Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta karunia-Nya kepada kami sehingga kami berhasil menyelesaikan ini yang alhamdulillah tepat pada waktunya.
Shape memory alloy (SMA) merupakan material cerdik-fungsi (smart dan functional) yang mempunyai kemampuan untuk merekoveri regangan plastis dan kembali ke bentuk awal pada saat dipanaskan. Fenomena ini merupakan hasil dari perubahan fasa kristalin yang dikenal dengan transformasi martenisitik thermoelastik [1-3]. Pada suhu rendah atau di bawah suhu transformasi, SMA memiliki fasa martensitik yang lunak dan dapat dideformasi plastis dengan mudah sehingga bentuknya berubah. Akan tetapi pada saat dipanaskan di atas suhu transformasi, dalam hal ini suhu terbentuknya austenit sampai 100% (Af), SMA mengalami perubahan struktur kristal menjadi fasa austenitik yang menyebabkan ia kembali ke bentuk semula sebelum dideformasi plastis. Sifat seperti ini dikenal dengan shape memory effect (SME).
Ada beberapa jenis paduan yang menunjukkan fenomena SME seperti paduan NiTi, Cu-based dan Fe-based alloy. Paduan Cu-based masih mempunyai masalah untuk skala aplikasi industri, yaitu terjadinya natural aging yang menyebabkan penurunan fenomena SME, dan pertumbuhan butir selama perlakukan termomekanik yang menyebabkan pergeseran suhu transformasi martensit termoelastik [4]. Shape memory alloy yang paling penting dan memungkinkan untuk aplikasi di industri adalah paduan NiTi. Paduan NiTi dapat dideformasi plastis sampai lebih dari 50% regangan, memiliki SME yang stabil dan NiTi dapat merekover bentuk awal (sampai regangan 8%) pada waktu dipanaskan di atas suhu trasformasi atau dapat menghasilkan tegangan restorasi yang tinggi (sampai 700 Mpa) [4-6].
Para peneliti, pendisain dan industri memanfaatkan potensi SME ini untuk aplikasi teknik. Pada awalnya SMA digunakan untuk peralatan statik seperti coupling (penyambung) untuk sistem perpipaan dan konektor listrik. Kemudian para peneliti mulai memanfaatkan peralatan SMA untuk aplikasi dinamik, yaitu sebagai aktuator. Untuk melakukan tugas dinamik ini, SMA harus dilakukan sebuah siklus pemanasan, pendinginan dan deformasi. Sumber untuk memanaskan SMA bisa berasal dari elektrik misalnya dalam aplikasi mikro robotik atau bisa dengan memanfaatkan suhu lingkungan seperti untuk aplikasi sistem pengaturan suhu. Beberapa contoh lain aplikasi yang menggunakan suhu lingkungan adalah misalnya peralatan SMA digunakan untuk membuka dan menutup jendela rumah kaca secara otomatis, mengoperasikan katup yang mengontrol suhu gedung, mengontrol kopling kipas pada otomobil dan mengontrol aliran oli pelumas pada sistem transmisi otomotif otomatik. Pada kelompok aplikasi ini peralatan SMA bertindak sebagai sensor termal dan aktuator, tidak ada sumber elektrik yang dibutuhkan pada sistem tersebut. Kemudian sebagai bagian dari mekanisme siklus SME, dibutuhkan gaya balik (bias force) dengan arah berlawanan untuk mengembalikan SMA ke posisi semula.
Penggunaan aktuator SMA memberikan alternatif yang menarik terhadap metoda aktuasi konvensional. Aktuator SMA telah diaplikasikan dengan sukses untuk kompensasi termal, aktuasi termal dan proteksi termal. Aktuator SMA merespon perubahan suhu dengan perubahan bentuk dengan kata lain dapat merubah energi panas menjadi energi mekanik. Aktuator SMA memberikan perubahan gerakan yang besar dengan ukuran yang relatif kecil sehingga menghasilkan output kerja yang tinggi. Dibandingkan dengan jenis-jenis aktuator lain (bi-metal, elektromagnet, PZT dan lain-lain), aktuator dari SMA memberikan output kerja spesifik/volume yang paling tinggi seperti ditunjukkan oleh Gambar 1. Aktuator SMA biasanya terdiri dari hanya satu komponen tunggal, misalnya dalam bentuk pegas spiral dan tidak membutuhkan sistem mekanik yang rumit. Aktuator SMA dapat dipasangkan pas ke dalam ruang di dalam desain yang telah ada dengan rapat, sedangkan aktuator termal yang lain seperti bimetal akan membutuhkan desain ulang dari produk.
Gambar 1. Perbandingan output kerja spesifik/volume dari jenis-jenis aktuator yang berbeda [2].
SMA sebagai material cerdik-fungsi mendapat perhatian yang besar baik dari sisi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi maupun dari sisi aplikasi industri. Sampai saat ini aplikasi SMA khususnya NiTi telah menyebar di berbagai bidang seperti ruang peralatan rumah tangga, teknik sipil, otomotif, mikro elektro-mekanik (MEM), peralatan medis dan lain-lain. Penguasaan teknologi pembuatan SMA sangat diperlukan dalam pembangunan nasional dalam kaitannya dengan usaha kemandirian bangsa dalam bidang teknologi material maju di berbagai industri yang disebutkan di atas. Tulisan ini memaparkan kegiatan fabrikasi (reverse engineering) dan karakterisasi kawat paduan shape memory Ni-Ti ekuiatomik sebagai langkah awal dalam kegiatan pengembangan shape memory alloy khususnya paduan yang berbasis Ni-Ti di Indonesia.
Ada beberapa jenis paduan yang menunjukkan fenomena SME seperti paduan NiTi, Cu-based dan Fe-based alloy. Paduan Cu-based masih mempunyai masalah untuk skala aplikasi industri, yaitu terjadinya natural aging yang menyebabkan penurunan fenomena SME, dan pertumbuhan butir selama perlakukan termomekanik yang menyebabkan pergeseran suhu transformasi martensit termoelastik [4]. Shape memory alloy yang paling penting dan memungkinkan untuk aplikasi di industri adalah paduan NiTi. Paduan NiTi dapat dideformasi plastis sampai lebih dari 50% regangan, memiliki SME yang stabil dan NiTi dapat merekover bentuk awal (sampai regangan 8%) pada waktu dipanaskan di atas suhu trasformasi atau dapat menghasilkan tegangan restorasi yang tinggi (sampai 700 Mpa) [4-6].
Para peneliti, pendisain dan industri memanfaatkan potensi SME ini untuk aplikasi teknik. Pada awalnya SMA digunakan untuk peralatan statik seperti coupling (penyambung) untuk sistem perpipaan dan konektor listrik. Kemudian para peneliti mulai memanfaatkan peralatan SMA untuk aplikasi dinamik, yaitu sebagai aktuator. Untuk melakukan tugas dinamik ini, SMA harus dilakukan sebuah siklus pemanasan, pendinginan dan deformasi. Sumber untuk memanaskan SMA bisa berasal dari elektrik misalnya dalam aplikasi mikro robotik atau bisa dengan memanfaatkan suhu lingkungan seperti untuk aplikasi sistem pengaturan suhu. Beberapa contoh lain aplikasi yang menggunakan suhu lingkungan adalah misalnya peralatan SMA digunakan untuk membuka dan menutup jendela rumah kaca secara otomatis, mengoperasikan katup yang mengontrol suhu gedung, mengontrol kopling kipas pada otomobil dan mengontrol aliran oli pelumas pada sistem transmisi otomotif otomatik. Pada kelompok aplikasi ini peralatan SMA bertindak sebagai sensor termal dan aktuator, tidak ada sumber elektrik yang dibutuhkan pada sistem tersebut. Kemudian sebagai bagian dari mekanisme siklus SME, dibutuhkan gaya balik (bias force) dengan arah berlawanan untuk mengembalikan SMA ke posisi semula.
Penggunaan aktuator SMA memberikan alternatif yang menarik terhadap metoda aktuasi konvensional. Aktuator SMA telah diaplikasikan dengan sukses untuk kompensasi termal, aktuasi termal dan proteksi termal. Aktuator SMA merespon perubahan suhu dengan perubahan bentuk dengan kata lain dapat merubah energi panas menjadi energi mekanik. Aktuator SMA memberikan perubahan gerakan yang besar dengan ukuran yang relatif kecil sehingga menghasilkan output kerja yang tinggi. Dibandingkan dengan jenis-jenis aktuator lain (bi-metal, elektromagnet, PZT dan lain-lain), aktuator dari SMA memberikan output kerja spesifik/volume yang paling tinggi seperti ditunjukkan oleh Gambar 1. Aktuator SMA biasanya terdiri dari hanya satu komponen tunggal, misalnya dalam bentuk pegas spiral dan tidak membutuhkan sistem mekanik yang rumit. Aktuator SMA dapat dipasangkan pas ke dalam ruang di dalam desain yang telah ada dengan rapat, sedangkan aktuator termal yang lain seperti bimetal akan membutuhkan desain ulang dari produk.
Gambar 1. Perbandingan output kerja spesifik/volume dari jenis-jenis aktuator yang berbeda [2].
SMA sebagai material cerdik-fungsi mendapat perhatian yang besar baik dari sisi perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi maupun dari sisi aplikasi industri. Sampai saat ini aplikasi SMA khususnya NiTi telah menyebar di berbagai bidang seperti ruang peralatan rumah tangga, teknik sipil, otomotif, mikro elektro-mekanik (MEM), peralatan medis dan lain-lain. Penguasaan teknologi pembuatan SMA sangat diperlukan dalam pembangunan nasional dalam kaitannya dengan usaha kemandirian bangsa dalam bidang teknologi material maju di berbagai industri yang disebutkan di atas. Tulisan ini memaparkan kegiatan fabrikasi (reverse engineering) dan karakterisasi kawat paduan shape memory Ni-Ti ekuiatomik sebagai langkah awal dalam kegiatan pengembangan shape memory alloy khususnya paduan yang berbasis Ni-Ti di Indonesia.
0 komentar :
Posting Komentar
Tinggalkan Sebuah Komentar Anda