BAHAN KONSTRUKSI TEKNIK KIMIA (BKTK) KODE MK : KIM037 SKS : 2 DOSEN : IRFAN PURNAWAN, ST, MChemEng 081382331470 3276E8EA Irfan Purnawan irfanpurnawan Cu & Cu-Alloy

PENDAHULUAN Tembaga = copper = Cuprum, rumus kimianya Cu, valensinya 0, 1 dan 2 Ditemukan semenjak purba, yakni zaman perunggu (paduan Cu 94% + Zn 6% dengan berbagai variasinya) Di alam, menurut perkiraan manusia kadarnya hanya kecil, kurang lebih 0,01 % berat kerak bumi Bahan mineral yang mengandung Cu antara lain: Cu­2S = chalcolite (copper glance) CuFeS2 = chalcopyrite (copper pyrite) Cu2O = cuprite CuCO3.Cu(OH)2 = malachite Negara penghasil tembaga terbesar di dunia sejak 1962 tercatat: Amerika Serikat, Chili, Rhodesia Utara, Canada dan Congo, juga di Tembagapura, Irian Jaya dan Rusia, yakni di Pegunungan Ural, Kazakhstan dan Trans Caucasia.

CARA PEMBUATAN Cu Dari tambang tembaga, biji-bijian tembaga sangat banyak mengandung kotoran (lumpur, dll), maka sebelum diekstraksi dilakukan flotasi untuk memisahkan kotoran yang lebih ringan Setelah dilakukan flotasi, endapan yang kaya dengan Cu dibakar dalam suatu furnace (dapur) dan terjadi reaksi sulfidasi, dari CU menjadi Cu2S dan terkandung pula FeS, berakumulasi di dasar furnace di bawah slag (kerak) dan disebut matte. Matte dibawa ke dalam suatu converter untuk membuang FeS sebagai FeSiO3 pada saat dibakar. Dalam converter ditiupkan oksigen (udara panas). Terjadi reaksi sebagai berikut: 2 FeO + 2 SiO2 2 FeSiO3 (dibuang bersama slag) 2 FeS + 3 O2 2 FeO + 2 SO2

CARA PEMBUATAN Cu Selanjutnya oleh tiupan udara panas ke dalam converter, terjadi lagi oksidasi: 2 Cu2S + 3 O2 2 Cu2O + 2 SO2 2 Cu2S + Cu2S 6 Cu + SO2  (sebagai gas) 3 Cu2S + 3 O2 6 Cu + 3 SO2 Panas reaksi cukup tinggi (eksotermis), tidak perlu pemanasan lebih lanjut Tiupan O2 (udara) dilakukan sampai semua Cu2S direduksi menjadi Cu, nampak dari perubahan nyala api Selanjutnya Cu cair dicetak dalam steel mold, menghasilkan slag (kerak) yang tebal. Cu ini masih mengandung 2 – 3 % kotoran (campuran dari Zn, Ni, Fe, Pb, Ag, Au, dll). Pemurnian selanjutnya menggunakan cara dry furnace method dan elektrolisa dengan arus searah (DC) dengan ampere yang besar.

CARA PEMBUATAN Cu Dalam dry furnace, Cu-blister dilelehkan, dialiri udara panas. Sebagian Cu teroksidasi menjadi Cu2O, terlarut dalam lelehan Cu, dan ternyata Cu2O yang terlarut dapat mengoksidasi kotoran-kotoran tersebut dan terlepas dari lelehan Cu menjadi slag, dengan demikian kotoran yang tersisa tinggal 0,5%. Kelebihan Cu2O yang tidak menghasilkan kotoran direduksi dengan reaksi bersama Coke (C) atau kayu: 2 Cu2O + C 4 Cu + CO2 Catatan: Dalam penggunaan Cu teknis murni, dipakai hasil pemurnian tersebut di atas, tetapi untuk kabel listrik/elektronik, tidak boleh menggunakan Cu teknis, karena menimbulkan akibat penurunan konduktivitas (power loss) bila dialiri listrik. Untuk keperluan kabel listrik, Cu teknis murni perlu dimurnikan lagi dengan cara elektrolisis.

Logam Paduan Cu (Cu-Alloy) Duraluminium (dural) Banyak logam paduan antara Cu dengan logam lain, namun yang paling banyak diperoleh adalah di antaranya duralumin, misalnya dengan kode AA-2014 dengan komposisi kimia: Cu = 4,4% Mn = 0,8% Al (sisa) = 93,6% Si = 0,8% Mg = 0,4% Baik dural tempa maupun cor, mempunyai kandungan Cu yang dominan, yaitu antara 4% s/d 6%. Penggunaannya sangat luas, terutama dalam konstruksi pesawat terbang. 2. Berillium Copper Merupakan alloy Cu 97% dengan Be 2% dan Ni 0,5%, dapat dikeraskan dengan proses pengolahan panas (HT), dapat menaikkan harga tensile strength dari 70.000 psi menjadi 200.000 psi. Cocok dipakai untuk: diaphragma, precision bearing & bushing, ball cages serta spring washer.

Logam Paduan Cu (Cu-Alloy) 3. Kuningan (Brass) Merupakan paduan Cu 64-69% dengan Zn 30-35%, ditambah logam lain di antaranya Al, Fe, Pb, Mn, Mg, Ni (kurang dari 1%). Kuningan banyak digunakan baik dalam bentuk cor maupun tempa, misalnya: kran air, sudu-sudu pengaduk, propeller kapal, dlsb. 4. Muntz Metal Merupakan paduan Cu 60% dan Zn 40%, mempunyai daya tahan karat yang bagus, dengan penyepuhan (Heat Treatment) dapat diperoleh penambahan kekerasan/kekuatan. Banyak digunakan untuk bolt/nut, bagian permesinan yang berhubungan dengan air garam, diaphragm, dsb. 5. Naval Brass Merupakan pengembangan dari Muntz metal, yakni dengan penambahan 0,75% Sn. Logam baru ini lebih tahan air laut, banyak dipergunakan di dalam kapal atau bagian kapal yang berhubungan dengan air laut (misalkan bantalan/bushing propeller, dsb)

Logam Paduan Cu (Cu-Alloy) 6. Perunggu (Bronze) atau Kuningan Merah Merupakan paduan logam Cu 75% dan Sn 25%. Banyak digunakan untuk tube fitting (oil atau fuel) dan dapat dicor dengan mudah untuk pembuatan barang jadi, mudah dibubut/dibentuk (dikenal sejak purba: zaman perunggu). 7. Al Bronze Merupakan paduan Al (s/d 16%) dan Cu, tetapi tidak mengandung Sn. Logam pemadu lainnya adalah: Fe, Ni, Mn. Mempunyai kualitas tahan sobek, kuat, keras, tahan shock + fatigue, baik digunakan untuk diaphragm, roda gigi, bagian pompa, dll. Bentuk Al Bronze cor mempunyai kandungan Cu 89%, Al 9% dan logam lain 2%. Sifat-sifat fisiknya menguntungkan: kuat, liat, tahan karat, tahan shock + fatigue. 8. Manganese Bronze Logam paduan Cu dengan Zn, Al, Mn, Fe, Ni tanpa Sn.

Logam Paduan Cu (Cu-Alloy) 9. Silicon Bronze Logam paduan Cu 65% dengan Si 3% dan Mn/Zn/Fe/Al (2%). Disebut Si-bronze, tidak mengandung Sn (kalaupun ada, sangat kecil), mempunyai sifat yang menguntungkan: tahan karat, kekuatan tinggi, mudah dicor. 10. Monel Logam paduan Ni (68%) dengan Cu (29%) dan Fe (0,2%), Mn (1,0%) dan logam lain (1,8%). Lebih tepat disebut Nickel alloy, tidak dapat dikeraskan dengan Heat Treatment, dapat dicor, dapat dilas, untuk menaikkan kekuatan dilakukan cold/hot working. Baik sekali diunakan untuk bagian konstruksi yang perlu tahan karat, kuat (misalkan exhaust manifold, jarum karburator, rantai gigi roda mesin, dsb). 11. K-Monel Merupakan logam paduan Monel + Al. Logam utama adalah Ni, Cu dan Al, banyak digunakan pada bagian pesawat terbang dan alat industry modern. Mempunyai sifat menguntungkan: dapat dikeraskan dengan heat treatment, tahan karat, kuat, non-magnetik, dapat dilas dengan oxy-acetylene welding maupun arc welding.

High Temperature Alloy (Super Alloy) Merupakan logam paduan dengan kemampuan hebat, di antaranya tahan suhu sangat tinggi dengan kekuatan tarik yang relative tetap tinggi (stabil), tahan gesekan udara sampai kecepatan super/hyper-sonic sampai T = 1200 OC. Logam paduan ini mengandung kadar Ni, Co, Cr, Mo, Ti, dll yang cukup tinggi. 1. Hastelloy Alloy X Komposisi kimia: Ni 50%, Cr 22%, Mo 9%, C 0,07% (logam lain kadarnya kecil). Digunakan untuk tempat-tempat yang langsung berhubungan dengan panas, dengan ekspansi logam cukup besar, misalnya bagian dari turbin engine pesawat terbang. Sifat fisik yang menguntungkan di antaranya: low thermal expansion, good strength in high temperature, excellent surface and thermal stability, excellent fabricability. 2. Hastelloy Alloy S Komposisi kimia: Cu 15,5%, Mo 14,5%, Ni 70% (logam lain kadarnya kecil). Sifat-sifat fisika dan penggunaannya mirip dengan Hastelloy X, tetapi lebih rendah.

High Temperature Alloy (Super Alloy) 3. Haynes Alloy 25 (Haynes Stellite 25) Komposisi kimianya tidak jelas, tetapi kadar Co  50%, jadi lebih tepat disebut Alloy Co. Sifat fisika yang menguntungkan adalah: tahan hingga suhu 982 – 1150 OC, karena itu banyak digunakan untuk bagian yang panas pada turbine engine pesawat terbang. 4. Haynes Alloy 188 Komposisi kimianya kurang lebih Co 40%, Cr 22%, Ni 14% dan W 14% (logam lain kadarnya kecil). Untuk tipe Haynes Alloy 625, komposisi kimianya kurang lebih Ni 67% ditambah logam lain di antaranya Cr, Mo, Cb (Columbium). Penggunaannya mirip sekali dengan Haynes Alloy lainnya, karena sifat-sifat fisikanya mirip, seperti: turbine blade, turbine vanes, nozzle, dsb. Demikian pula tipe Haynes Alloy 263, banyak digunakan untuk bagian-bagian mesin pesawat (turbine engine).

High Temperature Alloy (Super Alloy) 5. Inconel Alloy 617 Komposisi kimianya Ni lebih dari 50%, ditambah logam lain seperti Cr, Co, Mo. Super alloy ini pun digunakan untuk keperluan yang hampir sama, yaitu bagian mesin pesawat terbang yang harus tahan terhadap suhu tinggi dengan kemampuan yang stabil. Mesin pesawat Rolls Royce buatan Inggris menggunakan logam tersebut untuk hot section­-nya. Masih banyak macam super alloy lain yang dikembangkan oleh industri pesawat terbang besar, seperti Pratt Whitney, Boeing, McDonald Douglas, dll.

Thank You!