia akan lebih efektif. Dalam aqua regia, paladium,

emas, dan platina akan larut, sedangkan osmium, iridium, rutenium, dan rodium tetap

tidak beraksi. Emas akan diendapkan dari larutan dengan besi (III) klorida, kemudian

platina diendapkan sebagai amonium kloroplatina dengan menambahkan amonium

klorida. Selanjutnya, amonium kloroplatina dapat diubah menjadi logam platina dengan

pemanasan.

Aplikasi Platina

Sama seperti logam mulia lainnya, platina juga sering digunakan orang sebagai

perhiasan. Jam tangan mewah sering memanfaatkan platina sebagai material

pembuatnya dan diproduksi dalam jumlah yang terbatas. Pemanfaatan platina lainnya

adalah sebagai katalis pada reaksi kimia. Serbuk platina dapat digunakan untuk

mengatalisis reaksi pembakaran hidrogen. Oleh karena ketahanan korosinya, platina

sering digunakan untuk pelapisan pada komponen elektronik yang membutuhkan

kondisi operasi yang prima. Proses pelapisan yang dapat digunakan adalah

electroplating dalam suatu wadah yang berisi platina diklorida, PtCl2, atau platina

tetraklorida, PtC14. Selain itu, pelapisan dapat juga dilakukan dengan metode deposit

uap dan pengecatan menggunakan campuran serbuk platina.