Untuk menghasilkan aluminium busa (Aluminium foam), serbuk aluminium perlu dicampur dengan gas pada temperatur tinggi sehingga aluminium bisa mengembang dan mengandung pori-pori udara. Sesudah itu campuran aluminium dan gas dikeluarkan dari dapur dan didinginkan, sehingga aluminium foam akan membeku sesuai dengan bentuk cetakannya. Hasil dari metode ini adalah sel tertutup aluminium busa yang menunjukkan kulit seperti pengecoran yang tipis pada bagian permukaannya. Gas yang biasa digunakan untuk membuat pori-pori pada logam bisa berasal dari tiga hal, yaitu gas dari luar yang disuntikkan ke dalam logam cair, blowing agent atau pun gas-gas yang terlarut.

Blowing agent yang biasa digunakan untuk membentuk aluminum foam sandwich adalah TiH₂. Senyawa ini stabil pada kondisi kamar, sedangkan pada kondisi Tm foam core, Ti akan berfungsi sebagai presipitat dan H₂ akan terbebas yang kemudian menjadi gelembung udara pengisi rongga di antara padatan Al, seperti telah diketahui bahwa gas inert tak bereaksi terhadap lelehan logam. TiH₂ akan mulai terdekomposisi pada temperatur 400^oC dan akan terus berlanjut hingga Tm Titanium. Jumlah terbesar dari Hidrogen terlarut dalam lelehan logam aluminum adalah pada temperatur 550-660^oC dengan kondisi tekanan atmosfer normal. Penguraian TiH₂ terjadi berdasarkan pada reaksi berikut ini:

TiH₂ (s) ? Ti(s) + H₂ (g)

Pengomposisian powder metal Al dengan blowing agent TiH₂ sangat mempengaruhi sifat mekanis aluminum foam. Peningkatan komposisi TiH₂ akan meningkatkan jumlah pori (foam) yang terbentuk sehingga nilai densitas dari aluminium foam akan semakin menurun. Namun peningkatan pori secara tak terkontrol dapat menurunkan sifat mekanis dari aluminium foam. Untuk itu diperlukan pengomposisian yang tepat.

Gambar 1 di bawah ini menunjukkan metode-metode yang biasa digunakan untuk membuat metal foam. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa secara umum metal foam dapat dibuat dari logam yang berbentuk lelehan (melt) dan serbuk (powder).

Gambar 1.Skema beberapa metode pembuatan metal foam.[1]

Pada umumnya gelembung gas yang terbentuk di dalam lelehan logam akan cenderung naik ke atas permukaan lelehan logam karena adanya gaya tekan ke atas oleh zat cair. Namun gaya tekan terhadap gelembung udara ini dapat dikurangi dengan cara meningkatkan kekentalan lelehan logam, penambahan serbuk keramik atau penambahan unsur pemadu yang akan menjadi partikel-partikel penstabil. Adapun metode-metode yang umum digunakan untuk membuat metal foam adalah :

1. Foaming of Melt by Gas Injection (Hydro/Alcan)

2. Foaming of Melt with Blowing Agents (Alporas)

3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar)

4. Foaming of Powder Compacts (Foaminal/Alulight)

5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip/Foamcast)

1. Foaming of Melt by Gas Injection (Hydro/Alcan)

Pertama kali metode ini digunakan untuk membuat aluminium foam oleh perusahaan Hydro Aluminium di Norwegia dan Cymat Aluminium Corporation di Kanada.[2]^,[3]. Skema yang dilakukan pada metode ini seperti ditunjukkan pada gambar 2 di bawah. Untuk mempertinggi kekentalan lelehan aluminium biasanya digunakan partikel penguat seperti silicon-carbide, aluminium-oxide atau magnesium-oxide sehingga kecenderungan naiknya gelembung gas ke permukaan lelehan logam dapat dihambat. Pada metode ini, pertama kali disiapkan lelehan logam aluminium yang mengandung salah satu partikel penguat tersebut di atas sehingga campuran ini juga bisa disebut sebagai metal matrix composite. Namun dengan cara ini, untuk memperoleh distribusi partikel yang merata di dalam lelehan aluminium sangat sulit sehingga biasanya digunakan aluminium yang sudah dipadukan. Fraksi volum dari partikel penguat adalah 10-20% dengan ukuran partikel rata-rata 5µm - 20µm. Apabila ukuran partikel terlalu kecil atau terlalu besar maka akan muncul masalah pada kemampuan pencampuran (difficult to mix), kekentalan lelehan logam dan kestabilan metal foam yang terbentuk. Oleh karena itu ukuran dan fraksi volum partikel penguat harus berada pada rentang yang diperbolehkan sebagaimana pada gambar 3.

Langkah kedua yaitu penyuntikan gas (udara, nitrogen atau argon) dengan menggunakan rotating impeller atau vibrating nozzle yang akan membantu pemerataan gelembung gas di dalam lelehan aluminium. Campuran lelehan aluminum dan gelembung gas akan mengapung di bagian atas aluminium cair kemudian akan mengalami pembekuan.

Densitas aluminium foam yang dihasilkan 0.069 gr/cm³ - 0,54 gr/cm³, ukuran pori-pori yang dihasilkan antara 3mm sampai 25mm dan ketebalan aluminium foam yang bisa dihasilkan mulai dari 50µm.[4] Parameter yang mempengaruhi proses ini adalah kecepatan aliran gas, kecepatan impeller dan frekuensi getaran nozzle. Adanya gaya gravitasi berpengaruh selama proses pengeringan sehingga akan mempengaruhi produk akhir metal foam (gambar 4).[5] Produk ini cenderung memiliki gardien pada densitas, ukuran pori-pori dan pemanjangan pori-pori (pores elongation).

Gambar 4. Contoh aluminium foam yang dihasilkan dari Hydro-Aluminium.

2. Foaming of Melt with Blowing Agents (Alporas)

Di pasaran, metode ini disebut Alporas. Pada metode ini digunakan blowing agent sebagai pengganti dari udara yang disuntikkan pada metode pertama. Blowing agent akan terurai dan menghasilkan gas akibat proses pemanasan. Skema metode pembuatan metal foam dengan metode ini ditunjukkan pada gambar 5 berikut ini :

Gambar 5. Direct foaming of melts dengan penambahan gas-releasing powders[6]

Pada metode ini, langkah pertama yang dilakukan yaitu penambahan 15%wt kalsium (Ca) ke dalam lelehan aluminium 680^oC kemudian diaduk selama beberapa menit. Selama proses pengadukan, kekentalan lelehan aluminium akan meningkat sampai 5 kali karena pembentukan calcium-oxide (CaO), calcium-aluminium-oxide (CaAl₂O₄) atau pun Al₄Ca intermetalic. Gambar 6 di bawah ini menunjukkan pengaruh pengadukan terhadap kekentalan lelehan aluminum dengan beberapa variasi penambahan kalsium. Setelah diperoleh kekentalan lelehan aluminium sesuai dengan yang diinginkan, dilakukan penambahan blowing agent TiH₂ 1.6% wt yang berguna untuk menghasilkan gas hydrogen. Setelah itu lelehan akan mengembang dan memenuhi cetakan, kemudian dilakukan proses pendinginan sehingga solid aluminium foam dapat dikeluarkan dari cetakan. Densitas produk akhir dari metode ini adalah 0.18 gr/cm3 sampai dengan 0.24 gr/cm3, ukuran pori-pori antara 2mm sampai dengan 10mm.

Gambar 6. Viscosity vs. stirring time[7]

3. Solid-Gas Eutectic Solidification (Gasar)

Metode ini dikembangkan sejak beberapa dekade lalu dengan berdasar pada teori bahwa beberapa jenis logam cair memiliki sistem eutectic bersama dengan gas hidrogen. Apabila salah satu logam ini dilelehkan pada lingkungan mengandung hidrogen dan tekanan tinggi (sampai 50 atm) akan diperoleh lelehan logam dan hidrogen yang homogen. Apabila  temperatur diturunkan, lelehan logam akan mengalam transisi eutectic menjadi lelehan yang memiliki fasa heterogen terdiri dari padatan dan gas (solid+gas). Apabila komposis sisem ini mendekati komposis pada titik eutectic, maka proses segregasi akan terjadi pada satu temperatur. Pada saati lelehan logam membeku, gas-gas akan berusaha keluar dari lelehan namun terperangkap di dalam lelehan sehingga diperoleh logam padat yang mengandung pori-pori berisi gas hidrogen. Metode ini menghasilkan produk dengan pori-pori antara 10µm sampai 10mm dengan panjang pori-pori antara 100µm sampai 300µm dan derajat porositas 5% sampai 75%.

4. Foaming of Powder Compacts (Foaminal/Alulight)

Aluminium foam juga bisa diperoleh dari serbuk aluminium.[8]^,[9]blowing agent kemudian dikompaksi menjadi semi-finish product (precursor) sebagaimana ditunjukkan pada gambar 7. Metode kompaksi yang bisa dilakukan dengan pembebanan uni-axial atau isostatic compression, misalnya rod extruder atau powder rolling. Metode ini diawali dengan pencampuran serbuk aluminium (aluminium murni, aluminium paduan atau serbuk campuran aluminium dengan logam lain) dengan

Gambar 7. Prinsip metode powder-compact foaming[10]

Langkah selanjutnya adalah pemanasan precursor pada temperatur lebur aluminium sehingga blowing agent akan terurai dan menghasilkan gas hidrogen. Lelehan precursor akan mengembang dan menghasilkan struktur yang memiliki banyak pori. Waktu yang diperlukan untuk mencapai ekspansi maksimum dari lelehan logam tergantung pada temperatur dan ukuran precursor.

5. Foaming of Ingots Containing Blowing Agents (Formgrip/Foamcast)

Metode ini dikembangkan dengan menggunakan bahan dasar ingot aluminium agar tidak perlu menggunakan serbuk logam dalam pembuatan aluminium foam. TiH₂ ditambahkan ke dalam aluminium cair kemudian didinginkan dengan cepat agar tidak terjadi evolusi hidrogen secara prematur atau blowing agent (TiH²) dibuat menjadi pasif agar blowing agent tersebut tidak terurai dan melepaskan gas hidrogen sebelum pembekuan aluminium terjadi. Produk setengah jadi ini kemudian akan dipanaskan kembali untuk memperoleh aluminium foam sebagaimana cara yang digunakan sebelumnya.

[1] J. Banhart, Prog. Mater. Sci., 47 (1) (2001), in press.

[2] P. Åsholt, Metal Foams and Porous Metal Structures, ed. J. Banhart, M.F. Ashby, and N.A Fleck (Bremen, Germany: MIT-Verlag, 1999), p. 133.

[3] J. Wood, Metal Foams, ed. J. Banhart and H. Eifert (Bremen, Germany: MIT-Verlag, 1997), p. 31.

[4] L.D. Kenny, Mater. Sci. Forum, 217-222 (1996), p. 1883.

[5] A.E. Simone and L.J. Gibson, Acta Mater., 46 (1998), p. 3109.

[6] T. Miyoshi, in Ref. 2, p. 125.

[7] L. Ma, Z. Song, Scripta Mater., 39 (1998), p. 1523.

[8] F. Baumgärtner, I. Duarte, and J. Banhart, Adv. Eng. Mater., 2 (2000), p. 168.

[9] I. Duarte and J. Banhart, Acta Mater., 48 (2000), p. 2349.

[10] F. Baumgärtner, I. Duarte, and J. Banhart, Adv. Eng. Mater., 2 (2000), p. 168.

Related posts:

1. Fabrikasi Aluminium Foam Sandwich Terdapat 2 dasar utama cara pembuatan Aluminum foam sandwich, yaitu...
2. Aluminium foam sandwich Aluminium foam sandwich adalah lembaran yang terdiri atas aluminium yang...
3. Aluminium Foam Isu global mengenai penghematan energi turut mendorong manusia untuk berusaha...
4. Aluminium Foam Sandwich pada Badan Mobil Kombinasi dari sifat yang utama seperti kekakuan, ringan dan penyerapan...

Related posts brought to you by Yet Another Related Posts Plugin.