Mekanisme-mekanisme keausan

 

Mekanisme-mekanisme keausan

 

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, material jenis apapun dapat mengalami keausan dengan mekanisme yang beragam , yaitu keausan adhesif, keausan abrasif, keausan lelah, keausan oksidasi, dan keausan erosi. Berikut ini akan dijelaskan secara singkat tentang mekanisme-mekanisme keausan.

 

1.    Keausan adhesif (Adhesive wear)

Keausan adhesif terjadi karena adanya kontak permukaan dari dua material atau lebih yang mengakibatkan adanya perlekatan satu sama lainnya (adhesif) serta terbentuknya deformasi plastis yang mengakibatkan terjadi pelepasan salah satu material, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2 di bawah ini :

Gambar 2 : keausan metode adhesive

 

Faktor-faktor yang menyebabkan adhesif wear antara lain :

1. Kecenderungan dari material yang berbeda untuk membentuk larutan padat atau senyawa intermetalik.

2. Kebersihan permukaan. 

 

Jumlah partikel terlepas akibat terjadinya aus melalui mekanisme adhesif ini dapat dikurangi dengan cara ,antara lain :

1. Menggunakan material keras.

2. Menggunakan material yang jenis yang berbeda dan memiliki perbedaan struktur kristal.

 

2.      Keausan Abrasif (Abrasive wear)

Keausan abrasif terjadi pada dua material yang berbeda tingkat kekerasannya. Keausan abrasif terjadi karena adanya penetrasi dari partikel material yang lebih keras menuju permukaan material yang lebih lunak. Hal ini menyebabkan material yang lebih lunak, seperti yang bisa kita lihat pada gambar 3 di bawah ini. Tingkat keausan pada mekanisme ini ditentukan oleh derajat kebebasan ( degree of freedom ) partikel materal yang lebih keras atau asperity tersebut.

Sebagai contoh partikel pasir silika menghasilkan keausan yang lebih tinggi ketika diikat pada permukaan yang keras, seperti kertas amplas, dibandingkan bila partikel tersebut berada di dalam sistem slury. Pada kasus pertama, partikel pasir akan mengalami tarikan sepanjang permukaan sehingga terjadi pengoyakkan. Sementara pada kasus yang kedua, partikel pasir mungkin hanya berputar (rolling) tanpa efek abrasi. Faktor yang berperan dalam kaitannya dengan ketahananmaterial terhadap abrasive wear  antara lain:

1. Kekerasan material

2. Kondisi struktur mikro

3. Ukuran abrasif 

4. Bentuk abrasif

 

Bentuk kerusakan permukaan akibat keausan abrasif, antara lain :

1.Scratching

2. Scoring

3.Gouging

 

 

Gambar 3 : keausan metode abrasive

 

 

 

3.    Keausan Lelah ( Fatigue wear )

Keausan lelah mempunyai mekanisme yang sedikit berbeda dibandingkan dengan dua mekanisme sebelumnya, yaitu dalam hal interaksi permukaan. Baik keausan adhesif maupu abrasif melibatkan hanya satu interaksi, sementara pada keausan lelah dibutuhkan interaksi multi. Keausan ini terjadi karena interaksi permukaan dan interaksi permukaan tersebut mengalami beban berulang. Hal ini menyebabkan terbentuknya retakan-retakan yang berukuran mikro.dimana permukaan yang mengalami beban berulang akan mengarah pada pembentukan retak-retak mikro. Retak-retak yang berukuran mikro tersebut kemudian menjadi satu dan mengakibatkan pengelupasan material. Tingkat keausan pada mekanisme ini bergantung pada tingkat pembebanan. Contoh dari keausan lelah bisa kita lihat pada gambar 4:

 

 

 

 

 

Gambar 4 : mekanisme keausan lelah

 

4.    Keausan Oksidasi/Korosif (Corrosive wear)

Proses keausan oksidasi dimulai dengan adanya perubahan kimiawi material di permukaan oleh faktor lingkungan. Kontak dengan lingkungan ini menghasilkan pembentukan lapisan pada permukaan dengan sifat yang berbeda dengan material induk. Sebagai konsekuensinya, material akan mengarah kepada perpatahan interface antara lapisan permukaan dan material induk dan akhirnya seluruh lapisan permukaan itu akan tercabut. 

 

Gambar 5 : mekanisme keausan oksidative

 

5.    Keausan Erosi (Erosion wear)

Proses erosi disebabkan oleh gas dan cairan yang membawa partikel padatan yang membentur permukaan material. Jika sudut benturannya kecil, keausan yang dihasilkan analog dengan abrasive. Namun, jika sudut benturannya membentuk sudut gaya normal (90^o), maka keausan yang terjadi akan mengakibatkan brittle failure pada permukaannya, skematis pengujiannya seperti terlihat pada gambar di bawah ini :

 

 

 

 

Gambar 6 : mekanisme keausan korosif

 

 

Mengatasi Keausan

 

Untuk mengatasi keausan digunakan thermal spray coatings. Thermal Spray coating telah dan digunakan dalam area yang sangat luas untuk ketahanan aus permukaan dan dipergunakan untuk perbaikan keausan permukaan.

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pemilihan lapisan permukaan biasanya berdasarkan pada kekerasan atau berdasarkan standard uji keausan, yang akan mengindikasikan bahwa pelapisan dengan HVOF tungsten carbide/cobalt, plasma sprayed chromium oxide ceramic atau fused coating menghasilkan performa terbaik. Tetapi Pelapisan dengan material ini tidak dimanfaatkan secara umum untuk semua pemakaian, hal ini karena harus memperhatikan factor-faktor lainnya seperti :

- Biaya

- Usia pemakaian

- Korosi

- Temperatur

- Lubrikasi

- Abrasif

- Beban dan kecepatan

- Impact, shock atau fatique

- Kemampuan untuk bekerja lebih keras

- Koefisien gesekan

- Porosity

- Kekerasan dan sudut serangnya (Severity and angle of attack )

Sifat lainnya yang diperlukan, diantaranya:

-Conductancy

-Insulator

-Non-Magnetic

-Ketahanan korosi

-Abrasive

-Koefisien gesek yang sangant rendah

Thermal spray coatings sendiri ada banyak jenisnya. Contoh-contoh dari thermal spray coatings sebagai berikut :

1.      Thermal Spray Coatings for Soft Bearing Surfaces

2.      Thermal Spray Coatings for Hard Bearing Surfaces

3.      Thermal Spray Coatings for Resistance to Abrasion

4.      Thermal Spray Coatings for Resistance to Fretting

5.      Thermal Spray Coatings for Resistance to Erosion

6. Coatings for Low Friction and Non-stick Properties

 

 

1.  Spray Coatings for Soft Bearing Surfaces

Lapisan yang biasa digunakan:

- Aluminium perunggu

- Phosphor perunggu

- Logam putih atau Babbitt

- Aluminium perunggu / polimer komposit

 

2.  Thermal Spray Coatings for Hard Bearing Surfaces

Lapisan yang biasa digunakan: - cermet pelapis seperti tungsten carbide / kobalt dan kromium karbida / krom nikel - Oksida keramik seperti kromium oksida dan alumina - Molibdenum - Berbagai paduan keras dari besi, kromium nikel, atau kobal

 

3. Thermal Spray Coatings for Resistance to Abrasion

Lapisan berikut umum digunakan:

• cermet pelapis seperti tungsten carbide / kobalt

• karbida kromium / nikel krom (terutama untuk suhu tinggi di atas 540 C)

• Oksida keramik seperti kromium oksida dan alumina

• Fused peremaja paduan diri (NiCrSiB)

• Berbagai paduan keras dari besi, kromium nikel, atau kobalt

 

4. Thermal Spray Coatings for Resistance to Fretting and Surface Fatigue

Coating tahan keausan disebabkan oleh berulang sliding, rolling, berdampak atau getaran. Umumnya pelapis dengan ketangguhan yang baik dan tegangan tarik yang rendah sisa adalah yang terbaik. Lapisan berikut umum digunakan:

• cermet pelapis seperti tungsten carbide / kobalt

• karbida kromium / nikel krom (terutama untuk suhu tinggi di atas 540 C)

• Aluminium perunggu

• tembaga nikel indium

• Berbagai paduan dari besi, kromium nikel, atau kobalt

 

5. Thermal Spray Coatings for Resistance to Erosion

Lapisan berikut umum digunakan:

• cermet pelapis seperti tungsten carbide / kobalt

• karbida kromium / nikel krom (terutama untuk suhu tinggi di atas 540 C)

• Non ferrous paduan, perunggu, aluminium, monel

• Oksida keramik seperti kromium oksida dan alumina

• Berbagai paduan dari besi, kromium nikel, atau kobalt

 

6. Coatings for Low Friction and Non-stick Properties

Bahan polimer jenis PTFE memiliki koefisien yang sangat rendah gesekan dan "non-stick" untuk bahan yang paling. Properti ini khususnya sangat berguna, namun bahan ini memiliki kekuatan yang sangat rendah dan ketahanan keausan sangat miskin. Kombinasi coating, dimana coating semprot termal digunakan untuk memberikan dukungan mekanik dan keying untuk polimer dan untuk memberikan ketahanan aus, membuat untuk kompromi yang sangat efektif