Kinerja dan Analisis Mikro 99,5% Aluminium

Coating oleh Thermal Arc Semprot Teknik

.

Muhamad Hafiz Abd Maleka, , Nor Hayati Saada, Sunhaji Kiyai Abasa, NR Nik

Roselinaa dan Noriyati Mohd Shahb

aMicro-Nano Electromechanical Sistem Laboratorium (MiNEMS), Fakultas Teknik Mesin, Universiti Teknologi MARA, 40450 Shah

Alam, Selangor, Malaysia

bNorimax Sdn Bhd, No 2, Jln TPP 5/17, Taman Perindustrian Puchong, Seksyen 15, 47160 Puchong, Selangor, Malaysia

_____________________________________________________________________________________ Abstrak

Busur termal lapisan aluminium semprot banyak digunakan dalam beberapa tahun terakhir sebagai lapisan pelindung karena kemampuan untuk

menahan suhu tinggi dan biaya proses yang efektif. Ini telah digunakan oleh banyak pengusaha minyak dan gas

sektor, di mana sebagian besar aplikasi berada dalam kondisi atmosfer. Lapisan organik bisa gagal sebelum waktunya dan

mengakibatkan perkembangan korosi dari lapisan kegagalan. Tulisan ini akan membahas kerangka keseluruhan percobaan untuk

membenarkan kinerja lapisan aluminium busur thermal spray. Dalam penelitian ini 99,5% aluminium digunakan sebagai

bahan pelapis dalam bentuk kawat diameter 2,3 mm menggunakan kawat metode arc semprot. Enam sampel siap dengan

ketebalan yang berbeda lapisan 200-400 mikron. Uji mekanis seperti Pull-off Test dan Uji Bend yang

dilakukan untuk mengevaluasi kinerja coating. Tes menunjukkan bahwa semua sampel telah berlalu minimum

persyaratan dengan rata-rata 10 MPa untuk Tarik off Test dan tidak ada retak muncul di Bend Test. Uji Kekerasan dan

Permukaan Analisis Morfologi juga dilakukan dengan ketebalan lapisan berkisar antara 350-400 mikron untuk

memeriksa dan mengevaluasi sifat coating. The uji kekerasan menunjukkan nilai rata-rata 209,7 HV. Permukaan

analisis morfologi dengan menggunakan FE-SEM menunjukkan struktur porositas rendah dan tingginya kandungan oksida. Dengan demikian, dari

Hasil secara keseluruhan dan analisis ditemukan bahwa semprot busur termal dapat melakukan tugas pelapisan efektif. Lebih lanjut

Penelitian dapat dilakukan untuk mengeksplorasi lebih lanjut tentang potensi busur termal lapisan aluminium semprot seperti

analisis terhadap ketebalan lapisan dan lapisan bahan yang berbeda.

2013 Authors. Diterbitkan oleh Elsevier Ltd

Seleksi dan peer-review di bawah tanggung jawab The Tribology Malaysia1. Pendahuluan

Thermal spray adalah jenis teknologi rekayasa permukaan yang digunakan untuk memerangi degradasi, terutama korosi [1].

Tujuan utama dari penerapan thermal spray coating adalah untuk melindungi dan mengurangi struktur baja dari korosi

selain mengurangi keausan dan tingkat bahan hilang. Karena karakteristik ini, thermal spray coating sangat berguna

untuk melindungi struktur baja dalam kondisi atmosfer, terutama di lingkungan laut [2]. Umumnya, thermal

spray coating dihasilkan ketika bahan disimpan baik dalam kawat atau bentuk bubuk yang dicairkan oleh sumber panas. Itu

bahan yang dicairkan kemudian disemprotkan ke substrat untuk membentuk lapisan bahan dilapisi [1-3].

Dalam kawat thermal coating busur semprot, kawat dilebur oleh sumber listrik yang menyebabkan pembentukan busur yang

menghasilkan panas. Suhu panas dari busur bisa mencapai dengan mudah antara 4000-6000 C [1, 4, 5]. Itu

bahan cair akan didorong ke depan dalam bentuk semprot dengan kecepatan udara terkompresi tinggi, yaitu sekitar 100-300 m / s

[4, 5]. Setelah bahan meleleh bertabrakan terhadap substrat, bahan cair akan dipadatkan segera,

berikat dan berubah sebagai pelapis [6]. Proses ini akan memberikan keuntungan karena kombinasi dari suhu tinggi busur

dan gerakan partikel kecepatan tinggi mengakibatkan lapisan lebih padat [4]. Metode ini banyak digunakan dalam minyak dan gas

industri seperti pada tangki, riser platform atau area yang membutuhkan korosi substansial tinggi dan ketahanan aus.

Ini adalah proses yang sederhana, metode ketahanan korosi yang efektif dan umumnya dengan biaya produksi rendah. Ini membuat seperti

Proses secara luas metode perlindungan korosi yang dipilih oleh industri [2].

Aluminium dan paduan aluminium murni biasanya digunakan dalam proses semprot busur sebagai bahan pelapis. Seperti dilaporkan

oleh American Welding Society aluminium yang merupakan bahan yang paling luar biasa dalam lingkungan agresif seperti

laut, di bawah isolasi termal atau luas permukaan yang panas seperti diklaim dalam laporannya tentang Uji Korosi Flame disemprot

Coated Steel [7]. Coating Aluminium keuntungan berasal dari kemampuannya untuk membentuk pembentukan film pasif, sehingga

memberikan laju korosi yang lebih rendah dan akan menahan proses suhu tinggi [8]. Dalam penelitian ini, bahan baku dari

99,5% aluminium digunakan sebagai mantel obligasi disemprotkan ke substrat logam dengan menggunakan thermal busur mesin semprot dengan

pistol semprot. Sejumlah parameter semprot busur yang dipilih untuk menghasilkan lapisan yang diinginkan seperti jumlah

berlalu dan lapisan. Kemudian, sampel lapisan dikarakterisasi berdasarkan pada kekuatan adhesi, kekerasan dan

analisis mikro.

2. Rincian Percobaan

2.1 Bahan dan Persiapan Substrat

Dalam percobaan ini, substrat logam yang dipilih adalah baja ringan dengan densitas 7.86 g/cm3 dan dipotong sampai 150 mm

panjang, 50 mm lebar dan 2 mm ketebalan. Semua permukaan sampel harus dibersihkan dari kontaminasi

seperti minyak dan lemak dengan membilasnya dalam air keran diikuti oleh aplikasi etanol, dan kemudian dikeringkan. Abrasive blasting

kemudian dilakukan pada 4-6 bar untuk membersihkan karat pada permukaan sampai tingkat kebersihan mencapai minimal dari

2,5 SA berdasarkan ISO 8501-1. Kekasaran permukaan dari permukaan meledak harus dalam kisaran 75-110 mikron

untuk kekuatan adhesi yang lebih besar dari lapisan [9]. Pada pemeriksaan akhir untuk sampel hancur, tingkat debu pada semua

sampel harus di bawah atau sama dengan peringkat 1 sampai inspeksi visual sesuai dengan ISO 8503-3 [10]. Itu

permukaan substrat mengecam menggunakan 20/40 mesh size garnet. Selama proses peledakan stand-off jarak yang

dipertahankan sekitar 6 inci dari sampel substrat. Dalam penelitian ini 99,5% Al diaplikasikan sebagai lapisan

material. Tabel 1 menunjukkan bahan pelapis dan dipilih substrat komposisi spesifikasi.

2.2 Coating Deposition

Setelah sampel hancur, mereka segera disemprot busur dengan 99,5% aluminium. proses

parameter yang digunakan untuk 99,5% aluminium ditunjukkan pada Tabel 2. Dalam proses busur semprot, tidak ada sealer diterapkan dan

pelapisan harus dilakukan di daerah tertutup. Alasannya adalah untuk mengurangi reaksi antara bahan disemprot dan

udara ambien, yang akan menyebabkan oksidasi permukaan [5]. Ketebalan lapisan yang berbeda diterapkan pada setiap sampel dan

parameter ini menjadi variabel parameter pengolahan seperti yang disorot dalam Tabel 3. Ketebalan diukur dengan menggunakan

ketebalan pengukur elektronik. Setelah lapisan, semua sampel udara didinginkan sampai suhu kamar untuk mengurangi intern

menekankan dalam lapisan [11]. Kemudian sampel dikumpulkan untuk analisa lebih lanjut.

2.3 Analisis Coating

Untuk membenarkan bahwa lapisan aluminium busur termal semprot dapat melakukan tugas coating nya, uji mekanis yang

dilakukan. Pull-off Uji dilakukan untuk mengevaluasi kekuatan adhesi lapisan antara lapisan dan substrat untuk

memeriksa setiap kelemahan dalam sistem pelapisan. Tikungan tes adalah untuk mengevaluasi daktilitas bahan pelapis. Kedua

tes terkait satu sama lain dan harus lulus persyaratan minimum. Enam sampel atau substrat dengan dimensi

150 mm x 50 mm x 2 mm dan ketebalan lapisan yang berbeda sebagaimana dimaksud Tabel 3 disiapkan untuk setiap jenis

uji. Semua enam sampel membungkuk sampai 180 menggunakan 13 mm diameter mandrel baja. Sampel yang secara visual

diperiksa seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Dalam Uji Pull-off, boneka yang digunakan untuk menarik lapisan dengan menggunakan lem epoxy sebagai

media perekat seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2. The Pull-off Uji dilakukan didasarkan pada ISO 4624. Tes yang

dievaluasi dalam rangkap di mana pengujian peralatan melekat pada lapisan dan kemudian selaras sebelum pemaksaan ini.

Kekuatan akan meningkat secara bertahap sampai sebagian dari lapisan yang terpisah, dan nilai kekuatan tercatat.

The pull-off kekuatan adhesi harus dari minimal 7 Mpa untuk setiap pengukuran tunggal. Ketika nilai adalah

kurang dari 7 MPa lapisan dianggap gagal atau ditolak.

Indikator Uji Fig.1.Bend

Gambar. 2.

Hasil dan Diskusi

3.1 Kekerasan dan Adhesi Kekuatan

Analisis kinerja thermal coating busur semprot didasarkan pada kekerasan, adhesi dan ikatan

kekuatan bahan pelapis. Penilaian dan pengamatan yang dilakukan melalui Pull-Off Test dan Bend Test. Jika

salah satu dari mereka gagal, lapisan dianggap gagal atau perlu ditolak. Penerapan lapisan dianggap diterima

ketika kedua hasil lulus persyaratan kualitas minimum sesuai standar dimaksud. Tes sampel dan hasil mereka

ditunjukkan pada Tabel 4.

Tabel 4 Pull-off Test dan Hasil Bend Test.

Sampel Pull-off Hasil Uji (Mpa) Bend Hasil Uji

1 10.74 Lulus

2 9.38 Lulus

3 9.8 Lulus

4 11.16 Lulus

5 11.53 Lulus

6 12.38 Lulus

Berdasarkan hasil Bend Test, dapat melihat bahwa semua sampel lulus persyaratan karena tidak ada retak diamati. Ini

menunjukkan lapisan memiliki kekuatan ikatan diterima untuk tujuan coating. Dalam Pull-off Test, lapisan dimuat dalam

ketegangan dengan dolly sampai lapisan terpisah. Hasilnya menunjukkan indikasi positif karena semua sampel lulus

persyaratan minimal 7 Mpa. Contoh 6 dengan ketebalan lapisan tertinggi dari 397 mikron memberi tertinggi

kekuatan adhesi dari lapisan 12.38 Mpa. Dari enam sampel, dua dari mereka dipilih untuk uji kekerasan. Itu

sampel dari ketebalan lapisan 373 mikron dan 397 mikron. Hasil menunjukkan bahwa rata-rata

kekerasan lapisan ditemukan 210 Hv. Dalam Satuan SI untuk tekanan, 210 Hv setara dengan 2059 Mpa berdasarkan

berikut rumus konversi:

Mpa = 9,807 x Hv [12] (1)

Berdasarkan standar yang berlaku, sampel 1 dengan ketebalan lapisan 222 mikron memberikan yang paling ekonomis dan

porositas dalam sampel dilapisi. Porositas rendah akan menghasilkan lapisan kompak dan lapisan berikat baik [2]. Oleh karena itu,

berdasarkan hasil uji mekanik, semua sampel telah melewati persyaratan minimum dalam hal coating ikatan dan

Oleh karena itu, mengkonfirmasikan kualitas coating.

Gambar 5 menunjukkan aluminium adalah elemen hadir tertinggi dalam lapisan sementara partikel lain dari oksida tersebut

aluminium oksida yang kadang-kadang disebut alumina juga hadir. Umumnya jenis oksida yang terbentuk dalam termal

Proses semprot busur adalah sekitar 2-8% [15]. Seperti diamati dari hasil isi oksida dalam lapisan yang diuji adalah

ditemukan 10% yaitu 2% lebih tinggi dibandingkan dengan angka normal. Hadiah oksida dalam lapisan akan memberikan

keuntungan aluminium oksida atau alumina yang merupakan bahan tahan api, keramik di alam dan membentuk bahan keras

yang akan meningkatkan kekerasan lapisan [2]. Sebagai kehadiran oksida meningkatkan kekerasan lapisan juga akan

meningkat.

4. Kesimpulan

Hasil dari uji mekanis analisis menunjukkan bahwa kekuatan adhesi coating akan meningkat sebagai pelapis

ketebalan meningkat. Dalam penelitian ini, ketebalan lapisan 397 mikron menghasilkan kekuatan adhesi 12.38

Mpa.

Karena semua sampel telah melewati persyaratan minimum Bend Test dan Pull-off Test, hasil yang ditunjukkan

bahwa lapisan aluminium busur thermal spray berguna dan mampu memenuhi fungsi lapisan yang diperlukan. Itu

ketebalan lapisan yang ideal bisa mulai dari 200 mikron.

Dari analisis morfologi permukaan diamati bahwa proses semprot busur thermal akan mengoksidasi

lapisan coating aluminium dan membentuk lapisan aluminium oksida. Lapisan oksida dapat membantu mengurangi

Tingkat porositas lapisan aluminium dan bentuk struktur padat yang berkontribusi terhadap peningkatan coating

kekerasan.

Ucapan Terima Kasih