Infotekmesin Vol.
No.
Juli 2025 p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 DOI: 10.
35970/infotekmesin.
2561, pp.
Penyelidikan Kampas Rem Komposit Matriks Aluminium Diperkuat Boiler-Fly-Ash dan Silika Terhadap Nilai Densitas dan Kekerasannya Akhmad Hasyim Fikri1.
Sukanto Wiryono2*.
Subhan3
1, 2,3
Program Studi Teknik Mesin & Manufaktur.
Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung
1,2,3
Kawasan Industri AirKantung Sungailiat Ae Bangka Ae 3211 - Indonesia E-mail: fikrirobet18@gmail.
com1, sukanto@polman-babel.
id2*, msubhan00@yahoo.
Abstrak Info Naskah:
Naskah masuk: 2 Desember 2024 Direvisi: 16 Juli 2025 Diterima: 24 Juli 2025 Penelitian ini bertujuan menyelidiki pengaruh persentase penguat dan tekanan kompaksi panas, terhadap nilai densitas kampas rem Komposit Matriks Aluminium, diperkuat Boiler-Fly-Ash dan pasir silika.
Metode Metalurgi Serbuk digunakan dalam penelitian ini, dengan variasi penguat fraksi berat adalah 6%, 10%, dan 14%.
Pencampuran serbuk matriks dan penguat digunakan Ball Mill Machine, dengan Ball Powder weight Ratio adalah 10:1, dalam waktu 6 jam pemaduan mekanik pada kecepatan 90 rpm.
Proses pencetakan digunakan sistem kompaksi panas berupa mesin Hydraulic Jack penekan atas dan penekan bawah, dengan suhu penekanan panas 350 AC, waktu penahanan 10 menit, pada variasi penekanan 5200 Psi, 5600 Psi, dan 6000 Psi.
Sedangkan proses sintering digunakan suhu 600 AC pada penahanan suhu 10 menit.
Uji densitas spesimen menggunakan standar ASTM B962-17 dengan pendekatan teori archimedes, sedangkan uji kekerasan menggunakan Hardnes Brinnel mengacu ASTM E11014.
Hasilnya, nilai rata-rata densitas tertinggi 2,10 g/cmA dengan variasi penguat persentase 10%, sedangkan nilai densitas terendah adalah 1,90 g/cmA dengan persentase penguat 14%.
Nilai kekerasan tertinggi 42,93 HB dengan persentase 10%, sedangkan nilai kekerasan terendah 41,4 HB dengan persentase penguat 14% kompaksi 6000 Psi Abstract Keywords:
aluminium matrix Boiler-Fly-Ash.
silica sand.
non-asbestos This study aims to investigate the effect of the percentage of reinforcement and hot compaction pressure on the density value of Aluminum Matrix Composite brake pads, reinforced with Boiler-Fly-Ash and silica sand.
The Powder Metallurgy method was used in this study, with variations in the weight fraction of reinforcement being 6%, 10%, and 14%.
Mixing of the matrix powder and reinforcement was performed using a Ball Mill Machine, with a Ball Powder weight Ratio of 10:1, within 6 hours of mechanical alloying at a speed of 90 rpm.
The molding process used a hot compaction system in the form of a Hydraulic Jack machine with an upper press and a lower press, with a hot pressing temperature of 350 AC, a holding time of 10 minutes, at a pressure variation of 5200 Psi, 5600 Psi, and 6000 Psi.
The sintering process used a temperature of 600 AC at a holding temperature of 10 minutes.
The density test of the specimen uses the ASTM B962-17 standard with the Archimedes theory approach, while the hardness test uses the Brinnel Hardness, referring to ASTM E110-14.
The result, the highest average density value is 2.
10 g/cmA with a reinforcement percentage variation of 10%, while the lowest density value is 1.
90 g/cmA with a reinforcement percentage of 14%.
The highest hardness value is 42.
93 HB with a percentage of 10%, while the lowest hardness value is 41.
4 HB with a reinforcement percentage of 14% compaction of 6000 Psi.
*Penulis korespondensi:
Sukanto Wiryono E-mail: sukanto@polman-babel.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Pendahuluan Pada tahun 2022 data BPS menyebut jumlah kendaraan bermotor di Indonesia sendiri mencapai 817/unit .
Hal ini memaksa produsen pembuatan suku cadang kendaraan bermotor seperti AuBreak PadAy atau kampas rem kian meningkat.
Kampas rem berfungsi untuk mengurangi dan memperlambat laju kendaraan bermotor .
Kampas rem yang umum digunakan adalah tipe OES (Original Euipment Sparepar.
dan AM (After Marke.
Dari banyaknya kampas rem kendaraan bermotor, 60% dari itu terbuat dari material AuAsbestosAy sebagai serat utama dan kemudian dikombinasikan dengan campuran material resin, friction additive, filler, serpihan logam, karet sintetis serta keramik .
Kampas rem AMC atau Aluminium Matrix Composite adalah jenis kampas rem non asbestos yang mengaplikasian logam aluminium sebagai matrik komposit .
Terdapat beberapa kelebihan pada Aluminium Matrix Composite menjadi material yang banyak dikembangkan, karena aluminium sendiri merupakan material yang banyak terdapat di kerak bumi, dan menjadi unsur paling melimpah ketiga setelah oksigen dan silikon .
Di samping itu, komposit aluminium memiliki sifat kerapatan rendah, non korosi, memiliki densitas dan titik lebur yang rendah .
Komposit pada umumnya terdiri dari material yang tersusun atas campuran antara dua atau lebih material yang berbeda dengan masing-masing sifat kimia dan fisikanya .
Sifat asli material komposit terdiri atas beberapa material penyusunnya yaitu terdiri dari matriks (Pengika.
dan penguat (Reinforcemen.
atau pengisi (Fille.
dan biasanya kedua materialnya mempunyai sifat yang berbeda .
Bahan pengisi .
berfungsi meningkatkan kekerasan, ketahanan gesekan, operasional suhu tinggi, hal ini menjadi sifat yang baik untuk dikombinasikan dengan Aluminium Matrix Composite .
Material penguat yang banyak menjadi bahan penelitian diantaranya adalah oksida logam, karbida, karbon,dan serat alam .
Boiler-Fly-Ash merupakan limbah yang dihasilkan dari industri pengolahan kelapa sawit dan pembakaran batubara .
Pembakaran boiler produksi steam biasanya terdiri dari kombinasi cangkang kelapa sawit, serat tandan kosong buah kelapa sawit,dan carnel buah kelapa sawit .
Boiler-Fly-Ash memiliki kriteria sebagai bahan yang memiliki sifat pozzolan, memiliki sifat-sifat fisik yang baik, seperti memiliki kekerasan sedang, porositas rendah dan partikelnya halus .
Boiler-Fly-Ash industri pengolahan minyak kelapa sawit paling banyak mengandung silika atau (SiO.
sebesar 92,288% .
Boiler-Fly-Ash sangat melimpah di Indonesia kurang lebih sebesar 9,375 juta ton/tahun .
Data di Provinsi Kepulauan Bangka Belitung, menyebutkan bahwa luas perkebunan kelapa sawit tahun 2020 mencapai 239,8 ribu HA, sedangkan untuk tahun 2021 mencapai 238,60 ribu HA .
Oleh karena itu material Boiler-Fly-Ash yang melimpah di Provinsi Bangka Belitung ini sangat ekonomis dan potensial untuk dijadikan bahan penguat Silika atau silikon dioksida adalah senyawa kimia yang terbentuk dari atom silikon dan oksigen.
Silika murni memiliki dua bentuk yaitu kuarsa dan kristobalit .
Silika atau SiO2 (Silikion Dioxid.
merupakan limbah yang dihasilkan dari proses penambangan bijih timah sekitar 80- 90% .
Sedangkan sisa selain itu adalah lumpur yang tidak bisa digunakan dan terbuang.
Komposisi silika terdiri dari SiO2.
Fe2O3.
Al2O3.
TiO2.
CaO2 MgO.
K2O .
Provinsi Kepulauan Bangka Belitung merupakan pulau penghasil timah terbesar di Indonesia, dari luas Pulau Bangka 1.
050 ha, sebesar 27,56 % daratan pulau ini merupakan areal Kuasa Penambangan (KP) timah.
Menurut data kawasan eksploitasi penambangan timah mencakup luas zona kurang lebih 727,19 HA yang harus direklamasi atau berupa hamparan pasir silika .
Ada beberapa pengujian mekanik kampas rem agar mendapat performa yang mendukung sistem pengereman diantaranya adalah pengujian densitas, pengujian kekerasan, pengujian koefisien gesek, pengujian keausan, dan pengujian impact.
Guna pengujian kampas rem yaitu dapat mengetahui sifat-sifat fisis dan mekanis dari suatu material kampas rem .
Pengujian densitas .
merupakan pengujian yang berfungsi untuk melihat fenomena kerapatan atau massa jenisnya dengan membandingkan massa kampas rem dengan volume zat.
Biasanya pengujian densitas menggunakan teori Hukum Archimedes yaitu pada saat suatu material atau benda dicelupkan ke dalam fluida atau cairan akan mengalami tiga kemungkinan mengapung, melayang, dan tenggelam .
Dari uraian diatas dapat disampaikan bahwa penyelidikan ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh prosentase penguat dan tekanan kompaksi terhadap densitas dan kekerasan komposit yang dihasilkan.
Metode 1 Alat Dan Bahan Proses pembuatan kampas rem AMC dilakukan menggunakan peralatan seperti ayakan, timbangan digital, mixer.
Ball Mill Machine horizontal, cetakan spesimen, mesin hydraulic jack.
Thermocouple.
Thermogun.
Hidrolik press, oven, gelas ukur, alat pengujian densitas.
Dan bahan- bahan digunakan yaitu, serbuk aluminium silicon alloys Gambar 1.
Pasir silika tailing timah Gambar 2, dan Boiler-Fly-Ash Gambar 3.
Pembuatan sampel kampas rem menggunakan metode Powder Metallurgy atau metalurgi serbuk.
Metalurgi serbuk memiliki proses dasar utama yaitu, mixing .
, compaction .
emberian gaya teka.
, sintering .
roses perlakuan pana.
Pembuatan sampel dan pengujian densitas kampas rem dilakukan di lingkungan Bengkel Mekanik, tepatnya pada Laboratorium Fabrikasi dan Logam Politeknik Manufaktur Negeri Bangka Belitung.
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 1.
Serbuk aluminium silicon alloys.
Gambar 2.
Boiler-Fly-Ash Gambar 4.
Diagram Alir Penelitian Pengujian sampel kampas rem mengacu pada pendekatan standar ASTM B962-17 dengan pendekatan Hukum Archimedes.
Alat yang digunakan dalam proses metalurgi serbuk yang terdiri dari proses mixing, kompaksi, dan sintering berturut-turut ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 6, dan Gambar 7.
Gambar 3.
Pasir silika tailing timah 2 Kaidah Penelitian Kaidah pertama dalam penelitian ini adalah melakukan studi literatur, perancangan parameter, persiapan alat dan bahan, proses metalurgi serbuk, validasi spesimen, uji densitas, analisa, pembahasan, dan kesimpulan.
Diagram Alir Penelitian seperti ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 5.
Ball Mill HorizontalMachine p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 6.
Hydraulic Jack Machine Gambar 7.
Oven Sinter Proses mixing dengan pemaduan mekanik ini meliputi proses pencampuran material matrik .
erbuk aluminium hasil daur ulan.
dengan komposisi 83,40% Al, 2,674% Cu (FeO.
serta 10,09% Si, dengan ukuran Particle Size Analyzer D50:282,53 AAm.
Sedangkan untuk penguat Pasir Silika Tailing Timah mengandung senyawa 83% SiO2, 12% Fe2O3, dan 5% TiO2 dengan ukuran Particle Size Analyzer adalah D50:167.
66 AAm.
Dan BoilerFly-Ash yang digunakan berukuran D50:155.
63 AAm.
Selanjutnya proses Mechanical Alloying digunakan Ball Mill Machine Horizontal.
Parameter mechanical alloying pada penelitian ini menggunakan lama pemaduan mekanik selama 6 jam dengan kecepatan 90 rpm dan meliputi parameter di dalam tabung Ball Mill Machine Horizontal di isi dengan bola-bola baja atau Ball Powder weight Ratio (BPR) dengan perbandingan 10:1 mengacu pada penelitian sukanto .
Parameter persentase penguat adalah 6%, 10% dan 14% penguat, dengan masing-masing berat serbuk dibutuhkan 25-45 untuk setiap satu spesimen.
Berat satu kali pemaduan mekanik matrik serbuk aluminium silicon alloys dan penguat pasir silika tailing timah dan Boiler-Fly-Ash berturut-turut sebanyak 360 g .
Namun demikian proses pemaduan mekanik ini tidak akan mengakibatkan reaksi kimia karena masih dibawah 24 jam prosesnya .
Pada proses pemberian gaya kompaksi panas menggunakan mesin hydraulic jack yang memiliki arah penekanan dari atas dan penekan dari bawah .
Mesin hydraulic jack ini sudah dilengkapi dengan pressure gauge membaca tekanan atas dan bawah.
Kemudian untuk membantu pemanasan pada serbuk saat proses pencetakan dan kompaksi panas alat digunakan adalah thermocouple.
Cetakan sampel kampas rem berdimensi cincin dengan diameter luar 50 mm dan diameter dalam 20 mm.
Pada tahap proses kompaksi panas hal pertama yang harus dilakukan adalah meletakkan cetakan pada mesin hydraulic jack dan kemudian masukkan serbuk kemudian meratakan serbuk sesuai dengan dimensi cetakan dengan merata.
Setelah itu cetakan diberi gaya penekanan atas dan penekanan bawah pada mesin hydraulic jack dengan variasi tekanan 5200 PSi, 5600 PSi, dan 6000 Psi dengan waktu tahan 10 menit dengan panas yang diberikan alat thermocouple dengan suhu 350EE .
Setelah selesai melakukan proses kompaksi panas dengan waktu tahan 10 menit diamkan cetakan mendingin dan kemudian keluarkan spesimen dalam cetakan.
Proses sintering merupakan proses perlakuan panas pada setiap spesimen agar ikatan antara partikel matrik dan penguat komposit akan saling berikatan karena adanya proses kimia dan panas.
Proses sintering pada penelitian ini menggunakan oven dengan temperatur suhu 600 EE dengan waktu tahan atau holding time 10 menit .
Kemudian pada saat sudah selesai proses sintering setiap sampel kampas rem didinginkan pada suhu oven.
Tahapan selanjutnya adalah proses validasi secara fisik untuk melihat kelayakan sampel kampas rem sebelum melakukan pengujian densitas.
Pengamatan secara fisik ini meliputi kepadatan sampel kampas rem harus berbentuk cincin dan terhindar dari pecah dan juga retak yang serius.
Apabila sampel kampas rem tidak lolos dalam validasi fisik akan dilakukan pencetakan ulang.
Proses terakhir dalam penelitian ini adalah analisis, pembahasan, dan kesimpulan.
Sedangkan pengujian kekerasan digunakan uji kekerasan Hardness Brinell mengacu pada ASTM E110-14 .
Hasil dan Pembahasan Hasil proses Mechanical Alloying selama 6 jam ditunjukkan pada uji Particle Size Analyzer yang dilakukan pada Laboratorium Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Brawijaya Malang yang ditunjukkan pada gambar 8, 9 da 10.
Level persentase 94% matrik mendapatkan ukuran rata-rata D50:120.
41 AAm, level 90% matrik mendapatkan ukuran rata-rata D50:118.
37 AAm, dan level persentase 86% matrik mendapatkan ukuran rata-rata D50:111.
67 AAm.
Hasil PSA keseluruhan seperti ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1.
Hasil Uji PSA setelah Pemaduan Mekanik Pemaduan Mekanik Ukuran PSA No.
Matrik dan Penguat pada D50 Campuran 94% Matrik 120,41 AAm Campuran 90 % Matrik 118,37 AAm Campuran 86 % Matrik 111,67 AAm p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Gambar 8.
(PSA) Persentase Matrik 94% Gambar 11.
Sampel kampas rem AMC Gambar 9.
(PSA) Persentase Matrik 90%.
Gambar 12.
Menimbang Sampel Kondisi Kering Gambar 10.
(PSA) Persentase Matrik 86% Gambar 13.
Menimbang Sampel Kondisi Basah Sampel kampas rem AMC berdimensi cincin dengan diameter luar 50 mm dan diameter dalam 20 mm,dengan ketebalan bervariasi sesuai dengan berat serbuk pada saat pencentakan yang terdiri dari masing-masing 25, 35, dan 45 Sampel kampas rem AMC ditunjukkan pada Gambar 11, dengan jumlah sampel sebanyak 27 buah.
Sedangkan proses penimbangan kering ditunjukkan Gambar 12, dan penimbangan basah seperti ditunjukkan Gambar 13.
Persamaan dibawah adalah persamaan Hukum Archimedes.
Yang mana berlaku pada proses memimbang sampel kampas rem AMC kering dan menimbang sampel kampas rem AMC basah.
Persamaan ini bisa menganalisis nilai densitas dari semua sampel kampas rem AMC.
Pada persamaan ini berturut-turut Am sama dengan densitas actual .
ram/cm.
ms sama dengan massa sampel kering .
, mg sama dengan Massa sampel yang digantung di dalam air .
PH2O sama dengan massa jenis air .
gram/cm3 ).
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 yuUyco = ycoycOeycoyci yuUya2 ycC Gambar 14.
Grafik Nilai Uji Densitas Archimedes Proses penimbangan dilakukan dua kali, yaitu Penimbangan basah digunakan aquades karena memiliki densitas 1 g/cm3.
Selanjutnya hasil timbangan tersebut dihitung dengan rumus persamaan .
, dengan jumlah penimbangan sebanyak 3 kali dan kemudian dirata-ratakan.
Kemudian, hasil perhitungan pengujian densitas yang mengacu pada standar ASTM B962-17 Hukum Archimedes ini .
, dibuat grafiknya, seperti ditunjukkan pada Gambar Spesimen kampas rem AMC, dengan nilai densitas tertinggi terjadi pada persentase penguat yang terdiri dari pasir silika dan Boiler-Fly-Ash dengan persentase 6%, serta dengan penekanan kompaksi panas dua arah 5200 Psi, dengan suhu 350AC mendapatkan nilai densitas 2,256 g/cmA.
Sedangkan untuk nilai densitas yang paling rendah terjadi pada persentase penguat yang terdiri dari pasir silika dan Boiler-Fly-Ash dengan persentase 14% penekanan kompaksi panas dua arah 5600 Psi dengan suhu 350AC mendapatkan nilai densitas 1,848 g/cmA.
Hal ini dipengaruhi oleh jumlah persentase penguat yang berbeda dan variasi penekanan kompaksi panas dua arah.
Semakin banyak persentase penguat maka serbuk pada spesimen kampas rem AMC menggumpal dan ikatan-ikatan antar partikel serbuknya menurun, akibatnya nilai densitasnya relatif kecil .
Pengujian kekerasan digunakan identor berbentuk bola atau Brinell dengan asumsi area bekas pijakan lebih luas dibandingkan metode lainnya, mengingat sampel yang diuji adalah komposit logam aluminium bersifat relatif lunak dan berpori, dengan mengacu pada ASTM E110-14 .
Pengujian kekerasan Portable seperti ditunjukkan Gambar 15.
Sedangkan area luasan hasil jejak proses pengujian kekerasan sebesar 2 kg, yang dikenai indentor terhadap sampel kampas rem AMC, berbentuk setengah lingkaran bola seperti ditunjukkan Gambar 16.
Gambar.
15 Prosedur Uji Kekerasan dan Nilai Kekerasan yang terbaca pada alatnya.
Gambar 16.
Hasil Penekanan Alat Uji Portable Proses pengujian kekerasan juga diulang sebanyak 3 kali, dan hasilnya dirata-ratakan.
Hasil rata-rata kemudian digrafikkan seperti ditunjukkan pada Gambar 17.
Spesimen kampas rem AMC yang memiliki nilai kekerasan tertinggi adalah diperoleh dari sampel dengan persentase penguat yang terdiri dari pasir silika dan Boiler-Fly-Ash, dengan persentase 10%, dengan penekanan kompaksi panas dua arah 5600 Psi serta dengan suhu 350AC mendapatkan nilai kekerasan 47,3 HB.
Sedangkan untuk nilai kekerasan yang paling rendah terjadi pada persentase penguat yang terdiri dari pasir silika dan Boiler-Fly-Ash dengan persentase 10% penekanan kompaksi panas dua arah 6000 Psi dengan suhu 350AC dengan mendapatkan nilai kekerasan 39,4 HB.
Keadaan ini terjadi akibat matrik yang terlalu tinggi suhu sinterring 600 0C, sehingga sudah banyak yang mencair akibatnya tidak dapat mengikat lagi.
Berdasarkan penelitian Wahyono Suprapto, temperatur yang ideal dari proses perlakuan sintering adalah pada 70% sampai 80% dari titik leleh serbuk matrik .
Sementara itu, terdapat penelitian lain yang menyampaikan bahwa titik leleh dari paduan aluminium silikon (Al-S.
adalah kurang lebih 577 AC .
p-ISSN: 2087-1627, e-ISSN: 2685-9858 Daftar Pustaka Gambar 17.
Hasil Uji Kekerasan Sampel AMC diperkuat BoilerFly-Ash dan Pasir Silika.
Kesimpulan Merujuk pada hasil dan pembahasan penelitian di atas, dapat disampaikan bahwa Komposit Matrik Aluminium diperkuat paduan pasir silika dan Boiler-FlyAsh memiliki nilai densitas tertinggi terdapat pada spesimen berpenguat 6%, dengan rata-rata nilai densitas 2,10g/cmA.
Sedangkan spesimen dengan nilai densitas terendah terjadi pada spesimen berpenguat 14% dengan nilai densitas 1,90 g/cmA.
Hal ini terjadi karena semakin banyak penguat semakin rendah densitasnya, terutama BFA yang memiliki densitas kurang dari 2 g/cmA.
Sedangkan nilai kekerasan kampas rem tertinggi diperoleh sampel dengan penguat 10% dengan nilai rata-rata 42,933 HB.
Nilai kekerasan terendah terjadi pada sampel dengan penguat 14% dengan rata-rata kekerasannya adalah 41,40 HB.
Kondisi ini terjadi dikarenakan serbuk dengan campuran matrik 86% lebih halus, yaitu D50=111,67 AAm dibandingkan dengan persentase matrik 90% D50:118.
AAm, sehingga ketika disintering pada suhu terlalu tinggi, tidak terjadi pengikatan interlocking yang sempurna, yang terjadi sebaliknya menggumpal penguatnya, sedangkan matrik yang mulai mecair Ketika suhu sintering diterapkan 600 0C .
Dibandingkan dengan peneliti lainnya, hasil penelitian ini dengan kekerasan 42,933 HB masih lebih tinggi dari penelitian Anggeni yang hanya mencapai kekerasan 42,76 HB .
dan lebih rendah dari penelitian Ricky .
yang mencapai 43,67 HB.
Namun demikian, secara keseluruhan hasil penelitian ini telah mencapai standar SNI 09-0143-1987.
yang memiliki interval nilai kekerasan kampas rem motor 29 Ae 62 HB dan densitas 1,5 Ae 2,5 g/cm3.
Ucapan Terimakasih