Aluminium Foam

Aluminium merupakan logam yang memiliki banyak keunggulan sifat yang menguntungkan antara lain tahan terhadap korosi, ringan, mudah dibentuk, dan sebagai penghantar listrik yang baik. Kombinasi dari sifat-sifat alumunium dan paduannya membuat logam ini menjadi salah satu logam yang tergolong ekonomis dan serbaguna.

            Aluminium foam merupakan salah satu jenis metallic foam yang menggunakan material dasar logam alumunium. Berdasarkan bentuk rongganya, metallic foam dapat diklasifikasikan menjadi dua yaitu:

1. Foam rongga tertutup (Closed Cell), yaitu rongga-rongga yang terbentuk terisolasi dan antar rongga tidak saling berhubungan.

2. Foam rongga terbuka (Open Cell), yaitu rongga-rongga yang terbentuk saling berhubungan dan kontinu.       

      

      A. Pembuatan Aluminium Foam berdasarkan metode foaming

Berdasarkan metode foaming, proses pembuatan aluminium foam dibagi ke dalam dua metode foaming yaitu direct foaming dan indirect foaming.

Metode direct foaming diawali dengan mempersiapkan paduan lelehan aluminium yang telah ditambahkan partikel kemudian diinjeksikan gelembung gas secara langsung atau ditambahkan foaming agent yang menghasilkan reaksi secara kimiawi akibat dekomposisi atau bisa juga dari presipitasi gas yang dilarutkan di dalam fasa cair yang dikontrol oleh temperatur dan tekanan.

Sedangkan metode indirect foaming membutuhkan preparasi pembuatan precursor yang dapat membentuk foam saat dipanaskan. Precursor terdiri dari matriks logam aluminium dan partikel foaming agent yang terdispersi merata.  Proses metalurgi serbuk merupakan salah satu contoh indirect foaming yang banyak digunakan dalam produksi aluminium foam secara komersial.

Tabel Klasifikasi rute pembuatan aluminium foam, direct foaming dan indirect foaming

  

    

  B. Proses produksi Aluminium Foam Rongga Tertutup

Saat ini terdapat tiga proses produksi yang dipakai secara komersial dalam memproduksi Al foam rongga tertutup, yaitu:

1.      Pembuatan Al foam dengan injeksi gas (foaming of melts by gas injection)

2.      Pembuatan Al foam dengan foaming agent (foaming of melts with blowing agents)

3.      Pembuatan Al foam dari kompaksi serbuk (foaming from powder compacts)

 Foaming Agent

            Senyawa penghasil gas yang secara komersial digunakan yaitu TiH₂ dan CaCO₃. Senyawa penghasil gas akan terdekomposisi secara termodinamika pada suhu lelehan logam dan menghasilkan gas. Jika temperatur dekomposisi terlalu rendah maka reaksi akan berlangsung secara cepat sehingga tidak cukup waktu untuk senyawa terdispersi secara merata pada lelehan logam. Sebaliknya jika temperatur terlalu tinggi maka foam akan runtuh sebelum terjadi pembekuan.

            Secara termodinamika, kinetika dekomposisi harus berlangsung cepat agar didapat ukuran rongga yang diinginkan sebelum foam runtuh atau gelembung keluar dari lelehan. Senyawa penghasil gas harus memiliki densitas yang relatif sama dengan lelehan agar dapat terdispersi secara merata. 

Pembentukkan Struktur Foam

            Rongga akan terbentuk karena ada sejumlah gas yang terdispersi atau tertahan dalam lelehan. Pertumbuhan rongga diilustrasikan pada gambar dibawah.  Pada awalnya terbentuk pori-pori kecil mendekati bulat dan semakin membesar terhadap waktu hingga menjadi gelembung sampai bertubrukan dengan gelembung-gelembung lainnya.  Akibat pergerakan gelembung akan terbentuk jaringan tiga dimensi dari sel polyhedral.  

Aplikasi-Aplikasi Aluminium Foam

            Secara umum sifat-sifat yang dimiliki aluminium foam (kekakuan, densitas, ketangguhan, dan lain sebagainya) terdapat juga pada material-material lainnya, namun keunggulan dari metal foam secara umum dan aluminium foam secara khusus adalah kombinasi dari sifat-sifat tersebut yang tidak dapat dimiliki oleh material lain. Aluminium foam memiliki sifat:

* Kekuatan (10Mpa) dan kekakuan (1Gp) struktur yang cukup tinggi.

* Densitas yang rendah (sekitar 1/5 dari aluminium padatan)

* Kemampuan untuk menyerap energi mekanik, panas, dan getaran yang besar.

* Secara khusus untuk jalur indirect foaming aluminium foam juga dapat membentuk struktur      

\       yang kompleks seperti pada gambar.

Aplikasi Struktur Ringan

            Aluminium foam dapat digunakan sebagai komponen penahan beban secara langsung namun yang paling banyak digunakan adalah sebagai bagian dari struktur yang saling berikatan. Foam dapat digunakan sebagai elemen pengisi bagian tengah sebuah struktur dari pelat logam seperti foam yang mengisi struktur pipa atau batang untuk meningkatkan kekakuan tanpa menambah berat secara signifikan.

Penyerapan Energi Mekanik (Impak)

  Katagori dari aplikasi aluminium foam yang lain adalah pemanfaatan sifat menyerap energi dari aluminium foam. Ketika ditekan foam menunjukkan hanya sedikit deformasi elastis sebelum akhirnya runtuh. Pada sebagian besar foam, runtuhnya foam melibatkan deformasi plastis yang besar pada dinding rongga yang runtuh yang merambat pada rongga-rongga yang lain akibat pemberian tegangan yang kecil dan hampir konstan. Pergerakan dislokasi pada logam akan menyebabkan jumlah energi yang dapat diserap semakin besar. Hal ini memungkinkan aplikasi material yang dapat menyerap tumbukan, ringan dan murah. Contoh aplikasi ini adalah badan mobil atau kereta untuk mengurangi beban tumbukan namun tetap ringan dan telah secara komersil diproduksi.

Pengontrol Panas

Aluminium memiliki ketahanan terhadap oksidasi dan beberapa bentuk serangan kimia. Jika hal ini dikombinasikan dengan luas permukaan yang besar serta konduktivitas termal yang baik dari dinding rongga maka foam dengan rongga terbuka cocok untuk aplikasi material penukar panas. Sebaliknya foam dengan rongga tertutup dan secara intrinsik memiliki konduktivitas termal yang rendah karena struktur rongganya dan memiliki ketahanan terhadap panas yang tinggi dibanding logam penyusunnya sebagai akibat terbentuknya lapisan oksida pada permukaan aluminium cocok untuk aplikasi pelindung panas.

Penyerap Akustik

Frekuensi dari resonansi bergantung pada rasio dari modulus elastisitas dengan densitas. Dikarenakan foam dapat divariasikan secara bebas, foam dapat digunakan untuk mengeliminir frekuensi tertentu. Kapasitas dumping dari aluminium foam telah diteliti memiliki nilai yang lebih besar dibanding bulk material. Foam juga telah terbukti digunakan sebagai material yang kedap suara.  Dengan struktur berpori suara akan melemah karena adanya getaran dan gesekan yang menghilang pada saat gelombang merambat melalui udara di rongga. Pemantulan gelombang oleh struktur rongga akan memberikan hambatan terhadap perambatan sehingga memungkinkan untuk penyerapan gelombang secara sempurna.  

Atas dasar ketertarikan mengenai Al Foam, penulis melakukan percobaan dengan metode foaming agent.  Gambaran hasil yang didapat adalah sebagai berikut:

-- SEMOGA BERMANFAAT--

Referensi

 .      Babscan, Norbert. “ Ceramic Particle Stabilized Alumunium Foam”. 2003. Ph.D. Disertation. School Kerpely Antal.

.      MetFoam 2007.”Porous Metal and Metallic Foams”. 2007. Montreal Canada.

.      Curran, D. “Aluminium Foam Production using Calcium Carbonate as a Foaming Agent”. 2003. PhD Dissertation. University of Cambridge.

.      Elbir, Semih.” Preparation And Characterization Of Aluminum Composite Closed-Cell Foams”. 

.    John Banhart. “Aluminium Foams for Lighter Vehicles”. 2005. Artikel dalam “Int. J. Vehicle Design”. Vol 37, Nos 2/3, 2005. pp 114-125.

.   Muhammad Fida Helmi.”Pembuatan Alumunium Foam Dengan  Foaming Agent CaCO₃ untuk “Aplikasi penyerapan energi mekanik”.2008. Tugas Akhir Sarjana.ITB

.  Andri Augusta.”Pembuatan Alumunium Foam dengan CaCO₃ sebagai senyawa Penghasil Gas Melalui Tahapan Prekursor”.2008.Tugas Akhir Sarjana.ITB

.  Wadley, haydn. ”Cellular Metals Manufacturing”. Artikel dalam ”Advance Engineering Materials 2002, 4” No. 10. Pp 726-733. Wiley-VCH verlag GmbH & Co.

. Babcsan; Banhart; dan Leitlemeier. “Metal Foams-Manufacture and Physics of Foaming”.

2