BORIDING, METALIDING

1.   BORIDING

Boriding atau Boronizing adalah proses perlakuanpermukaan secara termomekanik yang dapat digunakan secaraluas untuk logam ferrous, nonferrous dan cermet (ceramicmetal) material. Proses ini menggunakan pemanasan materialyang telah dibersihkan pada range suhu 700-1000 C selama 1 sampai 12 jam. Teknik yang dikembangkan saat ini adalah thermo mechanical boriding yang menggunakan teknik gas boriding seperti plasma bonding dan fluidized bed boriding. Proses boriding yang paling sering digunakan saat ini adalahproses CVD untuk mendeposisikan boron pada material yang diinginkan.

Selama proses boriding, akan terjadi proses difusi setelah atom boron sampai pada permukaan logam yang dituju untuk membentuk senyawa interstisi boron (FeB atau FeB₂). Layer atau lapisan yang dihasilkan ini dapat mengandung single phase boride, maupun polyphase boride layer . Morfologi dari proses growth  komposisi fasa pada boride layer  dipengaruhi oleh elemen paduan yang terdapat pada base material.  Microhardness dari boride layer juga sangat bergantung pada komposisi dan struktur dari boride layer dan komposisi base material .

 

Lapisan boride yang terbentuk memiliki sejumlah karakteristik dengan beberapa keuntungan terhadap kekerasan pada layer yang dihasilkan. Keuntungan mendasar yaitu layer boride yang terbentuk memiliki nilai kekerasan yang sangat tinggi(antara 1450 - 5000 HV) dengan melting point yang juga tinggi tergantung pada fasa penyusunnya. Kekerasan dari boride layer untuk carbon steel jauh lebih tinggi bila dibandingkan dengan surface (hardening) treatment yang konvensional.

Prinsip dari mekanisme penguatan metode boriding adalah melalui konsep konfigurasi elektron dari atom yang stabil pada fasa solid. Pada baja, efek komposisi karbon akan mempengaruhi kedalaman (depth) dan kekerasan dari lapisan borideseperti pada gambar di bawah ini:

 

Berdasarkan percobaan terhadap sifat physicochemical dari fasa boride, ternyata konfigurasi elektron dari atom boron dan metal base memiliki peranan yang penting. Elektron valensi selama proses pembentukan kristal akan terlokalisasi pada core atom dan terkumpul secara parsial. Elektron yang berkumpul tersebut akan membentuk konfigurasi yang stabil yang bergantung pada physicochemical properties. Oleh karena itu, boron yang pada awalnya memiliki konfigurasi akan mengalami transisi pada keadaan kondensasi menjadi  yang lebih stabil, lalu menjadi konfigurasi . Sedangkan atom Fe () selama pembentukan kristal cenderung membentuk konfigurasi yang lebih stabil sebagai hasil donor elektron.

Selama proses pembentukan lapisan boride, atom boron cenderung untuk membentuk konfigurasi  yang maksimum, yaitu dengan pembentukan . Atom  Fe  akan memberikan elektron yang dimiliki ke boron sehingga atom Fe akan membentuk konfigurasi . Asumsikan bahwa kekerasan ditentukan oleh stabilitas dan konsentrasi konfigurasi elektron dari atom logam dan non-logam yang tinggi, maka dapat dijelaskan bahwa kekerasan yang tinggi dari fasa yang dihasilkan disebabkan oleh statistical proportion yang tinggi dari konfigurasi pada boron saat kristalisasi.

Pada kasus baja karbon, kehadiran atom karbon dengan konfigurasi elektron  akan meningkatkan statistical proportion dari konfigurasi . Atom karbon dengan konfigurasi  memiliki kemungkinan untuk rusak, karena pada percobaan telah dibuktikan bahwa muatan karbon pada solid solution dengan Fe memiliki muatan sebesar 3.8, bukan lagi 4. Hal ini menunjukkan bahwa konfigurasi  bisa rusak ( damaged ). Elektron tersebut kemungkinan diambil oleh Fe untuk membentuk konfigurasi  yang kurang stabil.

Jika membandingkan stabilitas dari sistem Fe-C dibandingkan dengan sistem Fe-B,senyawa pada sistem Fe-C memiliki statistical proportion sp 3 dalam membentuk Fe3C yang memiliki konsentrasi atom karbon yang lebih rendah dibandingkan konsentrasi boron padasenyawa Fe₂B pada sistem Fe-B.

Kombinasi dari kekerasan permukaan yang tinggi dan koefisien friksi yang rendah pada boride layer menjadikan material ini memiliki ketahanan yang tinggi terhadapmekanisme aus, seperti: adhesion, tribooxidation, abrasion, dan surface fatigue

            Keuntungan lain dari proses boriding adalah:

1.      Kekerasan dari lapisan boride dapat diperoleh pada suhu yang lebih tinggi disbanding pada proses nitride.

2.      Dapat digunakan pada baja secara luas dan compatible terhadap proses.

3.      Dapat meningkatkan ketahanan korosi erosi pada ferrous material pada non-oxidizing dilute acid dan media alkali.

4.      Memiliki ketahanan oksidasi yang moderate (lebih dari 850 C) dan cukup tahan terhadap serangan molten metals

5.      Memiliki ketahanan fatigue dan service performance yang baik pada lingkungankorosif dalam pengaruh oxidizing

2.   METALIDING

Pelapisan logam atau metal plating mempunyai tujuan macam macam, bisa untuk tujuan mengawetkan logam aslinya, bisa untuk tujuan memperindah tampak logam atau bisa juga untuk melindungi logam aslinya yang memang mudah terkena korosi. Atau pelapisan logam bisa mempunyai tujuan untuk memberikan keindahan dan sekaligus pelindung logam itu sendiri.

Untuk tujuan tersebut berbagai macam orang berupaya melakukan pelapisan logam. Untuk menahan korosi bisa dengan melakukan pelapisan dengan logam yang lebih bagus performanya terhadap pengaruh korosi. Proses untuk tujuan ini missalnya pada proses pelapisan berikut:

·            Chrome plating process

·            Copper plating process

·            Silver plated process

·            Nickel plated process

·            Anodized process (menggunakan logam aluminum)

·            Nickel coated

Sedangkan untuk tujuan memperindah permukaan logam, orang bisa melapis permukaan logam tertentu dengan berbagai macam cara, misalnya dengan cara berikut ini:

·            Aluminum coating

·            Anodized process

·            Anodized aluminum

·            Silver copper process

·            Chrome plating

Masih banyak lagi proses pelapisan logam missal dengan melapis dengan emas atau perak atau bahan lain yang indah atau melindungi logam dengan mengecat agar lebih bagus dan lebih awet walaupun tidak setahan apabila dilapis dengan logam lain yang lebih tahan terhadap korosi.

Produk produk yang sudah jadi juga memperhatikan masalah ini, selain masalah inti yang ditujukan dalam permbuatan logam tersebut. Misal kabel yang terbuat dari tembaga (copper wire) dan yang terbuat dari aluminium (aluminum wire) masing masing mempunyai keunggulan dan tujuan tersendiri.