Alloy (Logam paduan/campuran) adalah campuran elemen kimia, yang setidaknya satu di antaranya adalah logam. Tidak seperti senyawa kimia berbasis logam, paduan mempertahankan semua sifat logam dalam bahan yang dihasilkan, seperti konduktivitas listrik, kekuatan, opasitas, dan kilau, tetapi sifat-sifatnya dapat berbeda dari logam murni, seperti peningkatan kekuatan atau kekerasan. Dalam beberapa kasus, paduan dapat mengurangi total biaya material dengan tetap mempertahankan sifat-sifat penting. Dalam kasus lain, paduan memberikan sifat sinergis pada elemen logam, seperti ketahanan korosi atau kekuatan mekanik.
Dalam suatu senyawa, atom-atom bergabung dengan ikatan logam, bukan dengan ikatan kovalen yang biasanya ditemukan dalam senyawa kimia. Konstituen campuran biasanya diukur sebagai persentase massa dalam aplikasi praktis dan sebagai fraksi atom dalam ilmu dasar. Paduan biasanya diklasifikasikan sebagai paduan substitusi atau interstisial, tergantung pada susunan atom yang membentuk paduan. Paduan ini dapat diklasifikasikan lebih lanjut sebagai homogen (terdiri dari satu fase) atau heterogen (terdiri dari dua fase atau lebih) atau intermetalik. Paduan dapat berupa larutan padat elemen logam (satu fase di mana semua butiran logam (kristal) memiliki komposisi yang sama) atau campuran fase logam (dua atau lebih larutan yang membentuk struktur mikro yang terdiri dari kristal yang berbeda di dalam logam).
Paduan meliputi emas merah (emas dan tembaga), emas putih (emas dan perak), perak (perak dan tembaga), baja atau baja silikon (besi dengan karbon non-logam atau silikon), solder, kuningan, timah, duralumin, perunggu, dan amalgam. Paduan digunakan dalam berbagai aplikasi, mulai dari paduan baja yang digunakan dalam berbagai hal, mulai dari bangunan hingga mobil dan instrumen bedah, hingga paduan titanium eksotis yang digunakan dalam industri kedirgantaraan, hingga paduan berilium-tembaga hingga peralatan tahan api.
Karakteristik
Paduan adalah campuran unsur-unsur kimia yang membentuk zat (campuran) tidak murni yang mempertahankan sifat-sifat logam. Paduan berbeda dengan logam tidak murni karena unsur-unsur yang ditambahkan ke dalam paduan sangat terkontrol untuk menghasilkan sifat yang diinginkan, sedangkan logam tidak murni seperti besi tempa kurang terkontrol tetapi sering dianggap berguna. Paduan dibuat dengan mencampurkan dua elemen atau lebih, setidaknya satu di antaranya adalah logam. Logam ini biasanya disebut logam primer atau logam dasar, dan nama logam juga bisa menjadi nama paduan. Bahan-bahan lain mungkin atau mungkin bukan logam, tetapi ketika dicampur dengan bahan dasar cair, larut dan larut dalam campuran. Sifat mekanis paduan sering kali sangat berbeda dari komponen individual. Logam yang biasanya sangat lunak (mudah dibentuk), seperti aluminium, dapat dimodifikasi dengan memadukannya dengan logam lunak lain seperti tembaga.
Perunggu cair, dituangkan ke dalam cetakan selama pengecoran.
Meskipun kedua logam tersebut sangat lunak dan mudah dibentuk, paduan aluminium yang dihasilkan memiliki kekuatan yang jauh lebih besar. Dengan menambahkan sejumlah kecil karbon non-logam pada besi, kelenturannya yang tinggi ditukar dengan kekuatan paduan yang disebut baja. Karena kekuatannya yang sangat tinggi, tetapi kelenturannya yang cukup besar dan kemampuan perlakuan panas yang sangat bervariasi, baja adalah salah satu paduan yang paling berguna dan umum digunakan dalam penggunaan modern. Menambahkan kromium ke baja dapat meningkatkan ketahanan korosinya, menghasilkan baja tahan karat, sementara menambahkan silikon mengubah sifat kelistrikannya, menghasilkan baja silikon.
Sebuah lampu kuningan.
Memahami Teori Logam Campuran (Alloy)
Pemaduan, sebuah proses penting dalam metalurgi, melibatkan pencampuran logam dengan elemen lain untuk meningkatkan sifat-sifatnya. Proses yang sudah ada sejak berabad-abad yang lalu ini biasanya melibatkan pemanasan logam dasar melebihi titik lelehnya dan memasukkan zat terlarut ke dalam cairan cair. Metode ini, efektif bahkan ketika zat terlarut memiliki titik leleh yang lebih tinggi, memungkinkan terciptanya paduan seperti baja, yang terkenal dengan kekuatannya.
Dengan memasukkan elemen tambahan, tekanan internal dalam kisi logam dihasilkan, yang sering kali memperkuat karakteristiknya. Sebagai contoh, menggabungkan karbon dengan besi menghasilkan baja, yang terkenal karena daya tahannya dibandingkan dengan besi murni. Meskipun paduan dapat menunjukkan sifat fisik yang serupa dengan logam dasarnya, sifat-sifat teknik seperti kekuatan tarik dan keuletan dapat bervariasi secara signifikan.
Fotomikrograf baja. Foto atas: Baja yang dianil (didinginkan perlahan) membentuk struktur mikro pipih heterogen yang disebut perlit, terdiri dari fase sementit (terang) dan ferit (gelap). Foto bawah: Baja yang dipadamkan (didinginkan dengan cepat) membentuk fase tunggal yang disebut martensit, di mana karbon tetap terperangkap di dalam kristal, sehingga menciptakan tekanan internal.
Selain itu, paduan tidak memiliki titik leleh tunggal, melainkan memiliki rentang di mana ia berada dalam kondisi padat dan cair. Fleksibilitas ini memungkinkan pembuatan paduan dengan titik leleh yang unik, berkat proporsi konstituen yang spesifik, sehingga mengoptimalkan kegunaannya dalam berbagai aplikasi.
Selain itu, perlakuan panas memainkan peran penting dalam memodifikasi sifat paduan. Anil, teknik yang umum digunakan, membantu mengurangi cacat pada struktur kristal, sementara pemanasan dan pendinginan yang terkendali dapat mengeraskan paduan tertentu. Khususnya, paduan pengerasan presipitasi, seperti aluminium dan titanium, melunak pada pendinginan cepat tetapi mengeras seiring waktu melalui pembentukan fase intermetalik.
Memahami mekanisme di balik pembentukan paduan menjelaskan keserbagunaan dan kegunaannya di seluruh industri. Baik melalui pertukaran atom atau mekanisme interstisial, paduan terus mendorong inovasi dalam ilmu pengetahuan material, membuka jalan bagi material yang lebih kuat dan lebih tangguh dalam bidang teknik dan manufaktur.
Sejarah dan Implementainya
- Besi Meteorik: Paduan (Alloy) Primitif
Sebuah meteorit dan kapak yang ditempa dari besi meteorit. Bukti pola Widmanstätten dari meteorit asli yang digunakan untuk membuat kepala kapak dapat dilihat di permukaannya.
Sejarah manusia menjadi saksi penggunaan paduan paling awal dengan besi meteorik, campuran alami nikel dan besi yang ditemukan dalam meteorit besi. Paduan ini, yang tidak tersentuh oleh proses metalurgi, digunakan secara langsung dalam perkakas dan senjata karena kelangkaan dan nilainya, meskipun kemampuan pengerjaannya yang menantang.
- Perunggu dan Kuningan: Paduan (Alloy) Tembaga Kuno
Kapak perunggu 1100 SM.
Sekitar 10.000 tahun yang lalu, manusia di Anatolia mulai melebur logam seperti tembaga dan timah dari bijih, yang mengarah pada munculnya perunggu sekitar tahun 2500 SM. Menggabungkan tembaga dan timah menghasilkan paduan yang lebih kuat, sementara tembaga dan seng memunculkan kuningan di Timur Tengah. Peradaban kuno ini dengan cermat menyeimbangkan komposisi paduan untuk mengoptimalkan sifat-sifat seperti kekerasan dan titik leleh.
- Amalgam: Peran Alkimia Merkuri
Merkuri, yang mampu melarutkan logam seperti emas dan perak, membentuk amalgam yang banyak digunakan dalam penyepuhan dan pertambangan sejak 200 SM di Cina. Bangsa Romawi menyukai amalgam merkuri-timah untuk penyepuhan baju besi, yang menunjukkan keserbagunaan proses pemaduan ini.
- Logam Mulia: Paduan (Alloy) yang Estetis dan Praktis
Electrum, paduan alami perak dan emas, sering digunakan untuk membuat koin.
Sepanjang sejarah, logam mulia dipadukan untuk daya tarik estetika dan kegunaan praktis. Paduan emas, perak, dan tembaga dibuat untuk meningkatkan kekuatan dan daya tahan, dengan paduan seperti perak sterling yang menjadi bahan pokok dalam barang sehari-hari.
- Timah Paduan Timah Serbaguna
Pewter, yang terutama terdiri dari timah, telah digunakan secara luas di seluruh peradaban kuno, dipadukan dengan logam seperti timah, antimon, atau bismut untuk meningkatkan kekuatan dan kekerasan. Dari peralatan praktis hingga perhiasan hias, timah memamerkan kemampuan beradaptasi paduan timah.
- Besi: Dari Pabrik Peleburan hingga Tanur Tinggi
Peleburan besi dimulai sekitar tahun 1800 SM di Anatolia, secara bertahap berkembang melalui teknik-teknik seperti proses bloomery dan produksi besi kasar. Baja krusibel, yang diperkenalkan sekitar tahun 300 SM, menandai kemajuan yang signifikan, yang mengarah pada pengembangan paduan baja berkualitas tinggi melalui metode seperti genangan air dan proses Bessemer.
- Inovasi Paduan (Alloy) Modern
Genangan air di Tiongkok, c. 1637. Berlawanan dengan kebanyakan proses paduan, besi kasar cair dituangkan dari tanur sembur ke dalam wadah dan diaduk untuk menghilangkan karbon, yang berdifusi ke udara membentuk karbon dioksida, meninggalkan baja ringan menjadi besi tempa
Era industri menyaksikan kemajuan yang luar biasa dalam pengembangan paduan, yang didorong oleh aplikasi dalam industri penerbangan dan otomotif. Inovasi seperti baja berkecepatan tinggi dan baja tahan karat merevolusi manufaktur, menawarkan kekuatan dan ketahanan korosi yang unggul.
- Masa Depan Paduan (Alloy)
Dengan penelitian dan kemajuan teknologi yang berkelanjutan, bidang rekayasa paduan terus berkembang. Dari paduan kedirgantaraan hingga material kelas medis, paduan memainkan peran penting dalam membentuk industri modern, menjanjikan inovasi dan terobosan lebih lanjut di masa depan.
Disadur dari: en.wikipedia.org