KATA
PENGANTAR
Puji syukur penulis penjatkan
kehadirat Allah SWT, yang atas rahmat-Nya maka penulis dapat menyelesaikan
penyusunan makalah yang berjudul Titanium dan paduannya dengan baik.
Makalah yang kami susun ini diharapkan dapat memberikan
pengetahuan kepada para pembaca tentang titanium dan paduannya dimana material tersebut sangat berguna bagi berbagai apikasi kehidupan.
Mempelajari tentang karakteristik khusus dari material tersebut meliputi sifat-sifat , paduan, proses pembuatan
tentunya akan membuat pemahaman akan material tersebut akan semakin baik.
Dalam penulisan makalah ini
penulis merasa masih banyak kekurangan-kekurangan baik pada teknis penulisan
maupun materi, mengingat akan kemampuan yang dimiliki penulis. Untuk itu kritik
dan saran dari semua pihak sangat penulis harapkan demi penyempurnaan pembuatan
makalah ini.
Akhir
kata, kami sampaikan terima kasih kepada semua pihak yang telah berperan serta
dalam penyusunan Makalah ini dari awal sampai akhir. Semoga Allah SWT
senantiasa meridhai segala usaha kita. Amin.
Surabaya,
07 Januari 2015
DAFTAR
ISI
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
Bab I : Pendahuluan
1.1
Latar belakang ………………………………………………………… 1
1.2
Permasalahan …………………………………………………………. 1
1.3
Tujuan ………………………………………………………………… 1
Bab II : Titanium dan Paduannya
2.1
Sejarah ………………………………………………………………… 3
2.2
Pengertian ……………………………………………………………... 3
2.3
Sumber Titanium ……………………………………………………… 4
2.4
Sifat – Sifat Titanium …………………………………………………. 6
2.5
Proses Pembuatan ……………………………………………………... 10
2.6
Paduan Titanium ………………………………………………………. 12
2.7
Aplikasi Titanium ……………………………………………………... 18
Bab III: Penutup
3.1
Kesimpulan ……………………………………………………………. 22
DAFTAR PUSTAKA
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Titanium
adalah logam berlimpah nomor empat di dunia setelah aluminium, besi, dan
magnesium. Selain itu, titanium juga merupakan elemen berlimpah kesembilan
(mencakup 0,63% pada kerak bumi) ditemukan pada tahun 1791 di Inggris oleh
Reverend William Gregor, yang diberi nama sebagai ilmenite. Elemen ini
ditemukan kembali beberapa tahun kemudian oleh German Chemist Heinrich Klaporth
dalam bentuk rutile. Logam titanium tidak pernah ditemukan sendirian,
keberadaannya selalu berikatan dengan mineral lainnya seperti rutile,
ilmenite, leucoxene, anatase, brookite, perovskite, dan sphene yang
ditemukan dalam titanat dan beberapa besi ore. Titanium juga ditemukan
dalam batu bara, abu, tanaman dan dalam tubuh manusia (O. Carp, 2004).
Material
yang mengandung titanium dan paling banyak ada di bumi dan paling sering
dimanfaatkan oleh manusia adalah rutile dan anatase. Rutile adalah
bentuk paling stabil dari titania dan paling banyak ditemukan pada sumber
titanium. Titanium dioksida dapat dibuat dari bahan-bahan alam yang ada di
alam, umumnya berasal dari ilminate yang berasal dari China, Norwegia,
Uni Soviet (pasir), Australia (pasir), Kanada dan Afrika selatan (pasir) (O.
Carp, 2004). Titania dapat diaplikasikan sebagai bahan fotokatalisis, sensor
gas, pembersih polutan yang ada di udara, tanah dan air, sebagai bahan campuran
cat agar tahan korosi, pelapis alat-alat dibidang kedokteran, kosmetik, sel
surya, penyerap gelombang elektromagnetik dan lain-lain.
1.2
Permasalahan
Dalam memahami
tentang bahan titanium dan molibdenum ini terdapat beberapa aspek permasalahan yang akan dibahas pada makalah ini yaitu
sebagai berikut :
1. Sejarah dan pengertian serta sumber dari titanium dan paduannya
2. Proses Pembuatan Titanium dan paduannya beserta aplikasinya.
3. Klasifikasi paduan Titanium dan Paduannya
1.3 Tujuan
Makalah tentang
bahan Titanium dan Paduannya ini bertujuan untuk:
1. Mengetahui dan memahami sifat-sifat dari Titanium dan Paduannya meliputi sifat fisik, sifat kimia dan sifat mekanik.
2. Mengetahui dan memahami proses pembuatan Titanium dan paduannya.
3. Mengetahui aplikasi dari Titanium dan paduannya dalam berbagai aspek.
4. Mengetahui
paduan-paduan (alloy) dari Titanium
BAB II
TITANIUM DAN PADUANNYA
TITANIUM DAN PADUANNYA
2.1
Sejarah
Titanium pertama kali ditemukan dalam mineral di
Cornwall, Inggris, tahun 1791 oleh geolog amatir dan pendeta William Gregor
kemudian oleh pendeta Kredo paroki. Ia mengenali adanya unsur baru dalam
ilmenite ketika ia menemukan pasir hitam sungai di dekat paroki dari Manaccan
dan melihat pasir tertarik oleh magnet. Analisis terhadap pasir tersebut
menunjukkan adanya kehadiran dua oksida logam, yaitu besi oksida (menjelaskan
daya tarik magnet) dan 45,25% dari metalik putih oksida yang pada saat itu
belum dapat dipastikan jenisnya. Gregor yang menyadari bahwa unsur tak dikenal
yang mengandung oksida logam tersebut tidak memiliki kesamaan dengan
sifat-sifat dari unsur yang telah lebih awal dikatahui, melaporkan penemuannya
kepada Royal Geological Society of Cornwall dan di jurnal ilmiah Jerman Crell’s
Annalen.
Pada waktu yang hampir
bersamaan, Franz-Joseph Müller von Reichenstein menghasilkan substansi yang
serupa, tetapi tidak dapat mengidentifikasi unsur tersebut. Oksida secara
independen ditemukan kembali pada tahun 1795 oleh Jerman kimiawan Martin
Heinrich Klaproth di dalam rutil dari Hungaria. Klaproth menemukan bahwa hal
itu berisi unsur baru dan menamakannya Titan yang merupakan nama dewa matahari
dari mitologi Yunani. Setelah mendengar tentang penemuan Gregor sebelumnya, ia
memperoleh sampel manaccanite yang di dalamnya terdapat titanium.
2.2
Pengertian
Titanium adalah sebuah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki symbol Ti dan
nomor atom 22 yang ditemukan pada tahun 1791 tetapi tidak diproduksi
secara komersial hingga tahun 1950-an. Titanium ditemukan di Inggris oleh
William Gregor dalam 1791 dan dinamai oleh Martin Heinrich Klaproth untuk Titan
dari mitologi Yunani.
Titanium merupakan
logam transisi yang ringan, kuat, tahan korosi termasuk tahan air laut dan
chlorine dengan warna putih-metalik-keperakan. Titanium digunakan dalam
alloy (terutama dengan besi dan alumunium) dan senyawa terbanyaknya, titanium dioksida, digunakan dalam
pigmen putih. Salah satu
karakteristik titanium yang paling terkenal yaitu bersifat sama kuat dengan
baja tetapi beratnya hanya 60% dari berat baja. Sifat titanium mirip dengan
zirconium secara kimia maupun fisika. Titanium dihargai lebih mahal daripada emas karena sifat-sifat
logamnya.
Unsur ini terdapat di banyak mineral dengan sumber utama adalah rutile dan ilmenit, yang tersebar luas di seluruh Bumi. Ada dua bentuk alotropi dan lima isotop alami dari unsur ini; Ti-46
sampai Ti-50 dengan Ti-48 yang paling banyak terdapat di alam (73,8).
2.3
Sumber
Titanium
Titanium selalu berikatan dengan elemen-elemen lain di alam. Titanium merupakan
unsur yang jumlahnya melimpah ke-9 di kerak bumi (0,63% berat massa) dan
logam ke-7 paling berlimpah. Titanium selalu ada dalam igneous rock
(bebatuan) dan dalam sedimen yang diambil dari bebatuan tersebut. Dari 801
jenis batuan yang dianalisis oleh United States Geological Survey,
terdapat 784 diantaranya mengandung titanium. Perbandingan Ti di dlam tanah
adalah sekitar 0,5 sampai 1,5%.
Titanium ditemukan di meteorit dan telah dideteksi
di dalam matahari serta pada bintang tipe-M, yaitu jenis bintang dengan suhu
terdingin dengan temperatur permukaan sebesar 32000F atau 57900F.
Bebatuan yang diambil oleh misi Apollo 17 menunjukkan keberadaan TiO2
sebanyak 12,1%. Titanium juga terdapat dalam mineral rutile (TiO2),
ilmenite (FeTiO3),dan sphene, dan terdapat dalam titanate
dan bijih besi. Dari mineral-mineral ini, hanya Rutile dan ilmenite
memiliki kegunaan secara ekonomi, walaupun sulit ditemukan dalam konsentrasi
yang tinggi. Keberadaan Titanium dengan bijih berupa
ilmenit berada di bagian barat Australia, Kanada, Cina, India, Selandia Baru,
Norwegia, dan Ukraina. Rutile dalam jumlah banyak pun juga ditambang di Amerika
Utara dan Afrika Selatan dan membantu berkontribusi terhadap produksi tahunan
90.000 ton logam dan 4,3 juta ton titanium dioksida . Jumlah cadangan dari
titanium diperkirakan melebihi 600 juta ton. Berikut adalah tabel penjelasan
mengenai sifat-sifat dari sumber-sumber titanium.
|
Kategori
|
Mineral
|
|
Rumus
Kimia
|
Titanium
dioksida (TiO2)
|
|
Warna
|
Abu-abu,coklat,ungu
atau hitam
|
|
Bentuk
Kristal
|
Segi
Empat
|
|
Skala
kekerasan Mohs
|
5,5-6,5
|
|
Berat
jenis (g/cm3)
|
4,23-5,5
|
|
Kelarutan
|
Tidak
larut dalam asam
|
Tabel 1.Sifat Rutile
|
FeTiO 3
FeTiO3
|
|
|
trigonal
trigonal
|
|
|
schwarz, stahlgrau
hitam
|
|
|
Skala kekerasan Mohs
|
5 bis 5
5-5
|
|
4,5 bis 5
4,5-5
|
Tabel 2.Sifat Ilmenit
Warna
|
hijau, kuning, putih, coklat atau hitam
|
Bentuk Kristal
|
Monoklinik
|
Berat jenis (g/cm3)
|
3,3 - 3,6
|
Specific Gravity is 3.3 - 3.6Tabel 3.Sifat Sphene
Titanium juga terdapat
di debu batubara, dalam tumbuhan dan dalam tubuh manusia. Sampai pada tahun
1946, proses pembuatan logam Ti di laboratorium yang dilakukan oleh
Kroll menunjukkan cara memproduksi Titanium secara komersil dengan mereduksi
titanium tetraklorida dengan magnesium. Selanjutnya logam titanium dapat
dimurnikan dengan cara mendekomposisikan iodanya
2.4
Sifat-Sifat Titanium
Titanium murni merupakan logam
putih yang sangat bercahaya. Ia memiliki berat jenis rendah, kekuatan yang
bagus, mudah dibentuk dan memiliki resistansi korosi yang baik. Jika logam ini
tidak mengandung oksigen, ia bersifat
ductile.
Titanium merupakan satu-satunya logam yang terbakar dalam nitrogen dan udara.
Titanium juga memiliki resistansi terhadap asam sulfur dan asam hidroklorida
yang larut, kebanyakan asam organik lainnya, gas klor dan solusi klorida.
Titanium murni diketahui dapat
menjadi radioaktif setelah dibombardir dengan deuterons. Radiasi yang
dihasilkan adalah positrons dan sinar gamma. Ketika sinar gamma ini direaksikan dengan oksigen, dan ketika
mencapai suhu 550 ° C (1022 ° F) , sinar tersebut bereaksi dengan klorin. Sinar
ini kemudian bereaksi dengan halogen yang lain dan menyerap hidrogen.
Logam ini dimorphic. Bentuk
alfa heksagonal berubah menjadi bentuk beta kubus secara perlahan-lahan pada
suhu 8800C.
Logam titanium tidak bereaksi dengan fisiologi tubuh manusia (physiologically
inert). Titanium oksida murni memiliki indeks refraksi yang tinggi dengan
dispersi optik yang lebih tinggi daripada berlian.
2.4.1
Sifat Fisik
Titanium bersifat
paramagnetik (lemah tertarik dengan magnet) dan memiliki konduktivitas listrik
dan konduktivitas termal yang cukup rendah.
|
Sifat
Fisik
|
Keterangan
|
|
Fasa
|
Padat
|
|
Massa
jenis
|
4,506
g/cm3 (suhu kamar)
|
|
Massa
jenis cair
|
4,11
g/cm3 (pada titik lebur)
|
|
Titil
lebur
|
1941
K (16680C,30340F)
|
|
Titik
didih
|
3560
K(32870C, 59490F)
|
|
Kalor
peleburan
|
14,15
kJ/mol
|
|
Kalor
penguapan
|
425
kJ/mol
|
|
Kapasitas
kalor (250C)
|
25,060
J/mol.K
|
|
Penampilan
|
Logam
perak metalik
|
|
Resistivitas listrik (20 °C)
|
0,420
µΩ·m
|
|
Konduktivitas
termal
(300 K)
|
21,9
W/(m·K)
|
|
Ekspansi termal
(25 °C)
|
8.6
µm/(m·K)
|
Tabel 4.Sifat-Sifat Fisik
Titanium
|
Tekanan
Uap
|
||||||
|
P
(Pa)
|
1
|
10
|
100
|
1k
|
10k
|
100k
|
|
T
(K)
|
1982
|
2171
|
2403
|
2692
|
3064
|
3558
|
2.4.2
Sifat Kimia
Sifat kimia dari titanium yang paling terkenal adalah
ketahanan terhadap korosi yang sangat baik (pada suhu biasa membentuk oksida,
TiO2), hampir sama seperti platinum, resistan terhadap asam, dan
larut dalam asam pekat. Diagram Pourbaix menunjukkan bahwa titanium adalah logam yang sangat
reaktif, tetapi lambat untuk bereaksi dengan air dan udara.
·
Reaksi dengan Air
Titanium
akan bereaksi dengan air membentuk Titanium dioksida dan hydrogen.
Ti(s) + 2H2O(g) → TiO2(s) + 2H2(g)
Ti(s) + 2H2O(g) → TiO2(s) + 2H2(g)
·
Reaksi dengan Udara
Ketika Titanium dibakar di udara akan menghasilkan Titanium dioksida dengan nyala putih yang terang dan ketika dibakar dengan Nitrogen murni akan menghasilkan Titanium Nitrida.
Ti(s) + O2(g) → TiO2(s)
2Ti(s) + N2(g) →TiN(s)
Ketika Titanium dibakar di udara akan menghasilkan Titanium dioksida dengan nyala putih yang terang dan ketika dibakar dengan Nitrogen murni akan menghasilkan Titanium Nitrida.
Ti(s) + O2(g) → TiO2(s)
2Ti(s) + N2(g) →TiN(s)
·
Reaksi dengan Halogen
Reaksi Titanium dengan Halogen menghasilkan Titanium Halida. Reaksi dengan Fluor berlangsung pada suhu 200°C.
Ti(s) + 2F2(s) → TiF4(s)
Ti(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(s)
Ti(s) + 2Br2(l) → TiBr4(s)
Ti(s) + 2I2(s) → TiI4(s)
Reaksi Titanium dengan Halogen menghasilkan Titanium Halida. Reaksi dengan Fluor berlangsung pada suhu 200°C.
Ti(s) + 2F2(s) → TiF4(s)
Ti(s) + 2Cl2(g) → TiCl4(s)
Ti(s) + 2Br2(l) → TiBr4(s)
Ti(s) + 2I2(s) → TiI4(s)
·
Reaksi dengan Asam
Logam Titanium tidak bereaksi dengan asam mineral pada temperatur normal tetapi dengan asam hidrofluorik yang panas membentuk kompleks anion (TiF6)3-
2Ti(s) + 2HF (aq) → 2(TiF6)3-(aq) + 3 H2(g) + 6 H+(aq)
Logam Titanium tidak bereaksi dengan asam mineral pada temperatur normal tetapi dengan asam hidrofluorik yang panas membentuk kompleks anion (TiF6)3-
2Ti(s) + 2HF (aq) → 2(TiF6)3-(aq) + 3 H2(g) + 6 H+(aq)
·
Reaksi dengan Basa
Titanium tidak bereaksi dengan alkali pada temperatur normal, tetapi pada keadaan panas.
Titanium tidak bereaksi dengan alkali pada temperatur normal, tetapi pada keadaan panas.
Titanium terbakar di udara
ketika dipanaskan menjadi 1200 ° C (2190 ° F) dan pada oksigen murni ketika
dipanaskan sampai 610 ° C (1130 ° F) atau lebih , membentuk titanium dioksida.
Sebagai hasilnya, logam tidak dapat dicairkan dalam udara terbuka sebelum titik
lelehnya tercapai, jadi mencair hanya mungkin terjadi pada suasana inert atau
dalam vakum. 2 ] Titanium juga merupakan salah satu dari sedikit elemen yang terbakar di gas
nitrogen murni (Ti terbakar pada 800 ° C atau 1.472 ° F dan membentuk titanium
nitrida). Titanium tahan untuk melarutkan asam sulfat dan asam klorida, bersama
dengan gas klor, larutan klorida, dan sebagian besar asam-asam organik.
|
Sifat Kimia
|
Keterangan
|
|
Nama,
Lambang, Nomor atom
|
Titanium,
Ti,22
|
|
Deret Kimia
|
Logam
transisi
|
|
Golongan,
Periode, Blok
|
4,4,d
|
|
Massa atom
|
47.867(1) g/mol
|
|
Konfigurasi
electron
|
|
|
Jumlah
elektron tiap kulit
|
2,8,10,2
|
|
Struktur
Kristal
|
hexagonal
|
|
Bilangan
oksidasi
|
4
|
|
Elektronegativitas
|
1,54 (skala
Pauling)
|
|
Energi
ionisasi
|
ke-2: 1309.8 kJ/mol
ke-3: 2652.5 kJ/mol
|
|
Jari-jari
atom
|
140 pm
|
|
Jari-jari
atom (terhitung)
|
176 pm
|
|
Jari-jari
kovalen
|
136 pm
|
Tabel 5.Sifat-Sifat Kimia Titanium
2.4.3
Sifat Mekanik
|
Sifat Mekanik
|
Keterangan
|
|
Modulus Young
|
116 Gpa
|
|
Modulus Geser
|
44 Gpa
|
|
Modulus Ruah
|
110 Gpa
|
|
Nisbah Poisson
|
0,32
|
|
Skala Kekerasan Mohs
|
6
|
|
Kekerasan Vickers
|
970 Mpa
|
|
Kekerasan Brinell
|
716 Mpa
|
|
Nomor CAS
|
7440-32-6
|
Tabel 6. Sifat-Sifat Mekanik Titanium
2.5
Proses Pembuatan
Titanium diproduksi menggunakan proses Kroll.
Langkah-langkah yang terlibat termasuk ekstraksi, pemurnian, produksi spons,
pembuatan paduan, dan membentuk dan membentuk. Di Amerika Serikat, banyak
produsen spesialis dalam fase yang berbeda dari produksi ini. Misalnya, ada
produsen yang hanya membuat spons, yang lain yang hanya mencair dan menciptakan
paduan, dan yang lain yang menghasilkan produk akhir. Saat ini, tidak ada
produsen tunggal melengkapi semua langkah ini.
Pencabutan
Pencabutan
1.
Pada awal produksi,
produsen menerima titanium konsentrat dari tambang. Sementara rutil dapat
digunakan dalam bentuk alami, ilmenit diproses untuk menghilangkan zat besi
sehingga berisi titanium dioksida paling sedikit 85%. Bahan-bahan ini
dimasukkan ke dalam reaktor fluidized-tempat tidur bersama dengan gas klor dan
karbon. Materi yang dipanaskan sampai 1.652 ° F (900 ° C) dan hasil reaksi kimia
berikutnya dalam penciptaan murni titanium tetraklorida (TiCl4) dan karbon
monoksida. Kotoran adalah hasil dari kenyataan bahwa titanium dioksida murni
tidak digunakan di awal. Oleh karena itu berbagai klorida logam yang tidak
diinginkan yang dihasilkan harus dibuang.
Pemurnian
2.
logam bereaksi
dimasukkan ke dalam tangki penyulingan besar dan dipanaskan. Selama langkah
ini, kotoran dipisahkan dengan menggunakan distilasi fraksional dan
presipitasi. Tindakan ini menghilangkan klorida logam termasuk besi, vanadium,
zirkonium, silikon, dan magnesium.
Produksi spons
3.
Selanjutnya,
dimurnikan titanium tetraklorida ditransfer sebagai cairan ke bejana reaktor
stainless steel. Magnesium kemudian ditambahkan dan wadah dipanaskan sampai
sekitar 2012 ° F (1.100 ° C). Argon dipompa ke dalam wadah sehingga udara akan
dihapus dan kontaminasi dengan oksigen atau nitrogen dicegah. Magnesium
bereaksi dengan klor menghasilkan magnesium klorida cair. Hal ini membuat padat
titanium murni karena titik leleh dari titanium lebih tinggi dari reaksi.
4.
Padatan titanium
dikeluarkan dari reaktor dengan membosankan dan kemudian diobati dengan air dan
asam klorida untuk menghapus kelebihan magnesium dan magnesium klorida. Padatan
yang dihasilkan adalah logam berpori yang disebut spons.
5.
Spons titanium murni
kemudian dapat diubah menjadi paduan yang dapat digunakan melalui tanur
habis-elektroda. Pada titik ini, spons dicampur dengan penambahan paduan
berbagai besi tua. Proporsi yang tepat dari spons untuk bahan paduan
diformulasikan di laboratorium sebelum produksi. Massa ini kemudian ditekan ke
compacts dan dilas bersama-sama, membentuk elektroda spons.
6.
Elektroda spons
kemudian ditempatkan dalam tungku busur vakum untuk mencair. Dalam wadah
air-cooled, tembaga, busur listrik digunakan untuk melelehkan elektroda spons
untuk membentuk ingot. Semua udara dalam wadah yang baik dihapus (membentuk
ruang hampa) atau atmosfer diisi dengan argon untuk mencegah kontaminasi.
Biasanya, ingot tersebut remelted satu atau dua kali untuk menghasilkan ingot diterima
secara komersial. Di Amerika Serikat, paling ingot dihasilkan dengan metode ini
berat sekitar 9.000 lb (4,082 kg) dan 30 di (76,2 cm) di diameter.
7.
Setelah ingot
dibuat, tersebut akan dihapus dari tungku dan diperiksa dari kerusakan.
Permukaan dapat dikondisikan seperti yang diperlukan untuk pelanggan. Ingot
kemudian dapat dikirim ke produsen barang jadi di tempat yang dapat digiling
dan dibuat menjadi berbagai produk.
Produk samping / Limbah
Selama
produksi titanium murni sejumlah besar magnesium klorida yang dihasilkan. Bahan
ini didaur ulang dalam sel daur ulang segera setelah diproduksi. Sel daur ulang
pertama memisahkan logam magnesium keluar maka gas klor dikumpulkan. Kedua
komponen yang digunakan kembali dalam produksi titanium.
Jika anda ingin melihat selengkapnya bisa klik download untuk mendapatkan filenya. Semoga bermanfaat dan terima kasih atas kunjungannya
paduan titanium dan aplikasinya dimana?
BalasHapus